Thiết kế, chế tạo hệ thống chiết rót, đóng nắp chai tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHIẾT RÓT,
ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG

GVHD: ThS. NGUYỄN LÊ TƯỜNG
SVTH: NGUYỄN TRẦN TOÀN PHÚ
ĐÀO TẤN SANG

S K L 0 1 1 1 3 8

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2023


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHIẾT
RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG

SVTH: NGUYỄN TRẦN TOÀN PHÚ

MSSV: 18146189
SVTH: ĐÀO TẤN SANG
MSSV: 18146202
Ngành: CÔNG NGHỆ KT CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS. NGUYỄN LÊ TƯỜNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

----o0o----

----o0o----

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ Điện Tử
Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Tường

ĐT:

Họ và tên sinh viên:
Nguyễn Trần Toàn Phú MSSV: 18146189 ĐT: 0353632272
Đào Tấn Sang

MSSV: 18146202 ĐT: 0968218171

Ngày nhận đề tài:
1. Tên đề tài:
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG

2. Các tài liệu ban đầu:
- Các phương pháp chiết rót, đóng nắp trong thực tế.
- Tham khảo các ứng dụng dùng để điều khiển trong thực tế.
- Tham khảo các hệ thống chiết rót, đóng nắp được sử dụng trong thực thế.
3. Các nội dung sẽ được thực hiện trong đề tài:
- Tìm hiểu về hệ thống và các phương pháp chiết rót, đóng nắp dựa vào độ chính
xác của lượng nước được chiết rót, độ khít của nắp chai, cơ cấu đóng nắp.
- Lựa chọn phương pháp chiết rót, đóng nắp phù hợp nhất.
- Thiết kế hệ thống giám sát quy trình chiết rót, đóng nắp chai.
- Mơ phỏng lại hệ thống bằng các thiết bị phần cứng, mơ hình.
4. Sản phẩm
Mơ hình, mơ phỏng trạng thái của hệ thống để giám sát và điều khiển chiết
rót, đóng nắp chai…
5. Ngày giao đồ án:
6. Ngày nộp đồ án:
7. Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo:

Tiếng Anh 

Tiếng Việt █

v

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh 

Tiếng Việt █

TRƯỞNG KHOA

TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

i


LỜI CAM KẾT
- Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống chiết rót, đóng nắp chai tự động
- GVHD: ThS. Nguyễn Lê Tường
- SVTH: Đào Tấn Sang
MSSV: 18146202 ĐT: 0968218171
Nguyễn Trần Toàn Phú MSSV: 18146189 ĐT: 0353632272
- Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN):
- Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là do cơng trình tơi
nghiên cứu và thực hiện. Tơi khơng sao chép bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà
khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ sự vi phạm nào, tơi xin chịu tồn bộ trách

nhiệm”.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 07 năm 2023
Ký tên

ii


LỜI CẢM ƠN
Lời nói đầu tiên, nhóm sinh viên thực hiện đề tài xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy
giáo – ThS. Nguyễn Lê Tường là giảng viên trực tiếp hướng dẫn thực hiện đề. Trong suốt q
trình thực hiện đề tài cơ đã dày cơng vất vả và ln nhiệt tình giảng dạy những bài học hay,
để ngày hơm nay chúng em có cơ sở lý thuyết và thêm phần hiểu biết để hoàn thành báo cáo
này.
Và xin cảm ơn bạn đồng hành chung đề tài đồ án trong nhóm, cảm ơn bạn đã tin tưởng và
giúp đỡ lẫn nhau, cảm ơn bạn vì đã cố gắng để nhóm hồn thành báo cáo một cách hồn thiện
nhất.
Bên cạnh đó, nhóm sinh viên thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn đến các tác giả của các
sách, bài báo, tạp chí khoa học đã giúp nhóm có được những nguồn tài liệu tham khảo quý
báu.
Một lời cảm ơn, và một lời chúc chân thành. Em xin gửi tới quý Thầy Cô và các bạn, xin
chúc mọi người ln bình an, vui vẻ, hạnh phúc và thành cơng trên con đường sự nghiệp phía
trước.
Cuối cùng, với khối lượng kiến thức nhiều và rộng, trong khi khả năng và hiểu biết cịn
giới hạn. Vì vậy, trong q trình thực hiện đồ án, không thể tránh khỏi những khiếm khuyết.
Em mong Cơ thơng cảm cho nhóm chúng em.
Xin chân thành cảm ơn!

iii

TÓM TẮT ĐỂ TÀI
Trong đề tài “Thiết kế Hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động” là những thiết kế quy
trình với các thơng số của hệ thống nhằm giúp người dùng dễ quan sát hơn.
Đến với đề tài này, đầu tiên nhóm chúng em sẽ đưa ra phương pháp điều khiển tối ưu cho
người vận hành. Từ đó tạo ra môi trường để người vận hành dễ dàng tương tác với hệ thống
chiết rót chất lỏng.
Đề tài phát triển theo hướng ứng dụng giúp ta có thể quản lí được hệ thống chiết rót một
cách hợp lí nhất, dễ dàng mở rộng và phát triển với những dạng chất lỏng khác có quy mơ lớn
với các đặc tính như sau:
- Cung cấp giao diện cho người dùng và người vận hành để có thể theo dõi cụ thể.
- Thu thập các dữ liệu của hệ thống trên dữ liệu Database.
- Hệ thống này sẽ giúp người dùng thuận tiện hơn trong quá trình giám sát hệ thống so với
phương pháp chiết rót trực tiếp chất lỏng vào chai và đóng nắp.

ABSTRACT
In the topic "Designing an automatic bottle filling and capping system" are the process
designs with the system's parameters to make it easier for users to observe.
Coming to this topic, our group will first give the optimal control method for the operator.
Thereby creating an environment for the operator to easily interact with the liquid filling
system.
The application-oriented development helps us to manage the filling system in the most
reasonable way, easily expands and develops with other large-scale liquids with the following
characteristics:
- Provide user and operator interface for specific monitoring.
- Collect system data on Database data.
- This system will help users more conveniently in the process of monitoring the system
compared to the method of directly filling the liquid into the bottle and capping.

iv

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ...................................................................................... i
LỜI CAM KẾT ...................................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................iii
TÓM TẮT ĐỂ TÀI ............................................................................................................... iv
ABSTRACT ........................................................................................................................... iv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................................. 1
1.1. Đặt vấn đề ..................................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu đề tài .............................................................................................................. 5
1.3. Giới hạn đề tài ............................................................................................................... 5
1.4. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................. 6
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................................... 7
2.1. Cơ sở lý thuyết .............................................................................................................. 7
2.2. Cơ cấu chiết rót chính của hệ thống.............................................................................. 8
2.2.1. Kiểu dây chuyền hoạt động theo chu kỳ ................................................................ 8
2.2.2. Kiểu dây chuyền vận hành liên tục. ....................................................................... 9
2.3. Cơ cấu định lượng chất lỏng trong hệ thống .............................................................. 10
2.3.1. Định lượng bằng chiều cao chất lỏng .................................................................. 10
2.3.2. Định lượng bằng Timer ....................................................................................... 11
2.3.3. Định lượng bơm định lượng bằng piston ............................................................. 11
2.4. Cơ cấu xoay cho mâm quay ........................................................................................ 12
2.4.1. Cơ cấu Man .......................................................................................................... 12
2.4.2. Cơ cấu truyền động dùng động cơ encoder gắn bộ puly và dây đai .................... 13
2.4.3. Cơ cấu sử dụng hộp giảm tốc cho động cơ bước ................................................. 14
2.5. Chỉ số đánh giá............................................................................................................ 15
2.5.1. Kiểm tra nút chai.................................................................................................. 15
2.5.2. Độ khít của nắp chai ............................................................................................ 15

2.5.3. Độ chính xác về thể tích trong chai ..................................................................... 16
2.6. Tiêu chuẩn an tồn ...................................................................................................... 16
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ............................................................................. 18
3.1. u cầu thiết kế .......................................................................................................... 18
3.2. Quy trình hệ thống ...................................................................................................... 18


3.3. Mâm xoay ................................................................................................................... 19
3.4. Cơ cấu bơm nước ........................................................................................................ 23
3.5. Cơ cấu cấp nắp tự động............................................................................................... 24
3.6. Cơ cấu đóng và vặn nắp chai ...................................................................................... 26
3.7. Cơ cấu gắp chai ........................................................................................................... 29
3.8. Băng tải ....................................................................................................................... 31
3.9. Tổng thể hệ thống chiết rót và đóng nắp chai ............................................................. 34
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN HỆ THỐNG THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN ............................ 35
4.1. Sơ đồ hoạt động của hệ thống ..................................................................................... 35
4.2. Khối tín hiệu ............................................................................................................... 35
4.2.1. Cảm biến chất lỏng .............................................................................................. 35
4.2.2. Cảm biến hồng ngoại ........................................................................................... 36
4.3. Khối dữ liệu ................................................................................................................ 37
4.4. Thiết kế và kết nối các phần điện của mơ hình ........................................................... 38
4.4.1. Kết nối các thành phần......................................................................................... 38
4.4.2. Thiết kế HMI ....................................................................................................... 40
4.5. Quy trình điều khiển ................................................................................................... 45
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, THỰC NGHIỆM, NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ ......................... 46
5.1. Kết quả ........................................................................................................................ 46
5.2. Thực nghiệm kiểm tra mực nước chiết rót ................................................................. 49
5.3. Thực nghiệm kiểm tra nút chai ................................................................................... 55
5.4. Thực nghiệm kiểm tra độ khít của nắp chai................................................................ 63
5.5. Nhận xét đánh giá ....................................................................................................... 64

CHƯƠNG 6: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ......................... 65
6.1. Tổng kết ...................................................................................................................... 65
6.2. Hướng phát triển của đề tài ......................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 66
PHỤ LỤC .............................................................................................................................. 67


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Biểu đồ thống kê sản lượng nước uống đóng chai sản xuất ở Việt Nam…………...2
Hình 1.2: Máy chiết rót bằng bơm bánh răng…………………………………………………3
Hình 1.3: Máy chiết rót bằng bơm trục vít……………………………………………………4
Hình 1.4: Máy chiết rót kiểu đối lưu………………………………………………………….5
Hình 2.1: Mơ hình chiết rót theo cơ cấu dây chuyền hoạt động theo chu kỳ…………………8
Hình 2.2: Mơ hình chiết rót theo cơ cấu dây chuyền liên tục………………………………….9
Hình 2.3: Phương pháp định lượng bằng chiều cao chất lỏng……………………………….10
Hình 2.4: Timer minh họa…………………………………………………………………...11
Hình 2.5: Phương pháp định lượng bơm định lượng bằng piston……………………………12
Hình 2.6: Cơ cấu man……………………………………………………………………….12
Hình 2.7: Cơ cấu truyền động dùng động cơ encoder gắn bộ puly và dây đai………………13
Hình 2.8: Sử dụng hộp giảm tốc cho động cơ bước………………………………………….14
Hình 2.9: Cảm biến màu Adafruit_TCS34725………………………………………………15
Hình 2.10: Độ khít của nắp chai……………………………………………………..............15
Hình 2.11: Độ chính xác về thể tích trong chai……………………………………..............16
Hình 3.1: Leadshine 57HS22-A…………………………………………………..................23
Hình 3.2: Động cơ bơm nước DC 385……………………………………………................24
Hình 3.3: Cấu tạo cơ cấu cấp nắp…………………………………………………...............25
Hình 3.4: Kích thước thanh gạt nắp chai…………………………………………………….26
Hình 3.5: Cấu tạo cơ cấu vặn nắp chai………………………………………………………27
Hình 3.6: Cấu tạo đầu vặn nắp chai…………………………………………………………28
Hình 3.7: Động cơ giảm tốc HN-GH12-1632……………………………………………….28

Hình 3.8: Xi lanh đơi TN16X40 – S………………………………………………...............29
Hình 3.9: Cấu tạo cơ cấu gắp chai…………………………………………………………...30
Hình 3.10: Xylanh đơn MAL16X50………………………………………………………...30
Hình 3.11: Băng tải PVC…………………………………………………………................32
Hình 3.12: Động cơ GB37-3530…………………………………………………………….34
Hình 3.13: Hệ thống cơ khí sau khi hoàn thiện thiết kế……………………………………...34


Hình 4.1: Cảm biến mực chất lỏng khơng tiếp xúc hiệu XKC – Y25 – V………………….36
Hình 4.2: Cảm biến tiệm cận hồng ngoại E18 – D80NK…………………………................36
Hình 4.3: Bộ lập trình PLC Mitsubishi FX1S-30MT……………………………………….37
Hình 4.4: Sơ đồ thiết bị điện của mơ hình…………………………………………………...38
Hình 4.5: Sơ đồ chân input của PLC………………………………………………………...39
Hình 4.6: Sơ đồ chân output của PLC……………………………………………………….40
Hình 4.7: Màn hình đăng nhập………………………………………………………………40
Hình 4.8: Màn hình tổng quan quá trình vận hành hệ thống ở chế độ auto…………………41
Hình 4.9: Màn hình tổng quan quá trình vận hành ở chế độ manual………………………...41
Hình 4.10: Màn hình tổng quan quá trình vận hành ở chế độ dữ liệu máy bơm nước………42
Hình 4.11: Màn hình tổng quan quá trình vận hành ở chế độ dữ liệu mâm xoay…………...42
Hình 4.12: Màn hình tổng quan quá trình vận hành ở chế độ dữ liệu cylinder………………43
Hình 4.13: Màn hình tổng quan hệ thống lỗi do vấn đề sự cố………………………………43
Hình 4.14: Danh sách lỗi 1 và 2 hệ thống……………………………………………………44
Hình 4.15: Danh sách lỗi 3 và 4 hệ thống……………………………………………………44
Hình 4.16: Sơ đồ quy trình hoạt động của mơ hình………………………………………….45
Hình 5.1: Ảnh bên ngồi thực tế của cơ cấu vặn nắp………………………………………...46
Hình 5.2: Ảnh bên ngồi thực tế của cơ cấu cấp nắp..............................................................46
Hình 5.3: Ảnh thực tế của mâm xoay……………………………………………………….47
Hình 5.4: Ảnh thực tế của cơ cấu gắp chai………………………………………………......47
Hình 5.5: Xylanh đẩy chai thành phẩm……………………………………………………...48
Hình 5.6: Bảng điện thực tế………………………………………………………………….48

Hình 5.7: Mơ hình hồn thiện……………………………………………………………….49
Hình 5.8: Chai thành phẩm………………………………………………………………….49
Hình 5.9: Biểu đồ chiều cao mực nước theo thời gian và giá trị trung bình X0…………….50
Hình 5.10: Biểu đồ chiều cao mực nước theo thời gian và giá trị trung bình X1…………...51
Hình 5.11: Biểu đồ chiều cao mực nước theo thời gian thí nghiệm 1………………………52
Hình 5.12: Biểu đồ chiều cao mực nước theo thời gian thí nghiệm 2………………………53
Hình 5.13: Biểu đồ chiều cao mực nước theo thời gian thí nghiệm 3……………………….53


Hình 5.14: Biểu đồ thời gian lấy mẫu khoảng cách cảm biến trả về.......................................54
Hình 5.15: Giá trị đo cảm biến trường hợp 1………………………………………………...55
Hình 5.16: Giá trị đo cảm biến màu sắc trường hợp 2………………………………………57
Hình 5.17: Giá trị đo cảm biến màu sắc trường hợp 3……………………………………….58
Hình 5.18: Giá trị đo tín hiệu lux trong 10 lần đo…………………………………………...60
Hình 5.19: Giá trị đo tín hiệu red trong 10 lần đo……………………………………………60
Hình 5.20: Giá trị đo tín hiệu green trong 10 lần đo…………………………………………61
Hình 5.21: Giá trị đo tín hiệu blue trong 10 lần đo………………………………………….62
Hình 5.22: Giá trị đo tín hiệu clear trong 10 lần đo………………………………………….62


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1: Phương án thi công……………………………………………………………….18
Bảng 3.2: Bảng thông số cài đặt phần cứng trên driver TB6600……………………………20
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật động cơ bơm nước DC 385…………………………………...24
Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật động cơ DC giảm tốc HN-GH12-1632……………………….28
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật của xy lanh TN16X40 – S…………………………………….29
Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật của Xylanh MAL16X50……………………………………...31
Bảng 4.1: Input của PLC FX1S-30MT……………………………………………………...39
Bảng 4.2: Output của PLC FX1S-30MT……………………………………………………39
Bảng 5.1: Ngưỡng giá trị so sánh ở trường hợp 1……………………………………………57

Bảng 5.2: Ngưỡng giá trị so sánh ở trường hợp 2…………………………………………...59
Bảng 5.3: Ngưỡng giá trị so sánh ở trường hợp 3…………………………………………...59
Bảng 5.4: Giá trị sai số giữa giá trị đo và giá trị trung bình 10 lần lấy mẫu…………………62
Bảng 5.5: Kết quả kiểm tra độ khít nắp chai của 10 chai ngẫu nhiên……………………….63


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
PLC: Programmable Logic Controller
PVC: Polyvinylchloride
DC: Direct Current


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề
Thời gian gần đây, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên
tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn.
Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm
nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn lẹ,.. là những yếu tố rất cần thiết góp
phần cho hoạt động của con người đạt hiệt quả ngày càng cao hơn.
Tự động hóa đã và đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Tự động hóa
đã đáp ứng được những địi hỏi khơng ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho
đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày. Trong xã hội hiện
đại ngày nay, nhu cầu ăn uống của người dân ngày càng được nâng cao. Ngành
cơng nghiệp thực phẩm đóng gói, nước uống đóng chai cũng ngày càng tăng lên
về số lượng sản phẩm trên thị trường.
Khảo sát vào năm 2015 của Euromonitor cho thấy, thị trường đồ uống đóng
chai đã đạt ngưỡng gần 170 tỉ USD, dự kiến sẽ tăng gần 10% tới thời điểm 2020.
Trong phân khúc ngành hàng này, nước chiếm ưu thế với hơn 35% trong tổng thị
phần thị trường, cịn đồ uống có ga đạt khoảng 22%. Nước uống đóng chai sẽ tăng
nhanh do nhu cầu của người tiêu dùng thích sử dụng nước uống bổ sung nguồn

năng lượng.
Với sự gia tăng của thị trường nước giải khát từ nước uống đóng chai, nước
ngọt có ga, cà phê,… khơng kể các loại nước uống có cồn, với sự cạnh tranh gay
gắt của rất nhiều nhãn hàng trên thị trường đồ uống Việt Nam. Trung bình mỗi
năm người Việt sử dụng nước giải khát trên 23 lít/người. Đời sống được nâng cao
đã giúp thị trường nước giải khát phát triển khá nhanh tại quốc gia này.

1


Hình 1.1: Biểu đồ thống kê sản lượng nước uống đóng chai sản xuất ở Việt Nam
Hệ thống chiết rót tự động được sử dụng nhiều trong quy trình sản xuất và đóng
chai trong ngành cơng nghiệp thực phẩm và đồ uống. Hệ thống được sử dụng để chiết
rót một lượng chất lỏng cụ thể vào các chai, lọ, bình,… với độ chính xác và hiệu suất
cao. Ngồi ra hệ thống phải đáp ứng được yêu cầu về vệ sinh an toàn thực phẩm nhằm
đảm bảo chất lượng và sự an tồn của sản phẩm chiết rót.
Các hệ thống chiết rót thơng dụng trên thị trường:
Máy chiết rót bằng bơm bánh răng
Hệ thống chiết rót bằng đầu bơm rotary (bơm bánh răng) và điều khiển bởi motor
AC với biến tần mang lại nhiều ưu điểm và tiện ích trong quá trình chiết rót sản phẩm.
Dưới đây là một số điểm quan trọng về hệ thống này:
- Rót mềm mại và điều chỉnh lưu lượng dễ dàng: Sử dụng motor AC với biến tần
giúp điều khiển tốc độ và lưu lượng của bơm một cách linh hoạt.
- Hạn chế tạo bọt: Hệ thống bơm bánh răng thường có khả năng hạn chế tối đa
việc tạo bọt trong q trình chiết rót.
- Dung tích chiết rót đa dạng: Dung tích chiết rót của máy chiết bơm bánh răng
có thể được điều chỉnh từ khoảng 250ml đến 5000ml, giúp bạn linh hoạt trong việc
đáp ứng các yêu cầu sản xuất khác nhau.
- Vòi ngâm khơng làm tràn: Loại vịi ngâm được sử dụng thường không làm tràn
chất lỏng lên chai và băng tải, đảm bảo q trình chiết rót sạch sẽ và hiệu quả.

- Bảo vệ toàn diện cho hệ thống: Hệ thống bơm và động cơ băng tải thường được
bảo vệ một cách toàn diện để đảm bảo rằng sự sụt áp hoặc các sự cố khác không
ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động trong quá trình vận hành.

2


Hình 1.2: Máy chiết rót bằng bơm bánh răng
Máy chiết rót bằng bơm trục vít:
Máy chiết rót bằng bơm trục vít (hay cịn gọi là máy chiết rót tự động 8 đầu bơm
trục vít) là một thiết bị phổ biến trong ngành sản xuất dầu nhớt và các loại dầu thủy
lực khác.
- Chiết rót chính xác: Bơm trục vít có khả năng chiết rót chính xác và ổn định,
giúp đảm bảo rằng lượng dầu được đóng gói vào chai ln đạt đúng quy định.
- Thích hợp cho dầu nhớt và dầu thủy lực: Bơm trục vít thường được thiết kế để
làm việc với các chất lỏng có độ nhớt cao như dầu nhớt và dầu thủy lực.
- Tích hợp đầu chiết nắp: Máy chiết rót bằng bơm trục vít thường được thiết kế
với đầu chiết nắp tích hợp, giúp tự động hóa tồn bộ quy trình chiết rót và đóng
nắp một cách liền mạch và hiệu quả.
- Tự động hóa và tăng năng suất: Máy chiết rót tự động 8 đầu bơm trục vít giúp
tăng năng suất sản xuất bằng cách chiết rót đồng thời trên nhiều chai, tiết kiệm thời
gian và công sức lao động.
- Bảo quản và vệ sinh tốt: Thiết kế bơm trục vít thường khơng tạo nhiều bọt khí
hoặc sự cản trở trong q trình chiết rót, giúp bảo quản sản phẩm tốt hơn.
3


Hình 1.3: Máy chiết rót bằng bơm trục vít
Máy chiết rót kiểu đối lưu:
Máy chiết rót kiểu đối lưu (đẳng áp) là một giải pháp hiệu quả trong việc chiết rót

nước khống, nước ép trái cây và các chất lỏng có tính chất tương tự.
- Đẳng áp đảm bảo chất lượng: Máy chiết rót kiểu đối lưu hoạt động dựa trên
nguyên tắc giữ cho áp suất trong chai và áp suất ngồi cân bằng.
- Thích hợp cho nước và nước ép trái cây: Máy chiết rót kiểu đối lưu thích hợp
cho việc chiết rót nước khống, nước ép trái cây và các loại chất lỏng tương tự.
- Vòi ngâm ổn định: Thiết kế vòi ngâm giúp ổn định chất lỏng trong q trình
chiết rót, tránh hiện tượng tràn và đảm bảo chất lỏng được chiết rót một cách chính
xác.

4


Hình 1.4: Máy chiết rót kiểu đối lưu
Với sự phát triển tiên tiến của cơng nghệ ấy thì một trong những sản phẩm tiên tiến
của nó là PLC. Ứng dụng rất quan trọng của ngành cơng nghệ tự động hóa là việc
điều khiển, giám sát các hệ thống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt
được năng suất, kinh tế cao. Để đảm bảo quy trình hệ thống giám sát mức nước trong
bồn được tối ưu nhất thì hệ thống đã đưa PLC vào đề tài. Mơ hình được chế tạo có
một số ưu điểm nổi bật như sau: khả năng rót chính xác, năng suất cao, dễ bảo trì và
sửa chữa.
1.2. Mục tiêu đề tài
Đề tài đưa ra nhằm mục tiêu thiết kế và thi cơng ra được mơ hình chiết rót đóng
nắp chai tự động. Lượng nước được chiết rót vào chai phù hợp với quy trình giám
sát. Hệ thống thiết kế ra nhằm với tính năng cho phép người dùng giám sát điều khiển
trực tiếp.
1.3. Giới hạn đề tài
Trong đề tài này, đối tượng chiết rót là chai dung tích 330ml, lượng nước chiết rót
là 220ml với nước lọc khơng màu. Các nguyên liệu đầu vào như: nắp chai pet, nước
trong bồn chứa và vỏ chai rỗng được cấp bằng tay. Mô hình hoạt động với năng suất
2 chai/phút và độ chính xác 90%. Thiết kế màn hình HMI để cài đặt thơng số cho các

thiết bị trong mơ hình
5


1.4. Phương pháp nghiên cứu
Mơ hình dựa trên nhiều mẫu hệ thống đã sẵn có trên internet. Từ đó lập ra một
bảng phác thảo và danh sách thiết bị cần mua để thi công phần cứng trước, tiếp đến
là chia nhỏ hệ thống thành nhiều phần để tiến hành điều khiển và đánh giá dựa trên
các tiêu chí của nhóm đề ra. Cuối cùng là ráp các phần thành một hệ thống hồn
chỉnh.
Nhóm sử dụng phương pháp “thử và sai” trong q trình thi cơng hệ thống để
kiểm tra và điều chỉnh qua đó xác định được giải pháp phù hợp nhất. Ngồi ra, trong
q trình thực hiện mơ hình, việc sử dụng các vật liệu dễ tháo lắp, gia cơng giúp tiết
kiệm thời gian trong q trình chỉnh sửa, nâng cấp.

6


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Cơ sở lý thuyết
Hệ thống chiết rót đóng nắp chai có nhiệm vụ đưa nước từ nơi chứa dung dịch chất
lỏng đến những bình chứa để đưa ra sản phẩm đóng chai như mong muốn.
Hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động gồm các bộ phận sau:
Đường ống dẫn nước vào bình chứa với định lượng từ nơi chứa dung dịch chất
lỏng bên ngồi được chiết rót đã được đặt trước.
Mạng lưới dây chuyền chiết rót dung dịch chất lỏng (nước ngọt khơng có ga, nước
khống,…):
- Đường ống dẫn nước từ két chứa dung dịch chất lỏng đến vòi nước
- Vòi nước dẫn dung dịch chất lỏng đến các bình chứa, chai, lọ,…
- Các dụng cụ chứa dung dịch chất lỏng, các thiết bị đóng mở, điều chỉnh, đảm bảo

đưa chất lỏng đến các thiết bị vệ sinh thì thêm một số cơng trình khác: két nước, bể
chứa, trạm khí ép.
Các u cầu cơ bản đối với một hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động:
- Bảo đảm đưa đầy đủ và liên tục lượng chất lỏng cần thiết đến các bình chứa, chai,
lọ…
- Bảo đảm chất lượng chất lỏng đáp ứng các yêu cầu sử dụng đã đặt trước.
- Giá thành xây dựng và quản lý rẻ.
- Thi công quản lý dễ dàng thuận tiện, có khả năng tự động hóa và cơ giới việc
khai thác, xử lý và vận chuyển sản phẩm đóng chai,…
Quy trình cơng nghệ u cầu
❖ Bơm chính xác mực nước trong chai với độ sai số khơng q 10%.
Đo đạt trước chiều cao của dung tích cần chiết rót là 220ml sau đó tiến hành đặt
cảm biến chất lỏng không chạm đặt gần thành chai sao cho khi chất lỏng trong chai
dâng đến tầm phát hiện của cảm biến thì có tín hiệu báo đầy về plc để xử lý tốc độ
của máy bơm.
❖ Nắp chai đã đóng phải kít, khơng lung lay.
Dùng xi lanh đẩy từ trên xuống để tạo lực ép dọc. Điểm tiếp xúc của cơ cấu đóng
nắp chai và nắp cần đóng phải được lót một miếng cau su để tăng lực ma sát.
❖ Có chế độ hoạt động nhanh chạy song song với chế độ vận hành giám sát đầy
đủ.
Thiết kế các nút nhấn với các tính năng cơ bản như: start, stop, emergency stop.
Để vận hành nhanh hệ thống mà khơng cần đến màn hình giám sát đầy đủ.
7


2.2. Cơ cấu chiết rót chính của hệ thống
Hệ thống chiết rót mâm xoay là một trong những phương pháp phổ biến được sử
dụng trong dây chuyền chiết rót tự động hóa. Kiểu chiết rót mâm xoay có nhiều ưu
điểm và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cao cho nên nó trở thành lựa chọn phổ biến
trong ngành cơng nghiệp hiện đại.

Có hai kiểu dây chuyền chiết rót mâm xoay phổ biến là kiểu hoạt động theo chu
kỳ và kiểu vận hành liên tục.
2.2.1. Kiểu dây chuyền hoạt động theo chu kỳ

Hình 2.1: Mơ hình chiết rót theo cơ cấu dây chuyền hoạt động theo chu kỳ
Kiểu dạng mâm xoay hoạt động theo chu kỳ là một kiểu dây chuyền chiết rót mâm
xoay phổ biến. Trong kiểu này, các vịi chiết được bố trí quanh mâm xoay và hoạt
động theo chu kỳ. Cơ cấu đóng nắp cũng được sắp xếp ở vị trí ngõ ra để cấp nắp và
đóng nắp cho sản phẩm.
Cách bố trí hệ thống: mâm xoay chiết rót và vặn nắp được đặt dọc theo băng tải,
khi băng tải ngừng di chuyển, một lượng chai được chuyển đến vị trí chiết rót. Lúc
này các vịi chiết sẽ hoạt động và thực hiện q trình chiết rót. Sau khi chiết rót xong,
băng tải sẽ hoạt động và đưa phần chai vừa chiết rót qua phần đóng nắp. Đồng thời,
số chai mới đã đến vị trí chiết rót và đang tiến hành chiết rót. Khi q trình đóng nắp
hoàn thành, băng tải sẽ tiếp tục hoạt động để đưa phần chai thành phẩm ra khỏi dây
chuyền.
❖ Ưu điểm:
- Cơ cấu đơn giản, gọn nhẹ, quan sát dễ dàng, dễ dàng vận hành.
8


- Các chi tiết, cơ cấu định vị và kẹp chai được dẫn động bằng khí nén giúp làm
giảm trọng lượng làm cho hệ thống nhẹ nhàng, dễ di chuyển.
❖ Nhược điểm:
- Năng suất thấp do phải chờ đến khi một chu kì hồn thành trước khi bắt đầu một
chu kì mới.
- Chỉ thích hợp cho các kiểu chiết rót đơn giản.
- Hạn chế số lượng đầu chiết.
- Lực ma sát trên băng tải cao.
2.2.2. Kiểu dây chuyền vận hành liên tục.

Hình 2.2: Mơ hình chiết rót theo cơ cấu dây chuyền liên tục
Dây chuyền chiết rót dạng mâm xoay liên tục là một sự lựa chọn phổ biến của các
kĩ sư chế tạo máy vì có nhiều ưu điểm nổi trội. Dây chuyền chiết rót mâm xoay liên
tục cho phép sản xuất liên tục với tốc độ vận hành cao. Tuy nhiên cần lưu ý rằng dây
chuyền mâm xoay liên tục yêu cầu một hệ thống điều khiển phức tạp để đồng bộ các
quá trình và đảm bảo sự ổn định của q trình sản xuất. Ngồi ra việc vận hành đúng
cách và bảo trì định kỳ cũng rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ bền của dây
chuyền.
❖ Ưu điểm:
- Tăng năng suất và hiệu suất của quy trình sản xuất.
- Tính liên tục và đồng bộ hóa theo tốc độ vận hành của máy.
- Dây chuyền thường được thiết kế nhỏ gọn và sử dụng không gian một cách hiệu
quả.

9


- Các thiết bị định vị, chụp chai, đặt nắp được điều khiển chính xác để đảm bảo sự
chính xác và đồng nhất của quy trình sản xuất.
❖ Nhược điểm:
- Tính tốn máy phức tạp.
- Giá thành cao.
Đánh giá: dựa trên yêu cầu thiết kế kiểu dây chuyền hoạt động theo chu kỳ đáp
ứng được và chính xác hơn với kết cấu cơ không quá phức tạp cũng như giá thành
không quá cao. Vậy nên đây là kiểu dây chuyền mà nhóm hướng đến để thi cơng mơ
hình cho hệ thống.
2.3. Cơ cấu định lượng chất lỏng trong hệ thống
2.3.1. Định lượng bằng chiều cao chất lỏng
Phương pháp này định lượng bằng cách sử dụng cảm biến để kiểm soát chiều cao

của mức chất lỏng trong vật chứa được đổ đầy. Thể tích chất lỏng của mỗi lần rót
bằng với thể tích khoang bên trong của chai ở một độ cao nhất định được thể hiện
qua hình 2.3 dưới đây:

Hình 2.3: Phương pháp định lượng bằng chiều cao chất lỏng
❖ Ưu điểm:
- Cấu trúc của phương pháp tương đối đơn giản
- Khơng địi hỏi thiết bị phụ trợ và dễ dàng sử dụng
- Dễ dàng thay đổi thể tích dung dịch bơm vào chai
❖ Nhược điểm:
- Khơng thích hợp với các u cầu địi hỏi độ chính xác định lượng cao
- Độ chính xác thể tích của vỏ chai cũng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính
xác của lưu lượng rót
10


2.3.2. Định lượng bằng Timer
Là phương pháp dùng bộ đếm thời gian của các loại vi xử lý để xác định thời gian
cần thiết đề bơm đúng lượng nước định trước

Hình 2.4: Timer minh họa
❖ Ưu điểm:
- Phương pháp khơng cần phải thêm phần cứng ngoài.
- Dễ dàng thay đổi dung tích bơm theo thời gian.
- Có thể lưu trữ được giá trị để tiến hành theo dõi giám sát.
❖ Nhược điểm:
- Cần phải thí nghiệm cẩn thận trước khi đưa vào chạy thực tế
- Không thể kiểm tra được độ chính xác khi chạy thực tế nếu khơng kết hợp thêm
phần cứng ngoài.
2.3.3. Định lượng bơm định lượng bằng piston

Bơm piston hoạt động bằng cách sử dụng một buồng bơm có hình dạng xylanh và
thay đổi thể tích của buồng bơm thông qua chuyển động tiến tới của piston trong lịng
xylanh. Lưu lượng của bơm có thể điều chỉnh được nhờ sự thay đổi độ dài hành trình
của piston. Phương pháp này như hình 2.5:

11