Sửa chữa, cải tạo máy chiết rót

Trong dây chuyền đóng gói sản phẩm dạng ống hoặc bao bì nhựa, chiết rót và hàn miệng cần được phối hợp chính xác. Vòi chiết rút lên chậm, bàn xoay chuyển sai thời điểm hoặc đầu hàn tác động không ổn định đều có thể gây rò rỉ, chảy nhựa và kéo dài chu kỳ máy.

 

Tự Động Hóa Toàn Cầu triển khai giải pháp lập trình máy chiết rót bằng PLC, HMI Xinje, hướng đến khả năng vận hành ổn định, dễ điều chỉnh và thuận tiện bảo trì.

I. Tổng quan dự án lập trình máy chiết rót

Hệ thống trong dự án là máy chiết rót dạng bàn xoay, sử dụng nhiều vị trí làm việc liên tiếp. Bao bì sau khi được đặt vào khuôn sẽ lần lượt di chuyển qua công đoạn định vị, chiết nguyên liệu, chuyển trạm, hàn miệng và đưa sản phẩm ra ngoài.

Để máy hoạt động ổn định, nhiều cơ cấu phải phối hợp với nhau theo đúng trình tự, bao gồm:

• Động cơ dẫn động bàn xoay.
• Vòi chiết và cơ cấu nâng hạ vòi.
• Cảm biến xác định vị trí.
• Xi lanh và van điện từ.
• Cơ cấu giữ, kẹp bao bì.
• Đầu hàn và bộ phát siêu âm.
• PLC điều khiển trung tâm.
• Màn hình HMI phục vụ cài đặt và giám sát.

Trong đó, yêu cầu quan trọng nhất là đồng bộ thời điểm giữa công đoạn chiết và công đoạn hàn. Vòi chiết phải hoàn thành hành trình và rút lên an toàn trước khi bàn xoay chuyển vị trí. Khi bao bì đến trạm hàn, đầu hàn mới được phép đi xuống và kích hoạt siêu âm.

Công đoạn đóng kín bao bì sử dụng công nghệ hàn siêu âm. Phương pháp này tạo liên kết giữa hai bề mặt nhựa bằng dao động cơ học có tần số cao. Khi đầu hàn ép lên khu vực cần ghép, năng lượng dao động tập trung tại bề mặt tiếp xúc, làm vật liệu nóng lên trong thời gian ngắn. Sau khi nhựa mềm ra và liên kết, đầu hàn tiếp tục giữ lực ép để mối hàn ổn định.

So với phương pháp gia nhiệt trực tiếp, hàn siêu âm có nhiều ưu điểm trong các ứng dụng đóng gói:

• Thời gian hàn nhanh.
• Vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ.
• Không cần bổ sung keo hoặc vật liệu liên kết.
• Đường hàn có thể đạt độ kín và tính thẩm mỹ cao.
• Dễ tích hợp vào máy tự động.
• Phù hợp với nhiều loại bao bì nhựa nhiệt dẻo.

Đầu hàn chỉ được đi xuống khi sản phẩm đến đúng vị trí, bàn xoay đã dừng và vòi chiết đã rút khỏi vùng làm việc. Vì vậy, chất lượng mối hàn không chỉ phụ thuộc vào bộ phát siêu âm mà còn liên quan trực tiếp đến chương trình PLC.

Trong dự án này, PLC Xinje được sử dụng làm bộ điều khiển trung tâm, còn HMI Xinje đảm nhiệm việc cài đặt và giám sát. Công việc gồm khảo sát máy, lập trình, chạy thử và hiệu chỉnh.

II. Hiện trạng và những vấn đề của máy chiết rót

Trước khi được lập trình và tối ưu, máy chiết rót gặp nhiều vấn đề liên quan đến sự phối hợp giữa các cơ cấu. Những lỗi này không nhất thiết xuất hiện liên tục nhưng lại gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng thành phẩm và hiệu quả sản xuất.

1. Chu trình chiết và hàn chưa đồng bộ

Một trong những vấn đề chính là thời điểm kết thúc chiết, rút vòi và chuyển bàn xoay chưa được phối hợp chặt chẽ.

Nếu vòi chiết rút lên chậm, bàn xoay phải chờ lâu hơn trước khi chuyển sang vị trí tiếp theo. Trường hợp bàn xoay chuyển quá sớm, vòi chiết có thể chưa thoát khỏi vùng làm việc, làm tăng nguy cơ va chạm cơ khí. Tương tự, đầu hàn không được phép đi xuống khi bàn xoay chưa dừng đúng vị trí. Bao bì chỉ cần lệch một khoảng nhỏ cũng có thể khiến đường hàn không nằm đúng tâm hoặc lực ép phân bố không đều.

2. Chất lượng mối hàn thiếu ổn định

Do thông số hàn chưa được kiểm soát và điều chỉnh phù hợp, máy có thể xuất hiện một số lỗi:

• Đường hàn bị hở hoặc không kín hoàn toàn.
• Nhựa bị chảy do thời gian hàn quá dài.
• Mối hàn bị lệch khỏi vị trí yêu cầu.
• Bề mặt bao bì bị nhăn hoặc biến dạng.
• Đường hàn thiếu đồng đều giữa các sản phẩm.
• Thành phẩm có nguy cơ rò rỉ trong quá trình vận chuyển.

Những lỗi này có thể liên quan đến cả cơ khí, khí nén, đầu hàn và chương trình điều khiển. Vì vậy, chỉ tăng hoặc giảm thời gian hàn một cách cảm tính thường không thể giải quyết triệt để vấn đề.

3. Tồn tại nhiều khoảng thời gian chờ

Ở một số máy cũ, chương trình thường sử dụng các bộ định thời khá dài để tránh các cơ cấu hoạt động chồng chéo. Cách làm này có thể giúp máy tạm thời hạn chế va chạm nhưng lại làm tăng cycle time.

Ví dụ, sau khi vòi chiết rút lên, chương trình vẫn chờ thêm một khoảng thời gian cố định mới cho bàn xoay chuyển động. Trong khi đó, nếu PLC đã nhận được tín hiệu xác nhận vòi chiết về đúng vị trí, máy hoàn toàn có thể thực hiện bước tiếp theo sớm hơn.

Khi mỗi chu kỳ chỉ kéo dài thêm một vài giây, ảnh hưởng có thể chưa rõ ràng. Tuy nhiên, với hàng nghìn sản phẩm trong một ca, tổng thời gian chờ phát sinh sẽ làm giảm đáng kể năng suất của máy.

4. Khó điều chỉnh khi thay đổi sản phẩm

Mỗi loại nguyên liệu hoặc bao bì có thể yêu cầu thời gian chiết, thời gian hàn và thời gian giữ khác nhau. Nếu các tham số này được cài cố định trong chương trình PLC, mỗi lần thay đổi mã hàng đều cần kỹ thuật viên kết nối máy tính để sửa chương trình.

Điều này gây ra nhiều bất tiện:

• Mất thời gian dừng máy để hiệu chỉnh.
• Phụ thuộc vào người lập trình.
• Khó thử nghiệm nhiều bộ thông số.
• Tăng nguy cơ chỉnh sửa nhầm chương trình.
• Không thuận tiện khi nhà máy sản xuất nhiều loại sản phẩm.

Từ những vấn đề trên, yêu cầu đặt ra là phải xây dựng lại chương trình theo hướng rõ ràng, có tín hiệu xác nhận, có điều kiện liên động và cho phép cài đặt thông số trực tiếp trên HMI.

III. Giải pháp lập trình PLC, HMI Xinje cho máy chiết rót

Giải pháp được triển khai là sử dụng PLC làm bộ điều khiển trung tâm và HMI Xinje làm giao diện vận hành. Chương trình điều khiển được tối ưu theo trình tự thực tế của máy, thay vì chỉ sử dụng các khoảng thời gian chờ cố định.

1. Xây dựng chương trình điều khiển theo từng trạng thái

Toàn bộ chu trình được chia thành các bước hoạt động cụ thể:

1. Kiểm tra điều kiện sẵn sàng của máy.
2. Xác nhận bao bì đã được đặt đúng vị trí.
3. Định vị và giữ bao bì.
4. Hạ vòi chiết.
5. Bắt đầu quá trình chiết.
6. Kết thúc chiết và rút vòi lên.
7. Xác nhận vòi đã về vị trí an toàn.
8. Điều khiển bàn xoay chuyển trạm.
9. Xác nhận bao bì đã đến vị trí hàn.
10. Hạ đầu hàn và tạo lực ép.
11. Kích hoạt bộ phát siêu âm.
12. Giữ đầu hàn sau khi kết thúc siêu âm.
13. Nâng đầu hàn và chuyển sang chu kỳ tiếp theo.

Mỗi bước chỉ được thực hiện khi các điều kiện của bước trước đã hoàn tất. Cách lập trình này giúp chu trình dễ kiểm tra, thuận tiện sửa đổi và hạn chế tình trạng thiết bị hoạt động sai thứ tự.

2. Bổ sung các điều kiện liên động

Liên động là phần đặc biệt quan trọng đối với máy có nhiều cơ cấu chuyển động. Trong dự án này, chương trình được xây dựng để kiểm soát các điều kiện như:

• Bàn xoay chỉ được hoạt động khi vòi chiết và đầu hàn đã rút lên.
• Vòi chiết chỉ hạ xuống khi bàn xoay đã dừng đúng vị trí.
• Đầu hàn chỉ đi xuống khi sản phẩm đã đến trạm hàn.
• Bộ phát siêu âm chỉ được kích hoạt khi đầu hàn đã ép đúng vị trí.
• Chu kỳ mới chỉ bắt đầu sau khi tất cả cơ cấu trở về trạng thái ban đầu.
• Khi có tín hiệu bất thường, máy dừng và chờ người vận hành kiểm tra.

Nhờ các điều kiện này, máy không chỉ vận hành nhanh hơn mà còn hạn chế va chạm giữa các bộ phận.

3. Tối ưu thời gian chu kỳ

Thay vì chờ đủ một khoảng thời gian cố định, PLC sử dụng tín hiệu cảm biến và công tắc hành trình để xác nhận trạng thái thực tế. Ngay khi vòi chiết rút lên đến vị trí an toàn, chương trình có thể cho phép bàn xoay chuyển động.

Tương tự, khi bàn xoay đã đến đúng vị trí và cơ cấu định vị hoàn tất, đầu hàn có thể đi xuống mà không cần duy trì thời gian chờ quá dài. Việc loại bỏ những khoảng trễ không cần thiết giúp giảm cycle time nhưng vẫn bảo đảm an toàn.

4. Cài đặt thông số trực tiếp trên HMI Xinje

Các thông số quan trọng được đưa lên màn hình HMI để người vận hành có thể điều chỉnh mà không phải can thiệp vào chương trình PLC.

Dựa trên yêu cầu của máy, giao diện có thể cho phép cài đặt:

• Thời gian trễ trước khi chiết.
• Thời gian thực hiện chiết.
• Thời gian trễ sau khi chiết.
• Thời gian trễ trước khi hàn.
• Thời gian kích siêu âm.
• Thời gian giữ đầu hàn.
• Thời gian trễ sau khi hàn.
• Số lượng sản phẩm hoặc số chu kỳ cần thực hiện.

Việc tách riêng từng tham số giúp quá trình hiệu chỉnh chính xác hơn. Khi mối hàn chưa kín, kỹ thuật viên có thể điều chỉnh thời gian kích hoặc thời gian giữ mà không làm ảnh hưởng đến toàn bộ chu trình.

5. Ưu điểm của PLC, HMI Xinje trong dự án

PLC Xinje phù hợp với những máy có chu trình tuần tự và nhiều tín hiệu vào ra như máy chiết rót. Thiết bị có thể xử lý tín hiệu từ cảm biến, điều khiển van điện từ, contactor, động cơ và các cơ cấu chấp hành trong cùng một chương trình.

HMI Xinje giúp trực quan hóa quá trình vận hành. Các nút Start, Stop, Reset, chuyển đổi Auto/Manual và vùng cài đặt thông số được bố trí trên cùng một giao diện, giúp công nhân dễ làm quen.

Một số ưu điểm nổi bật của PLC và HMI Xinje đối với dự án gồm:

• Khả năng xử lý chương trình điều khiển tuần tự tốt.
• Hỗ trợ nhiều loại tín hiệu vào ra.
• Dễ kết nối giữa PLC và HMI.
• Giao diện HMI có thể tùy chỉnh theo từng máy.
• Thuận tiện theo dõi trạng thái cảm biến và cơ cấu.
• Cho phép thay đổi tham số mà không sửa chương trình.
• Dễ mở rộng thêm bộ đếm, cảnh báo hoặc công thức sản phẩm.
• Chi phí đầu tư phù hợp với nhu cầu cải tạo máy.

Hệ thống cũng có thể được phát triển thêm chức năng lưu công thức. Với mỗi loại bao bì, người vận hành chỉ cần chọn mã sản phẩm, HMI sẽ gọi lại bộ thông số đã lưu, giúp quá trình chuyển đổi sản xuất nhanh và hạn chế nhập sai dữ liệu.

IV. Quá trình triển khai dự án

Trước khi lập trình, kỹ thuật viên tiến hành khảo sát toàn bộ máy để xác định nguyên lý hoạt động, tình trạng thiết bị và những điểm cần cải tiến.

Các hạng mục được kiểm tra gồm:

• Hệ thống nguồn và tủ điện.
• PLC, HMI và các thiết bị điều khiển hiện có.
• Động cơ dẫn động bàn xoay.
• Cảm biến xác định vị trí.
• Van điện từ và hệ thống khí nén.
• Vòi chiết và cơ cấu nâng hạ.
• Đầu hàn cùng bộ phát siêu âm.
• Nút nhấn, công tắc và mạch dừng khẩn cấp.

Sau khi xác định đầy đủ tín hiệu vào ra, kỹ thuật viên xây dựng bảng địa chỉ I/O và sơ đồ trình tự hoạt động. Chương trình PLC được viết theo từng bước, sau đó kiểm tra riêng từng cơ cấu trước khi ghép thành chu trình tự động.

Song song với phần lập trình PLC, giao diện HMI Xinje được thiết kế theo hướng đơn giản và dễ quan sát. Các thông số thường xuyên sử dụng được đặt tại màn hình chính, còn những chức năng kiểm tra chuyên sâu được bố trí tại màn hình chạy tay hoặc giám sát.

Khi hoàn thành chương trình, máy được chạy thử ở tốc độ thấp. Kỹ thuật viên kiểm tra chiều chuyển động, trạng thái cảm biến, hành trình xi lanh và điều kiện liên động. Sau đó, hệ thống mới được chạy thử toàn bộ chu trình.

Quá trình hiệu chỉnh tập trung vào các thông số ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm:

• Lượng nguyên liệu trong mỗi lần chiết.
• Thời điểm rút vòi chiết.
• Tốc độ và vị trí dừng của bàn xoay.
• Thời gian ép trước khi kích siêu âm.
• Thời gian hàn.
• Thời gian giữ sau hàn.
• Khoảng trễ trước khi chuyển sang chu kỳ tiếp theo.

Các thông số được điều chỉnh dựa trên độ kín, hình thức đường hàn và khả năng vận hành liên tục của máy. Khi kết quả đáp ứng yêu cầu, hệ thống được nghiệm thu và hướng dẫn vận hành.

V. Kết quả sau khi hoàn thiện lập trình

Sau khi tối ưu chương trình PLC và giao diện HMI, các cơ cấu của máy được phối hợp chặt chẽ hơn. Vòi chiết, bàn xoay và đầu hàn hoạt động đúng trình tự, giảm tình trạng chờ không cần thiết giữa các công đoạn.

Việc kiểm soát riêng thời gian kích siêu âm và thời gian giữ giúp chất lượng mối hàn ổn định hơn. Khi thay đổi loại bao bì, người vận hành có thể điều chỉnh thông số trực tiếp trên HMI thay vì sửa chương trình PLC.

Những kết quả nổi bật sau khi hoàn thiện gồm:

• Chu trình chiết và hàn được đồng bộ.
• Giảm nguy cơ va chạm giữa các cơ cấu.
• Hạn chế lỗi hở miệng và chảy nhựa.
• Đường hàn đồng đều và thẩm mỹ hơn.
• Rút ngắn thời gian chờ trong mỗi chu kỳ.
• Giảm tỷ lệ phế phẩm và hao hụt nguyên liệu.
• Người vận hành dễ dàng theo dõi trạng thái máy.
• Máy dễ điều chỉnh khi thay đổi sản phẩm.

Dự án cho thấy hiệu quả của việc kết hợp thiết bị điều khiển phù hợp với chương trình được xây dựng đúng theo nguyên lý cơ khí của máy. Một chương trình tốt không chỉ giúp máy chạy được mà còn phải bảo đảm tính ổn định, khả năng điều chỉnh và sự thuận tiện trong quá trình sử dụng lâu dài.

Dự án lập trình máy triết rót là 1 trong những dự án Toàn Cầu đã triển khai. Nếu mọi người có nhu cầu lập trình hay sửa chữa, cải tạo máy thì hãy liên hệ ngay với Tự động hóa toàn cầu để được tư vấn chi tiết nhé!