Tìm hiểu hệ thống đóng chai trong nhà máy bia

1. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
1
Malt Nguyên liệu thay thế (gạo)
Nghiền
Nghiền
Nấu nguyên liệu
Lọc dịch nấu
Houblon hoá
Hoa Houblon
Làm nguội
Lên men
Tàng trữ
Lọc dịch lên men
Chiết chai
Thanh trùng
Dán nhãn
Thành phẩm
Nhân giống sản
xuất
Nuôi cấy phòng
thí nghiệm
Nấm men
2. HỆ THỐNG ĐÓNG CHAI TRONG NHÀ MÁY BIA:
2.1 Tổng quan về quy trình đóng chai:
Hiện nay với công nghệ hiện đại rất nhiều quá trình công nghiệp được tự động hoá.
Trong đó hệ thống đóng chai trong nhà máy bia là một trong những hệ thống được sử
dụng phổ biến và rộng rãi.
Một hệ thống đóng chai hiện đại thường được phân chia thành nhiều khâu nối tiếp
nhau. Một hệ thống 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 như vậy, 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 nút có thể là xi
lanh thuỷ khí (với nút dập) hoặc môtơ (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 một 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, một tay gạt sẽ loại bỏ những
chai không đạt tiêu chuẩn 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 hệ thống đóng chai được tự động hoá hoàn toàn, với
đầu vào là nguyên liệu và chai rỗng, đầu ra là sản phẩm có thể đem bán trực tiếp.
2
a) Quy 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 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 lưu lượng, 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.
b) Quy trình đóng nút:
3
Khi đạt mức quy định cảm biến vị trí sẽ báo bộ điều khiển dừng hệ thống rót liệu.
Các chai được rót đủ nguyên 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.
c) 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 được dán nhãn xong được đưa vào
đóng két.
Ở Việt Nam hiện nay, các nhà máy lớn đều có những dây chuyền đóng chai hoàn
toàn tự động. Các dây chuyền này phần lớn được nhập khẩu toàn bộ từ nước ngoài.
Những xí nghiệp nhỏ hơn có thể sử dụng dây chuyền ghép nối từ các module, mỗi
module tương ứng với một khâu trong quá trình đóng chai. Việt Nam đã có khả năng
chế tạo một số module riêng lẻ, chủ yếu là module rót liệu và đóng nút, đa số dùng bán
tự động trong các cơ sở sản xuất nhỏ.
2.2 Bài toán cần giải quyết
Dây chuyền đóng chai là một hệ thống phức tạp, đòi hỏi rất cao về thiết kế cơ khí
và khả năng đồng bộ hóa. Tại mỗi khâu đều yêu cầu cơ khí chính xác để đảm bảo các
thao tác diễn ra một cách nhanh chóng và chuẩn xác. Đồng bộ hóa trong từng khâu
cũng như giữa các khâu với nhau phải diễn ra nhịp nhàng (số chai đầu ra của khâu rót
sẽ là số chai đầu vào cho khâu đóng nút sẽ phải tương đương nhau, hoặc chai sẽ chờ ở
vị trí trung gian…).

Hệ thống dây chuyền có sử dụng băng tải vận chuyển, chuyên chở là một thành
phần cơ bản, được sử dụng chủ yếu trong các dây truyền công nghiệp trong lĩnh vực
khai thác và chế biến. Trong lĩnh vực chế biến, đặc biệt là ngành chế biến thực phẩm,
giải khát, trong các dây chuyền chế biến tự động, băng tải là thành phần xuyên suốt.
Bài toán đặt ra là vấn đề điều khiển băng tải, nghiên cứu về chế độ làm việc, tốc độ
hoạt động…có thể có của băng tải, nhằm phục vụ các mục đích, yêu cầu của hệ thống.
Phần lý thuyết sẽ nghiên cứu các thiết bị điều khiển truyền động cho hệ thống băng
tải. Đề tài lựa chọn phương án điều khiển băng tải sử dụng động cơ 3 pha roto lồng sóc
truyền động cho băng tải, thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số nhờ biến
tần, dùng PLC điều khiển toàn bộ hệ thống (chạy chế độ thuận, ngược, tốc độ nhanh
4
chậm, dừng, rót…), sử dụng các cảm biến, encoder để lấy tín hiệu điều khiển đầu vào
cho PLC. Nhiệm vụ của phần lý thuyết sẽ nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động,
chức năng và ứng dụng của các thiết bị trên.
PLC là thiết bị điều khiển trung tâm, nhận tín hiệu điều khiển từ các cảm biến,
PLC có nhiệm vụ lựa chọn các mức tấn số của biến tần tương ứng với các cấp tốc độ
và các chế độ dừng, thuận, ngược, PLC còn có nhiệm vụ điều khiển các cơ cấu chấp
hành (nâng hạ, đóng mở van rót). Biến tần cung cấp điện áp đã được thay đổi tần số
cho động cơ, nhờ đó động cơ có khả năng thay đổi tốc độ. Động cơ truyền động cho
băng tải nhờ hệ thống băng tải nhờ hệ bánh răng vòng xích.
Khi vận hành hệ thống, chai được đưa lên băng tải gặp cảm biến vị trí 1, cảm biến
1 sẽ đưa tín hiệu tới bộ điều khiển PLC để bắt đầu điều khiển động cơ băng tải chạy
theo 3 cấp tốc độ trên quãng đường đã được tính toán. Khi động cơ băng tải chạy với
tốc độ chậm đến vị trí rót liệu, khi chai gặp cảm biến vị trí 2, cảm biến vị trí 2 sẽ đưa
tín hiệu tới hiệu tới bộ điều khiển PLC dừng động cơ băng tải đồng thời báo hệ thống
rót hoạt động. Cơ cấu pittong xilanh khí nén hạ van rót xuống để rót nhiên liệu vào
chai, khi chai được rót đầy nhiên liệu thì hệ thống van rót được nâng lên động cơ băng
tải lại được vận hành, quá trình lại được tiếp diễn.
3. Tìm hiểu về PLC:
Tổng quát, một hệ thống điều khiển là tập hợp những dụng cụ, thiết bị điện tử được

dùng ở những hệ thống cần đảm bảo tính ổn định, sự chính xác, sự chuyển đổi nhịp
nhàng của một quy trình hoặc một công nghệ sản xuất. Nó thực hiện bất cứ yêu cầu
nào của dụng cụ, từ cung cấp năng lượng đến một thiết bị bán dẫn, với thành quả của
sự phát triển nhanh chóng của công nghệ việc diều khiển những hệ thống phức tạp sẽ
được thực hiện bởi một hệ thống điều khiển tự động hóa hoàn toàn, đó là PLC, nó
được sử dụng kết hợp với máy tính chủ. Ngoài ra nó còn giao diện để kết nối với các
thiết bị khác (như là: bảng điều khiển, động cơ, contact, cuộn dây,…). Khả năng
chuyển giao mạng của PLC có thể cho phép chúng phối hợp xử lý, điều khiển những
hệ thống lớn. Ngoài ra, nó còn thể hiện sự linh hoạt trong việc phân loại các hệ thống
điều khiển. Mỗi một hệ thống điều khiển có thể đóng vai trò quan trọng. PLC sẽ không
nhận biết được gì nếu nó không được kết nối với các thiết bị cảm ứng. Nó cũng không
cho phép bất ký máy móc thiết bị nào hoạt động nếu ngõ ra của PLC không được kết
nối với động cơ. Và tất nhiên, vùng máy chủ là nơi liên kết các hoạt động của một sản
xuất riêng biệt.
PLC là viết tắt của Programmble Logic Control, là thiết bị lập trình được cho phép
thực hiện linh hoạt các phép toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình. Nó
được thiết kế chuyên dụng trong công nghiệp để điều khiển các quá trình từ đơn giản
5
đến phức tạp và tuỳ thuộc vào người sử dụng mà nó có thể thực hiện hàng loạt các
chương trình.
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC hiện nay có ứng dụng rất rộng rãi, nó có
thể thay thế được cả một mảng rơle, hơn thế nữa PLC giống như một máy tính nên có
thể lập trình được. Chương trình của PLC có thể thay đổi rất dễ dàng, các chương trình
con cũng có thể sửa đổi nhanh chóng.
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC đáp ứng được hầu hết các yêu cầu và như
là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công nghiệp.
Trước đây thì việc tự động hoá chỉ được áp dụng trong sản xuất hàng loạt năng suất
cao. Hiện nay cần thiết phải tự động hoá cả trong sản xuất nhiều loại khác nhau để
nâng cao năng suất và chất lượng.
3.1 Vai trò của PLC:

Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC được coi như là trái tim của hệ thống
điều khiển. Với một chương trình ứng dụng (đã được lưu trữ ở bên trong bộ nhớ của
PLC) thì PLC liên tục kiểm tra trạng thái của hệ thống, bao gồm: kiểm tra tín hiệu
phản hồi từ các thiết bị nhập, dựa vào chương trình logic để xử lý tín hiệu và mang các
thiết bị điều khiển ra thiết bị xuất.
PLC được dùng để điều khiển những hệ thống từ đơn giản đến phức tạp. Hoặc ta
có thể kết hợp chúng với nhau thành một mạng truyền thông có thể điều khiển một quá
trình phức hợp.
Ngày nay PLC được đưa vào hệ thống điều khiển một cách rộng rãi và trở nên
thông dụng để đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng. Các nhà sản xuất đưa ra thị trường
hàng loạt các loại PLC khác nhau với nhiều mức độ thực hiện chương trình, đủ để đáp
ứng nhu cầu của người sử dụng. Vì vậy để đánh giá một PLC người ta dựa vào hai tiêu
chuẩn sau:
- Dung lượng bộ nhớ.
- Số tiếp điểm vào/ra của PLC.
3.2 Các thiết bị nhập và xuất dùng trong PLC:
a) Các thiết bị nhập:
Sự thông minh của một hệ thống tự động hóa phụ thuộc vào khả năng đọc tín hiệu
từ các cảm biến tự động của PLC.
Hình thức giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bị nhập là: nút ấn, cầu giao,
phím,…Ngoài ra, PLC còn nhận được các thiết bị nhận dạng tự động như: công tắc
trạng thái, công tắc giới hạn, cảm biến quang điện, cảm biến cấp độ,…Các loại tín hiệu
nhập đến PLC phải là trạng thái ON/OFF hoặc tín hiệu Analog. Những tín hiệu ngõ
vào này được giao tiếp với PLC qua các modul nhập.
b) Thiết bị xuất:
6
Trong hệ thống tự động hóa, thiết bị xuất cũng là một yếu tố rất quan trọng. Nếu
ngõ ra của PLC không được kết nối với thiết bị xuất thì hầu như hệ thống sẽ bị tê liệt
hoàn toàn. Các thiết bị xuất thông thường là: động cơ, cuộn dây, nam châm, relay,
chuông báo,…Thông qua hoạt động của motor, các cuộn dây, PLC có thể điều khiển

một hệ thống từ đơn giản đến phức tạp. Các loại thiết bị xuất là một phần kết cấu của
hệ thống tự động hóa và vì thế nó ảnh hưởng trực tiếp vào hiệu suất của hệ thống.
Tuy nhiên, các thiết bị xuất khác như là: đèn poilot, còi và các báo động chỉ cho
biết các mục đích như: báo cho chúng ta biết tín hiệu ngõ vào, các thiết bị ngõ ra được
giao tiếp với PLC qua miền rộng của modul ngõ ra PLC.
3.3 Bộ điều khiển lập trình được PLC:
PLC là bộ điều khiển logic theo chương trình bao gồm: bộ xử lý trung tâm CPU
chứa chương trình ứng dụng và các modul giao diện nhập xuất. Nó được nối trực tiếp
đến các thiết bị I/O. Vì thế, khi tín hiệu nhập, CPU sẽ sử lý tín hiệu và gửi tín hiệu đến
thiết bị xuất.
3.4 So sánh PLC với các thiết bị điều khiển thông thường khác:
Hiện nay, các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần dàn thay thế cho các hệ
thống điều khiển bằng relay, contactor thông thường. So sánh ưu điểm và khuyết điểm
của hai hệ thống trên:
* Hệ thống điều khiển thông thường:
- Thô kệch do có quá nhiều dây dẫn và rơle trên bảng điều khiển.
- Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế lắp đặt.
- Tốc độ hoạt động chậm.
- Công suật tiêu thụ lớn.
- Mỗi lần muốn thay đổi chương trình thì phải lắp đặt lại toàn bộ, tốn nhiều thời gian.
- Khó bảo quản, sữa chữa.
* Hệ thống điều khiển bằng PLC.
- Những dây kết nối trong hệ thống giảm được 80% nên nhỏ gọn hơn.
- Công suất tiêu thụ ít hơn.
- Sự thay đổi các ngõ vào, ra và điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhờ phần
mềm điều khiển băng máy tính hay trên Console.
- Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn.
- Bảo trì và sửa chữa dễ dàng.
- Độ bền và tin cậy vận hành cao.
- Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng.

- Có thiết bị chống nhiễu.
- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.
7
- Dễ lập trình và có thể lập trình bằng máy tính, thích hợp cho việc các lệnh tuần tự
của nó.
- Các modul rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết.
Do những lý do trên PLC thể hiện rõ ưu điểm của nó so với các thiết bị điều khiển
thông thường khác. PLC còn có khả năng thêm vào hay thay đổi các lệnh tùy theo yêu
cầu của công nghệ. Khi đó ta chỉ cần thay đổi chương trình của nó, điều này nói lên
tính năng điều khiển khá linh động của PLC.
3.5. Các bước thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC:
Để thiết kế một chương trình điều khiển cho một hoạt động bao gồm những bước
sau:
3.5.1. Xác định quy trình công nghệ:
Trước tiên, ta phải xác định thiết bị hay hệ thống nào muốn điều khiển. Mục đích
cuối cùng của bộ điều khiển là điều khiển một hệ thống hoạt động.
Sự vận hành của hệ thống được kiểm tra bởi các thiết bị đầu vào. Nó nhận tín hiệu
và gởi tín hiệu đến CPU, CPU xử lý tín hiệu và gởi nó đến thiết bị xuất để điều khiển
sự hoạt động của hệ thống như lập trình sẵn trong chương trình.
3.5.2. Xác định ngõ vào, ngõ ra:
Tất cả các thiết bị nhập, xuất bên ngoài đều được kết nối với bộ điều khiển lập
trình. Thiết bị nhập là những contac, cảm biến…Thiết bị xuất là những cuộn dây,
valve điện từ, motor, bộ hiện thị.
Sau khi xác định tất cả các thiết bị nhập xuất cần thiết, ta định vị các thiết bị vào ra
tương ứng cho từng ngõ vào, ra trên PLC trước khi viết chương trình.
3.5.3 Viết chương trình:
Khi viết chương trình theo sơ đồ hình bậc thang phải theo sự tuần tự từng bước của
hệ thống.
3.5.4. Nạp chương trình vào hệ thống:
Bây giờ chúng ta có thể cung cấp nguồn cho bộ điều khiển có lập trình thông qua

cổng I/O. Sau đó nạp chương trình vào bộ nhớ thông qua bộ console hay lập trình hay
máy tính có chứa phần mềm lập trình hình thang. Sau khi nạp xong kiểm tra lại bằng
hàm chuẩn đoán. Nếu được mô phỏng toàn bộ hoạt động của hệ thống để chắc chắn
rằng chương trình đã hoạt động tốt.
3.5.5. Chạy chương trình:
Trước khi nhấn nút start, phải chắc chắn rằng các dây dẫn nối các ngõ vào, ra đến
các thiết bị nhập, xuất đã được nối dúng theo chỉ định. Lúc đó PLC mới bắt đầu hoạt
động thậc sự. Trong khi chạy chương trình, nếu bị lỗi thì máy tính hoặc bộ Console sẽ
báo lỗi, ta phải sửa lại cho đến khi nó an toàn.
Lưu đồ phương pháp thiết kế bộ điều khiển:
8
9
Xác định yêu cầu của hệ
thống điều khiển
Vẽ lưu đồ chung của hệ
thống điều khiển
Liệt kê tất cả các ngõ ra,
ngõ vào nối tương đối đến
các cổng I/O của PLC
Chuyển lưu đồ sang sơ
đồ hình thang
Nạp lập trình sơ đồ hình
thang thiết kế cho PLC
Chạy thử chương trình
Chương
trình
Hiệu đính lại
phần mềm
Nạp chương trình vào
EPROM

Lập hồ sơ hệ thống cho
tất cả các bản vẽ
END
3.6 Ưu nhược điểm của hệ thống:
Trong giai đoạn đầu của thời kỳ phát triển công nghiệp vào khoảng năm 1960 và
1970, yêu cầu tự động của hệ điều khiển được thực hiện bằng các Rơle điện từ nối với
nhau bằng dây dẫn điện trong bảng điều khiển, trong nhiều trường hợp bảng điều
khiển có kích thước quá lớn đến nỗi không thể gắn toàn bộ lên trên tường và các dây
nối cũng không hoàn toàn tốt vì thế rất thường xảy ra trục trặc của hệ thống. Một điểm
quan trọng nữa là do thời gian làm của các Rơle có giới hạn nên khi cần thay thế cần
phải ngừng toàn bộ hệ thống và dây nối cũng phải thay mới cho phù hợp, bảng điều
khiển chỉ dùng cho một yêu cầu riêng biệt không thể thay đổi tức thời chức năng khác
mà phải lắp ráp lại toàn bộ, và trong trường hợp bảo trì cũng như sửa chữa cần đòi hỏi
thợ chuyên môn có tay nghề cao. Tóm lại hệ điều khiển Rơle hoàn toàn không linh
động.
* Tóm tắt nhược điểm của hệ thống điều khiển dòng Rơle:
- Tốn kém rất nhiều dây dẫn.
- Thay thế rất phức tạp.
- Cần công nhân sửa chữa tay nghề cao.
- Công suất tiêu thụ lớn.
- Thời gian sửa chữa lâu.
- Khó cập nhật sơ đồ nên gây khó khăn cho công tác bảo trì cũng như thay thế.
* Ưu điểm của hệ điều khiển PLC:
Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng
như các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm như
sau:
- Giảm 80% số lượng đầu dây nối.
- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp.
- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa được nhanh chóng và
dễ dàng.

- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình)
mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị xuất
nhập.
- Số lượng Rơle và Timer ít hơn rất nhiều so với hệ điều khiển cổ điển.
- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế.
10
- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài mS) dẫn đến tăng cao
tốc độ sản xuất.
- Chi phí lắp đặt thấp.
- Độ tin cậy cao.
- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện cho vấn
đề bảo trì và sửa chữa hệ thống.
4. Hệ thống điều khiển băng tải:
4.1 Sơ đồ hệ thống:
Đối với các quá trình tự động hóa nói chung và hệ thống đóng chai nói riêng thì
băng tải đóng vai trò quan trọng.Từ khâu rửa chai đến khâu rót nguyên liệu và khâu
đóng nắp chai thì việc vận chuyển đều cần đến băng tải.Vấn đề quan trọng nhất để
băng tải hoạt động theo ý muốn là điều khiển tốc độ băng tải đồng nghĩa với việc điều
khiển động cơ của băng tải.
Sơ đồ khối của hê thống băng tải trong quá trình đóng chai:
4.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ DC:
Trong công nghiệp đòi hỏi có nhiều cấp tốc độ khác nhau, tuỳ theo yêu cầu cần
thiết mà người ta chọn cấp tốc độ này hay cấp tốc độ khác. Để có các cấp tốc độ khác
nhau, ta có thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy như tỉ số truyền hay thay đổi tốc độ
của chính động cơ truyền động.
Thông thường để tinh chỉnh tốc độ ta dùng phương pháp thay đổi tốc độ của động
cơ truyền động, có các phương pháp điều chỉnh sau:
11
Một là, điều chỉnh các thông số ở mạch của máy điện:
- Điều chỉnh điện trở của mạch phần ứng.

- Điều chỉnh kích từ của động cơ.
Phương pháp điều chỉnh này có tốc độ cứng, đặc tính cơ giảm nên độ chính xác
trong việc duy trì tốc độ không cao, phạm vi điều chỉnh tốc độ hẹp, độ tinh điều chỉnh
kém. Khi điều chỉnh càng sâu thì sai số tốc độ tăng và momen ngắn mạch giảm, nghĩa
là độ chính xác duy trì tốc độ và khả năng quá tải kém. Phương pháp này không được
khuyến khích thực hiện.
Hai là, thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho phần ứng
động cơ:
- Hệ thống máy phát- động cơ
- Hệ biến đổi van điều khiển (SCR)- động cơ.
- Hệ điều áp van từ- động cơ (khuếch đại từ- động cơ).
- Hệ điều áp nguồn- động cơ.
Về các chỉ tiêu kỹ thuật và năng lượng thì phương pháp điều áp xung được đánh
giá tốt.
Trước hết nó là phương pháp điều chỉnh triệt để, nghĩa là có thể điều chỉnh tốc độ
trong bất kỳ vùng tải nào, kể cả khi không tải lý tưởng. Đặc tính cơ điều chỉnh đảm
bảo được sai số tốc độ nhỏ, khả năng quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và tổn hao năng
lượng thấp. Bởi vì đặc tính cơ của phương pháp tuy mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên
nhưng cứng hơn khi dùng phương pháp điều chỉnh thông số. Mặt khác vì phần tử điều
chỉnh đặt trong mạch điều khiển của bộ biến đổi là mạch có công suất nhỏ, nên độ tinh
chỉnh cao, thao tác nhẹ nhàng và có khả năng cải thiện thành hệ tự động vòng kín.
Nhược điểm: là phải dùng bộ biến đổi phức tạp nên vốn đầu tư cơ bản và vận hành
phí cao. Tuy nhiên với các ưu điểm trên, phương pháp này tạo được năng suất cao, tổn
thất năng lượng ít do đó được sử dụng rộng rãi.
Ba là, điều chỉnh sơ đồ:
- Sơ đồ phân mạch phần ứng.
- Sơ đồ dùng hai động cơ DC liên kết nối cứng với nhau.
- Sơ đồ dùng hai động cơ liên kết nối hở với nhau.
Bốn là, phương pháp điều rộng xung:
Điện áp ra bao gồm những xung có bề rộng thay đổi được và biên độ là hằng số.

Yêu cầu là mạch có khả năng đóng ngắt ở tần số cao, có thể đóng ngắt riêng cho từng
12
ngắt khác nhau. Các loại mạch này thích hợp cho các mạch động lực dùng transistor
công suất, việc đóng ngắt nhiều lần, nếu ta thay đổi được các độ rộng xung trong một
chu kỳ thì ta có thể hạn chế được sóng hại bậc cao.
Với những nhận xét ưu điểm của bốn phương pháp điều chỉnh trên ta nhận thấy:
Để điều chỉnh tốc độ động cơ DC cần có dải điều chỉnh rộng, đòi hỏi chất lượng điều
chỉnh cao, ta chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ DC bằng phương pháp điều
rộng xung nghĩa là thay đổi được t
on
và f
xung
= 1/T = const.
5. Giải quyết bài toán điều khiển hệ thống đóng chai: bài toán điều khiển động cơ
băng tải
5.1 Tổng quan về hệ thống:
Hệ thống đóng chai hoạt động nhờ hai động cơ .Động cơ thứ nhất giúp cho băng
tải hoạt động và động cơ thứ hai giúp cho hệ thống vòi chiết bia vào chai hoạt động.
A. Hệ thống vòi chiết bia vào chai
* Hệ thống vòi chiết bia vào chai có thể hiểu đơn giản như sau: hệ thống được thiết kế
trên một khối hình tròn trên khối này được thiêt kế các vòi chiết, khoảng cách giữa các
vòi chiết la bằng nhau va bang khoảng cách giũa các chai trên băng.Toàn bộ khối này
được gắn với một trục quay và được làm quay nhờ một động cơ.
* Khi có tín hiệu điều khiển báo có chai đến một vị trí định trước, vòi chiết này bắt đầu
chụp vào miệng chai,khoảng thời gian để vòi chiết di chuyển và chụp vào miệng chai
là một số cố định đã được lập trình từ trước.Khi khoảng thời gian này vừa kết thúc bia
bắt đầu được chiết vào chai,có thể coi lưu lượng bia chảy trong vòi chiết là không đổi
thì sau một khoảng thời gian định trước vòi chiết sẽ ngừng chiết ,vòi chiết băt đầu rời
khỏi miệng chai và chai bia được chiết đầy theo băng tải ra ngoài. Đó la hành trình để
chiết đầy bia vào một chai. Khi chai bia đã được chiết đầy bia ra ngoài sẽ có một chai

khác được đưa lên băng tải.Các chai được xếp cách nhau một khoảng cách nhất định
chính vì vậy khoảng cách của các vòi chiết cũng dược thiết kế bằng với khoảng cách
của các chai trên băng tải.
* Như vậy hệ thống chiết bia vào chai có thể nói là hoat động cố đinh nếu coi lưu
lượng bia chảy trong các vòi chiết la cố định và bỏ qua các yếu tố ảnh hưởng từ môi
trường như sức cản không khi …với công nghệ hiện nay có thể đáp ứng được các giả
thiết trên. Khi các giả thiết trên được đáp ứng có nghĩa là tốc độ quay của khối tròn,các
vòi chiết cũng như tốc độ của đông cơ là không đổi.
B. Hệ thống băng tải
Hệ thống băng tải được thiết kế để vận chuyển chai trong các quá trình hoạt động
của hệ thống đóng chai.Băng tải hoạt động nhờ một động cơ.Băng tải được thiết kế với
hai đoạn chính một đoạn băng tải chạy thẳng và một đoạn là đường cong. Đường cong
này song song và nằm dưới khối cong chứa các vòi chiết.Tại vị trí giao nhau giữa đoạn
cong và đoạn thẳng của băng tải ta đặt một cảm biến. Khi chai di chuyển qua đây cảm
biến sẽ phát hiện và báo về bộ điều khiển. Khi hoạt động băng tải sẽ nhận các vỏ chai
đã qua các khâu xử lý làm sạch. Các chai được đặt trên băng tải với khoảng cách bằng
với khoảng cách của các vòi chiết,khi chai đến vị trí đã định trước sẽ được các vòi
chiết chiết bia vào. Trong lúc chiết bia băng tải vẫn chạy và các vòi chiết cũng quay
theo. Khi chai được chiết đầy sẽ theo băng tải ra ngoài.
C Vân đề cần giải quyết
Vấn đề đặt ra ở đây được mô tả như sau: giả sử khi chai bia được chiết đầy và đưa
ra khỏi băng tải thì chai tiếp theo ở cách đó một đoạn bằng khoảng cách giữa các chai.
Lúc này chai mới cũng được đưa lên băng tải. Như vậy băng tải sẽ hoạt động với tải
13
trọng thay đổi so với lúc chai đầy vừa được đưa ra. Từ thời điểm này đến thời điểm
chai tiếp theo được chiết đầy tải trọng của băng tải sẽ tăng dần đều theo lượng bia
chiết vào một chai, sự thay đổi này bắt đầu từ không đến khối lượng bia trong một
chai. Sự thay đổi này biến đổi theo một chu kỳ tuàn hoàn. Sự thay đổi tải trọng của
băng tải sẽ dẫn đến thay đổi tốc độ của băng tải. Để đáp ứng yêu cầu của bài toán thì
tốc độ của băng tải phải bằng với tốc độ dài của của các vòi chiết để đảm bảo bia

không bia không bị chiết ra ngoài.
Trong khi tốc độ của vòi chiết là không đổi thì để đáp ứng được yêu cầu ta cần
điều khiển tốc độ của băng tải thông qua việc điều khiển tốc độ của đông cơ vận hành
băng tải .Như vậy bài toán cần giải quyết là điều khiển tốc độ của động cơ vận hành
băng tải sao cho đồng tốc với với động cơ làm quay hệ thống chiết, tức là điều khiển
sao cho tốc độ động cơ vận hành băng tải thay đổi trong phạm vi hẹp có thể đáp ứng
được các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống.
5.2 Hệ điều khiển tốc độ động cơ DC:
Hệ điều khiển tốc độ động cơ DC phân thành hai loại:
- Hệ thống hở
- Hệ thống kín
a) Hệ thống hở:
Hệ thống hở còn gọi là hệ thống bán tự động, nó thực hiện nguyên tắc khống chế
cứng, tức là tín hiệu ra không cần đo lường để hồi tiếp chuyển về đầu vào. Mọi sự biến
đổi của tín hiệu ra không phản ánh vào thiết bị điều khiển. Sơ đồ khối của hệ thống hở:
* Nguyên lý điều chỉnh:
Đối với động cơ DC khi giữ điện áp phần ứng không đổi, ta thay đổi độ rộng xung
kích thì tốc độ của động cơ sẽ thay đổi và tránh được những biến động lớn về gia tốc
và động lực trong hệ.
+
V
i
-
Sơ đồ nguyên lý tổng quát
Bộ biến đổi đảo chiều có nhiệm vụ thay đổi chiều điện áp đặt lên động cơ.
b) Hệ thống kín:
Hệ thống kín còn gọi là hệ thống điều khiển tự động, nó thực hiện nguyên tắc điều
khiển có phản hồi, tức là tín hiệu ra được đo lường và phản hồi đến đầu vào bộ điều
khiển để tạo ra tín hiệu điều khiển và thông qua bộ biến đổi điều chỉnh lại tốc độ động
cơ tương ứng với giá trị tín hiệu đặt. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển kín:

14
Khối điều khiển Bộ biến đổi Động cơ DC
Bộ
đảo
chiều
Khi sử dụng hệ thống điều khiển bán tự động thường sai số tốc độ tĩnh tương đối
lớn do đặc tính cơ tự nhiên của động cơ thường gặp đều có độ cứng không đủ lớn. Đặc
biệt là khi điều chỉnh dưới tốc độ cơ bản, độ cứng giảm hoặc tốc độ không tải lý tưởng
giảm. Vì vậy trong thực tế khi điều khiển động cơ người ta thường dùng hệ kín để
giảm sai số tốc độ và mở rộng dải điều chỉnh. Vì sai số tĩnh của tốc độ phụ thuộc vào
độ cứng của động cơ nên biện pháp chủ yếu dùng để ổn định hoá trong hệ là làm tăng
độ cứng đặc tính cơ, muốn vậy thông số điều chỉnh phải thay đổi tự động theo giá trị
phụ tải sao cho đủ khả năng bù trừ lượng sụt tốc do tải gây ra. Do đó người ta sử dụng
các vòng hồi tiếp dòng điện, tốc độ truyền động tự động vòng kín.
15
Khối điều khiển Bộ biến đổi Động cơ DC
Phản hồi
Tài liệu tham khảo
- Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống đóng chai trong nhà máy bia; Đại
học giao thông vận tải Tp Hồ Chí Minh
- : Công nghệ sản xuất malt và bia; Hoàng Đình Hoà, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ
thuật.
16