Phát hiện mức chất lỏng và quản lý việc chiết rót: Đảm bảo chất lượng thông qua kiểm soát chính xác

Trên các dây chuyền sản xuất đóng gói tốc độ cao, các lon đồ uống đang được kiểm tra chính xác về thể tích.

Trong sản xuất đồ uống công nghiệp, độ chính xác của mức chất lỏng là một trong những chỉ số quan trọng về chất lượng sản phẩm. Việc đổ đầy quá mức dẫn đến lãng phí sản phẩm và tăng chi phí, trong khi đổ thiếu có thể gây ra khiếu nại của người tiêu dùng và làm tổn hại đến uy tín thương hiệu.

Thống kê cho thấy tổn thất chi phí do mức chất lỏng không đạt tiêu chuẩn có thể chiếm từ 2% đến 5% tổng chi phí sản xuất. Công nghệ phát hiện mức chất lỏng hiện đại, thông qua các phương pháp tự động hóa và độ chính xác cao, giúp cải thiện độ chính xác kiểm soát mức chất lỏng xuống còn ±0,5mm, trở thành mắt xích quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng chiết rót.

1. Tầm quan trọng của việc phát hiện mức chất lỏng: Sự cân bằng đa chiều giữa chất lượng, chi phí và thương hiệu.

Việc phát hiện mực chất lỏng đóng nhiều vai trò trong quá trình đóng lon. Về mặt chất lượng, mực chất lỏng dưới mức đạt chuẩn có thể cho thấy vấn đề về niêm phong, dẫn đến đồ uống bị hỏng hoặc rò rỉ khí carbon dioxide.

Đối với đồ uống có ga, việc đóng quá đầy có thể dẫn đến áp suất quá cao bên trong lon, trong trường hợp nghiêm trọng có thể gây nổ lon. Việc đóng thiếu sẽ gây tổn hại trực tiếp đến quyền lợi người tiêu dùng và ảnh hưởng đến uy tín thương hiệu.

Về mặt kinh tế, việc kiểm soát chính xác mức chất lỏng đồng nghĩa với việc tiết kiệm chi phí trực tiếp. Lấy ví dụ một dây chuyền sản xuất với sản lượng hàng chục triệu lon mỗi năm, việc giảm lượng chất lỏng dư thừa xuống 1ml mỗi lon có thể tiết kiệm hàng chục nghìn lít nguyên liệu mỗi năm.

Thiết bị phát hiện mức chất lỏng có thể nhận diện và loại bỏ các sản phẩm không đạt tiêu chuẩn trong thời gian thực trong quá trình vận hành tốc độ cao, ngăn chặn lượng lớn sản phẩm lỗi xâm nhập thị trường.

Các hệ thống quản lý chiết rót hiện đại không chỉ phát hiện mức chất lỏng mà còn thu thập thông tin quan trọng về chất lượng sản phẩm tổng thể và giám sát tình trạng hoạt động của máy chiết rót và đóng nắp. Chúng cung cấp dữ liệu thống kê chính xác về từng van chiết rót, đưa ra cảnh báo sớm trước khi các van chiết rót bị lỗi hoàn toàn, tránh gián đoạn sản xuất và tổn thất lô hàng.

2. Phân tích công nghệ phát hiện: Sự tiến hóa từ các phương pháp truyền thống đến các phương pháp tiên tiến

Với sự phát triển của công nghệ, công nghệ phát hiện mức chất lỏng đã tiến hóa từ đơn giản đến phức tạp, từ phương pháp tiếp xúc đến phương pháp không tiếp xúc. Hiện nay, các công nghệ phát hiện chủ đạo bao gồm công nghệ quang học, siêu âm và tia X.

Công nghệ dò tìm bằng tia X hiện là giải pháp dò tìm độ chính xác cao được sử dụng rộng rãi nhất. Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên thực tế là khi tia X xuyên qua vật chứa, các mức chất lỏng khác nhau sẽ tạo ra các hình chiếu khác nhau trên bộ thu tia X. Hệ thống xác định xem mức chất lỏng có đạt yêu cầu hay không bằng cách phân tích sự thay đổi về mặt số học của các hình chiếu này.

Công nghệ này mang lại độ chính xác cao, đạt ±0,4mm, và tốc độ phát hiện hơn 1500 lon mỗi phút.

Công nghệ phát hiện quang học sử dụng camera để ghi lại vị trí mực chất lỏng và phù hợp với các vật chứa trong suốt hoặc bán trong suốt; công nghệ siêu âm xác định chiều cao mực chất lỏng dựa trên thời gian vọng âm và phù hợp với nhiều loại vật chứa khác nhau. Ưu điểm của công nghệ quang học là tốc độ, nhưng bị hạn chế bởi độ trong suốt của vật chứa; công nghệ siêu âm không bị ảnh hưởng bởi vật liệu của vật chứa, nhưng có thể dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu môi trường.

Các hệ thống phát hiện tiên tiến hiện đại như MAOTONG sử dụng kiến ​​trúc mô-đun, tích hợp nhiều chương trình phát hiện. Chúng không chỉ có thể thực hiện phát hiện mức chất lỏng mà còn tiến hành kiểm tra 360 độ toàn bộ nắp đậy thùng chứa, xác định các vấn đề như nắp bị cong hoặc nghiêng và vòng đệm bị hư hỏng.

Một số hệ thống cũng tích hợp mô-đun MAOTONG O2 để phát hiện lượng không khí còn sót lại có thể gây hư hỏng sản phẩm nhanh chóng.

3. Hệ thống quản lý đóng gói: Sự tích hợp giữa tự động hóa và trí tuệ nhân tạo.

Các hệ thống quản lý chiết rót hiện đại không chỉ đơn thuần là phát hiện mức chất lỏng; chúng là những hệ thống phức tạp tích hợp công nghệ cảm biến, điều khiển PLC và khả năng truy xuất nguồn gốc dữ liệu. Hệ thống sử dụng PLC (Bộ điều khiển logic lập trình) làm cốt lõi, giám sát trạng thái sản xuất theo thời gian thực thông qua các cảm biến độ chính xác cao, tạo thành một hệ thống điều khiển vòng kín.

Trong quá trình vận hành hệ thống, PLC đóng vai trò là "trung tâm điều khiển", dựa vào dữ liệu phản hồi từ các cảm biến ở mỗi giai đoạn. Cảm biến quang điện phát hiện vị trí và số lượng chai rỗng; cảm biến cân theo dõi sự thay đổi trọng lượng trong quá trình chiết rót; và cảm biến mực chất lỏng phát hiện mực chất lỏng trong thùng chứa. Các cảm biến này chuyển đổi tín hiệu vật lý thành tín hiệu điện, tạo cơ sở cho các quyết định của PLC.

Kiểm soát quá trình chiết rót là chức năng cốt lõi của hệ thống. Các hệ thống hiện đại sử dụng chiến lược điều khiển vòng kín, sử dụng cảm biến trọng lượng và cảm biến mức chất lỏng làm phần tử phản hồi, kết hợp với thuật toán điều khiển PID để xây dựng hệ thống điều chỉnh thể tích chiết rót.

Đối với các loại đồ uống khác nhau, hệ thống có thể thiết lập nhiều chế độ chiết rót. Ví dụ, đối với đồ uống có ga, công nghệ chiết rót đẳng áp được sử dụng, kiểm soát sự cân bằng áp suất giữa đầu chiết rót và chai để giảm sự hình thành bọt khí.

Hệ thống quản lý chiết rót cũng có khả năng truy xuất nguồn gốc dữ liệu mạnh mẽ. Hệ thống thu thập dữ liệu như năng suất, tỷ lệ chiết rót thành công và thời gian hoạt động của thiết bị theo thời gian thực, tải lên cơ sở dữ liệu thông qua mạng Ethernet công nghiệp như PROFINET. Dữ liệu này không chỉ được sử dụng để giám sát theo thời gian thực mà còn để tạo ra các phân tích xu hướng sản xuất, giúp xác định các điểm nghẽn và sự biến động chất lượng trong quá trình sản xuất, tạo cơ sở cho việc tối ưu hóa liên tục.

4. Thông số kỹ thuật và so sánh hiệu năng của thiết bị phát hiện mức chất lỏng

Trên thị trường hiện có nhiều loại thiết bị phát hiện mức chất lỏng trong lon nước giải khát, mỗi loại có các thông số hiệu suất khác nhau để đáp ứng các nhu cầu sản xuất khác nhau. Mẫu MT-HFX-06H tiên tiến hơn thậm chí có thể đạt tốc độ phát hiện 2000 lon mỗi phút, hoặc lên đến 120.000 lon mỗi giờ.

Các thiết bị này thường sử dụng thép không gỉ 304 và phù hợp với môi trường có nhiệt độ từ 0-50℃ và độ ẩm từ 0-90% (không ngưng tụ). Chúng được lắp đặt trên một đường ống thẳng, không áp suất sau khi chiết rót, đóng nắp và làm ấm. Thiết bị nặng khoảng 80kg, có công suất 100W và hỗ trợ điện áp AC220V/110V.

Thiết bị phát hiện mức chất lỏng tiên tiến cũng tích hợp các chức năng quản lý chiết rót, bao gồm hệ thống truy xuất nguồn gốc và khả năng phát hiện đầu chiết rót. Các chức năng này cho phép hệ thống xác định nguồn gốc lỗi dẫn đến việc chiết rót không chính xác lặp đi lặp lại, phát hiện và khắc phục sự cố ở giai đoạn sớm để ngăn ngừa tỷ lệ sản phẩm lỗi cao và thời gian ngừng sản xuất kéo dài.

So sánh các kịch bản ứng dụng của các công nghệ khác nhau, công nghệ tia X mang lại độ chính xác và tốc độ cao, phù hợp với các dây chuyền sản xuất quy mô lớn, tốc độ cao; công nghệ quang học ít tốn kém hơn và phù hợp với các trường hợp không yêu cầu độ chính xác cực cao; và công nghệ siêu âm hoạt động đặc biệt tốt với một số vật liệu bao bì nhất định. Các công ty nên lựa chọn giải pháp phát hiện phù hợp dựa trên đặc điểm sản phẩm, tốc độ sản xuất và yêu cầu về độ chính xác của mình.

5. Quy trình vận hành và quản lý an toàn: Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống phát hiện

Quy trình vận hành chính xác là điều cần thiết để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của thiết bị phát hiện mức chất lỏng. Trước khi vận hành, cần phải kiểm tra thiết bị để đảm bảo thiết bị hoạt động chính xác và kiểm tra xem có bất kỳ hiện tượng bất thường nào như tiếng ồn lạ hay không.

Người vận hành phải trang bị đầy đủ thiết bị bảo hộ cá nhân phù hợp, chẳng hạn như quần áo lao động, mũ bảo hiểm và găng tay, để đảm bảo vệ sinh cá nhân.

Việc vận hành thiết bị chiết rót phải tuân thủ nghiêm ngặt hướng dẫn sử dụng của thiết bị. Nhân viên chưa được đào tạo hoặc không quen thuộc với thiết bị không được phép vận hành. Trong quá trình chiết rót, cần thường xuyên kiểm tra mực chất lỏng để đảm bảo mực chất lỏng của các loại đồ uống nhẹ và nặng không thấp hơn giá trị quy định.

Về các biện pháp an toàn, cần phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa an toàn thích hợp khi sử dụng thiết bị chiết rót, chẳng hạn như đặt biển báo cảnh báo và trang bị bình chữa cháy. Cấm hút thuốc, uống rượu và đùa giỡn tại nơi làm việc để đảm bảo an toàn. Trong trường hợp khẩn cấp, người vận hành phải biết cách nhanh chóng tắt hoặc ngắt nguồn điện.

Bảo trì định kỳ là rất quan trọng để đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định lâu dài. Điều này bao gồm giữ cho thiết bị khô ráo, thực hiện kiểm tra và bảo trì thường xuyên, và làm sạch tất cả các bộ phận bên trong máy chiết rót. Bộ lọc và cốc hứng nước của bộ tách khí-nước cần được làm sạch thường xuyên để đảm bảo thiết bị hoạt động trong điều kiện tối ưu.

6. Công nghệ tiên tiến và xu hướng tương lai: Điều khiển thông minh và thích ứng

Công nghệ phát hiện mức chất lỏng trong lon đang phát triển theo hướng thông minh và thích ứng hơn. Hệ thống điều khiển tự động chiết rót lon dựa trên vi điều khiển nhúng sử dụng vi điều khiển STM32MP151 làm lõi điều khiển, với màn hình cảm ứng bên ngoài để điều khiển, cùng với các cảm biến vị trí và cảm biến quang điện để thực hiện nhận dạng và phát hiện tự động trong toàn bộ quá trình.

Đường dẫn gắp của cánh tay robot sử dụng phương pháp điều khiển mờ, tạo ra bộ điều khiển PID mờ với sai số e và tốc độ sai số ec làm đầu vào, đạt được khả năng điều khiển chính xác thông qua các hàm lượng tử hóa và bảng quy tắc mờ.

Một cải tiến khác là hệ thống chiết rót truyền động bánh răng sao, tích hợp cơ chế dịch chuyển khí và máy đóng nắp, cho phép nắp và thân lon chuyển động đồng bộ trước khi lắp ráp. Trong quá trình này, thân lon trải qua quá trình dịch chuyển khí carbon dioxide cho đến khi đóng nắp hoàn tất, ngăn chặn hiệu quả sự xâm nhập của oxy và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Thiết kế này rút ngắn hành trình của hệ thống chiết rót, giảm diện tích chiếm chỗ và tránh hiện tượng chất lỏng bắn tung tóe do lực tác động lên lon.

Trong tương lai, với sự phát triển của Internet vạn vật và công nghệ trí tuệ nhân tạo, hệ thống phát hiện mức chất lỏng sẽ trở nên thông minh hơn. Việc truyền dữ liệu dựa trên mạng 5G có thể giúp dự đoán lỗi thiết bị, và phân tích dữ liệu lớn có thể tối ưu hóa các thông số chiết rót.

Các thuật toán điều khiển thích ứng có thể tự động điều chỉnh các thông số chiết rót dựa trên đặc tính của đồ uống, nâng cao khả năng thích ứng của hệ thống với các sản phẩm khác nhau.

Nhờ những tiến bộ công nghệ, độ chính xác của việc phát hiện mức chất lỏng trong lon đã được cải thiện từ milimét lên micromét. Các thiết bị phát hiện mới như MT-HFX-06H có thể đạt tốc độ lên đến 1500 lon mỗi phút với độ chính xác ±0,4mm, trong khi chi phí giảm dần theo từng năm. Sự tiến bộ này cho phép các doanh nghiệp vừa và nhỏ cũng được hưởng lợi từ những ưu điểm về chất lượng do khả năng phát hiện độ chính xác cao mang lại.

Trong tương lai, các hệ thống phát hiện mức chất lỏng tích hợp với Internet vạn vật (IoT) và trí tuệ nhân tạo sẽ trở thành cấu hình tiêu chuẩn. Hệ thống sẽ có khả năng phân tích dữ liệu theo thời gian thực, dự đoán sự cố thiết bị và tự động điều chỉnh các thông số chiết rót, cuối cùng đạt được sự chuyển đổi từ "phát hiện" sang "phòng ngừa". Đối với các nhà sản xuất đồ uống, đầu tư vào các hệ thống quản lý chiết rót và phát hiện mức chất lỏng tiên tiến không còn chỉ là vấn đề kiểm soát chất lượng mà là một lựa chọn chiến lược để nâng cao khả năng cạnh tranh tổng thể.