Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo máy Ép nước mía tự Động có lựa chọn mùi vị cho nước mía thành phẩm

TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài này nhằm mục tiêu nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo một máy ép mía tự động có khả năng lựa chọn và thêm hương vị vào nước mía thành phẩm.. Do đó, việc nghiê

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Trong thời đại hiện đại, nhu cầu tiêu thụ thức uống tự nhiên và lành mạnh ngày càng tăng, với nước mía trở thành lựa chọn ưa chuộng, đặc biệt trong mùa hè Do đó, sở hữu một chiếc máy ép nước mía đa năng, hiện đại và an toàn thực phẩm là điều cần thiết cho các cửa hàng tiện lợi, quán cà phê, nhà hàng và điểm bán lẻ.

Máy ép nước mía mang lại sự tiện lợi và sản phẩm chất lượng, nhưng cũng đối mặt với nhiều thách thức trong việc sử dụng và bảo trì Việc chọn máy phù hợp, vận hành hiệu quả và bảo dưỡng định kỳ là rất quan trọng Bên cạnh đó, công nghệ không ngừng phát triển, yêu cầu nâng cấp và cải tiến tính năng của máy Hơn nữa, việc sáng tạo ra các loại đồ uống mới, độc đáo và an toàn thực phẩm cũng cần được chú trọng để thu hút khách hàng.

Nghiên cứu và thực hiện đồ án tốt nghiệp về máy ép nước mía tự động không chỉ mang tính cấp thiết thương mại mà còn tạo cơ hội tối ưu hóa quy trình sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm Việc áp dụng công nghệ mới giúp tăng hiệu suất và giảm thiểu vấn đề trong vận hành máy, mang lại lợi ích lớn cho người sử dụng.

Chủ đề “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy ép nước mía tự động có lựa chọn hương vị cho nước mía thành phẩm” là một đề tài thiết thực và cần thiết trong thời đại hiện nay Nhóm chúng em đã nghiên cứu các loại máy ép nước mía trên thị trường nhằm ứng dụng kiến thức đã học vào thực tế, đồng thời tạo ra sản phẩm phục vụ đời sống Sự hướng dẫn của thầy GVHD TS Võ Xuân Tiến đã giúp chúng em đưa ra những đề xuất hiệu quả cho dự án này.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu máy ép nước mía không chỉ giúp hiểu nguyên lý hoạt động mà còn góp phần phát triển công nghệ trong lĩnh vực này Các nghiên cứu tập trung vào cải thiện hiệu suất, tăng độ bền và tuổi thọ của máy, đồng thời giảm thiểu các vấn đề phát sinh trong quá trình sử dụng.

Việc áp dụng các nguyên lý khoa học như cơ học, điện tử và tự động hóa trong nghiên cứu và phát triển máy ép nước mía kết hợp hương vị không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn mở rộng hiểu biết về công nghệ trong chế biến thực phẩm.

Máy ép nước mía đóng vai trò quan trọng trong ngành thức uống, đặc biệt tại quán cà phê, nhà hàng, và các cửa hàng tiện lợi Việc hiểu biết về hoạt động và bảo dưỡng máy ép không chỉ nâng cao hiệu suất làm việc mà còn tăng sản lượng bán hàng, đa dạng hóa sản phẩm và giảm thời gian chờ đợi cho khách hàng.

Nghiên cứu và cải tiến máy ép nước mía đáp ứng nhu cầu sản xuất thức uống sạch và an toàn ngày càng cao Bằng cách tối ưu hóa quy trình sản xuất và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, đề tài này không chỉ cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn tăng cường niềm tin của người tiêu dùng.

Nghiên cứu và thực hiện đề tài máy ép nước mía không chỉ cung cấp kiến thức mới trong lĩnh vực khoa học mà còn có ứng dụng thực tiễn quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm và dịch vụ.

3 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài này là thiết kế một chiếc máy ép nước mía tự động, cho phép người dùng lựa chọn hương vị cho sản phẩm nước mía thành phẩm.

Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài:

Phát triển công nghệ trộn lẫn hương vị là một trong những mục tiêu chính của đề tài, nhằm nghiên cứu và phát triển công nghệ cho máy ép nước mía tự động trộn các hương vị Điều này bao gồm thiết kế các cơ cấu và hệ thống phân phối hương vị để đảm bảo sự kết hợp chính xác và hiệu quả.

Nghiên cứu về sự phối hợp hương vị đóng vai trò quan trọng trong việc khám phá cách các hương vị khác nhau hòa quyện với nhau một cách hài hòa và ngon miệng Điều này yêu cầu phân tích tính chất hóa học và vị trí tương tác của các loại hương vị trong quá trình trộn hỗn hợp.

Tối ưu hóa quy trình sản xuất là mục tiêu quan trọng nhằm nâng cao hiệu suất của máy ép nước mía, đảm bảo việc trộn mía với các hương vị diễn ra hiệu quả Điều này không chỉ giúp tăng cường năng suất sản xuất mà còn đáp ứng tốt hơn nhu cầu của thị trường.

Đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm là yếu tố quan trọng nhất trong việc sử dụng máy ép nước mía, nhằm sản xuất ra những loại nước ép không chỉ ngon miệng mà còn an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng.

3 vệ sinh an toàn thực phẩm thông qua việc áp dụng các tiêu chuẩn và quy định về vệ sinh an toàn thực phẩm

Mục tiêu của đề tài là phát triển một máy ép nước mía tự động, có khả năng trộn hương vị hiệu quả, đồng thời đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Các công ty sản xuất và phân phối máy ép nước mía là đối tượng nghiên cứu chính, cùng với các nhà nghiên cứu và chuyên gia trong ngành thực phẩm và đồ uống.

Người tiêu dùng đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu máy ép nước mía, mặc dù không phải là nhóm chính Việc xem xét nhu cầu và mong muốn của họ đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng phù hợp với thị trường.

Nghiên cứu về công nghệ trộn mía thành phẩm với các loại hương vị sẽ tập trung vào việc phát triển và áp dụng các công nghệ mới nhằm tự động hóa và nâng cao hiệu quả trong máy ép nước mía Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế cơ chế và hệ thống phân phối hương vị, cũng như tối ưu hóa quy trình trộn để mang lại sản phẩm chất lượng cao.

Hiệu suất và chất lượng sản phẩm là yếu tố then chốt trong nghiên cứu máy ép nước mía, nhằm đảm bảo rằng máy không chỉ trộn hương vị với mía hiệu quả mà còn đạt hiệu suất sản xuất cao Máy cần hoạt động trơn tru, tiện lợi, dễ gia công và sử dụng, đồng thời tối ưu hóa chi phí gia công để mang lại sản phẩm cuối cùng có chất lượng tốt nhất.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nhà sản xuất và phân phối máy ép nước mía là đối tượng nghiên cứu chính, bao gồm các công ty chuyên cung cấp thiết bị này và các nhà nghiên cứu, chuyên gia trong lĩnh vực thực phẩm và đồ uống.

Người tiêu dùng, mặc dù không phải là nhóm chính trong nghiên cứu, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo rằng sản phẩm máy ép nước mía cuối cùng đáp ứng nhu cầu và mong muốn của thị trường.

Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển và áp dụng công nghệ mới trong việc trộn hương vị tự động và hiệu quả cho máy ép nước mía Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế cơ chế và hệ thống phân phối hương vị, cũng như tối ưu hóa quy trình trộn để nâng cao chất lượng sản phẩm.

Hiệu suất và chất lượng sản phẩm là yếu tố then chốt trong nghiên cứu máy ép nước mía, đảm bảo máy không chỉ trộn hương vị hiệu quả mà còn đạt hiệu suất sản xuất cao Máy cần hoạt động trơn tru, tiện lợi, dễ gia công và sử dụng, đồng thời tối ưu hóa chi phí gia công để mang lại sản phẩm cuối cùng với chất lượng tốt nhất.

Vệ sinh an toàn thực phẩm là yếu tố quan trọng trong nghiên cứu này, nhằm đảm bảo rằng máy ép nước mía không chỉ tạo ra những ly nước ép ngon mà còn đảm bảo an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng.

Phương pháp nghiên cứu

Để thiết kế và chế tạo máy ép nước mía tự động với tính năng lựa chọn hương vị cho sản phẩm, cần áp dụng một số phương pháp nghiên cứu như phân tích nhu cầu thị trường, khảo sát ý kiến người tiêu dùng, và nghiên cứu công nghệ ép hiện đại Việc kết hợp các yếu tố này sẽ giúp tạo ra một sản phẩm không chỉ hiệu quả mà còn đáp ứng được sở thích đa dạng của khách hàng.

Phương pháp thu thập số liệu là quá trình tìm kiếm, tổng hợp và sử dụng thông tin từ nhiều nguồn khác nhau nhằm xây dựng lý luận và chứng minh các luận điểm trong nghiên cứu Các cách thu thập số liệu bao gồm tìm kiếm thông tin trong sách, báo, trên internet, tham khảo kết quả nghiên cứu khoa học, hoặc thực hiện phỏng vấn trực tiếp Việc tìm hiểu thông tin từ sách vở và báo chí cũng giúp nhận diện thị trường, đặc biệt trong lĩnh vực máy ép nước.

Để đánh giá sự phổ biến của mía tương tự, trước tiên cần xem xét mức độ đã được biết đến rộng rãi hay chưa Tiếp theo, tìm hiểu về công nghệ sản xuất của các máy chế biến mía sẽ giúp hiểu rõ hơn về quy trình Cuối cùng, thu thập ý kiến từ khách hàng sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về nhận định và trải nghiệm của họ đối với loại thức uống này.

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết sử dụng các định luật, nguyên lý, quy tắc và mô hình để làm rõ các vấn đề lý thuyết Để phát triển một máy hoàn chỉnh, cần tính toán các thông số như công suất ép và công suất tiêu thụ điện năng, đồng thời thiết kế sơ bộ khung máy và nghiên cứu tính chất hóa học của các hương vị.

Phương pháp phân tích tổng hợp giúp xác định ưu và nhược điểm của máy ép nước mía, từ đó đưa ra giải pháp nâng cao chất lượng máy và sản phẩm Dựa trên kết quả thử nghiệm và đánh giá, máy sẽ được tối ưu hóa để đạt hiệu suất và chất lượng tốt nhất Quá trình này có thể bao gồm việc điều chỉnh cấu trúc máy, thay đổi các thông số vận hành và áp dụng công nghệ mới nhằm cải thiện quá trình pha trộn hương vị.

Phương pháp thực nghiệm được sử dụng để xác định mối quan hệ nguyên nhân – kết quả giữa các biến thông qua việc thực hiện các thí nghiệm đã được thiết lập Nhà nghiên cứu sẽ tác động vào đối tượng nghiên cứu và kiểm tra các giả định bằng cách quan sát sự biến đổi của các biến trong điều kiện kiểm soát Sau khi thiết kế ban đầu hoàn tất, các thử nghiệm và đánh giá sẽ được thực hiện để xác nhận khả năng của máy ép nước mía trong việc trộn các hương vị theo mong muốn, bao gồm điều chỉnh tỉ lệ hương vị, đánh giá vị ngon và mùi thơm, cũng như kiểm tra hiệu suất sản xuất.

Kết cấu Đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp bao gồm 7 chương, bắt đầu với chương 1 giới thiệu nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu Chương 2 tổng quan các đối tượng liên quan đến đồ án Chương 3 trình bày cơ sở lý thuyết và công nghệ cần thiết Chương 4 lập bảng nghiên cứu thị trường và khảo sát khách hàng Chương 5 xác định và chọn lọc ý tưởng Chương 6 thực hiện tính toán và thiết kế hệ thống điều khiển cùng cơ khí Chương 7 mô tả quá trình gia công và chế tạo mô hình Cuối cùng, phần kết luận tóm tắt những trải nghiệm và kiến thức đã học, kèm theo tài liệu tham khảo để ghi nhận nguồn thông tin.

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Giới thiệu về cây mía

1.1 Giới thiệu về một số loại mía ở Việt Nam [14]

Cây mía là nguồn cung cấp dinh dưỡng phong phú, bao gồm đạm, canxi, khoáng chất, sắt và đặc biệt là đường Mía không chỉ bổ sung năng lượng cho cơ bắp mà còn giúp thanh nhiệt, giải khát, xóa tan mệt mỏi và hỗ trợ tiêu hóa.

Mía là cây công nghiệp bền vững, có khả năng thích nghi với nhiều loại đất, vì vậy trong những năm gần đây, cây mía đường đã trở thành sản phẩm nông nghiệp chủ lực ở một số vùng, góp phần xóa đói giảm nghèo cho nhiều địa phương Hơn nữa, mía đường là nguồn nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghiệp đường, đóng vai trò thiết yếu trong sản xuất thực phẩm.

Giống mía Comus, có nguồn gốc từ Australia, đã được du nhập vào Việt Nam và chủ yếu được trồng ở miền Tây Nam Bộ Đặc điểm nổi bật của giống mía này là thân to, mọc thẳng và có vỏ màu xanh tím.

Giống mía C819-67, có nguồn gốc từ Cuba, chủ yếu được trồng ở các tỉnh miền Đông Nam Bộ Loại mía này nổi bật với vỏ thân màu xanh vàng, thân to và phiến lá trung bình, đồng thời phát triển nhanh chóng.

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Giống mía F.134, có nguồn gốc từ Đài Loan, nổi bật với thân cây thẳng và dáng hình trống Lá mía có màu xanh thẫm và bẹ lá được phủ nhiều lông Giống mía này sinh trưởng tốt và ít ra hoa, mang lại hiệu quả cao trong canh tác.

Giống mía F.154, có nguồn gốc từ Đài Loan, được phát triển chủ yếu ở các tỉnh miền Đông Nam Bộ và một số khu vực khác Giống mía này nổi bật với dóng thẳng, hình ống chỉ và vỏ màu tím, đồng thời sinh trưởng tốt với tỉ lệ ra hoa cao.

Giống mía K84-200, có nguồn gốc từ Thái Lan, đã được du nhập vào Việt Nam vào năm 1992 Loại mía này có thân lớn, hình trụ với màu xanh vàng đặc trưng Lá mía K84-200 to, hơi ngắn, với bẹ lá ít lông và màu xanh nổi bật.

Giống mía MY5514 có nguồn gốc từ Cuba, nổi bật với cây mía thẳng và vỏ màu tím Loại mía này có phiến lá rộng, bẹ lá màu xanh và dễ bong bạ MY5514 phát triển nhanh, vươn cao và dễ ra hoa.

Giống ROC22 là một trong những giống mía mới, có nguồn gốc từ Viện nghiên cứu mía đường Đài Loan, được thử nghiệm sản xuất từ năm 2005 đến 2009 trên diện tích 250-300 ha mỗi năm tại một số tỉnh miền Trung Giống mía này nổi bật với khả năng chịu hạn tốt, cây cứng cáp và ít bị nhiễm bệnh thối đỏ ngọn ROC22 có khả năng thích ứng với nhiều loại đất khác nhau tại vùng duyên hải Nam Trung.

Bộ (NTB), Tây Nguyên như phù sa, đất đỏ vàng, đất đen và đất cát [14]

Hình 2 7 Thử nghiệm trồng giống mía RCO22 tại Quãng Ngãi

Giống mía R597, có nguồn gốc từ Pháp, được đưa vào Việt Nam vào năm 1995 Đặc điểm nổi bật của giống mía này là thân to, lóng dài hình trụ với màu sắc từ hồng đến tím nhạt, và được phủ một lớp sáp mỏng Lá của giống mía này có kích thước trung bình nhỏ, màu xám thẫm, mọc xiên và ngọn lá rủ xuống.

1.2 Các sản phẩm được làm từ mía

Mật mía là sản phẩm được tạo ra từ nước mía qua quá trình cô đặc, là một nghề thủ công truyền thống phổ biến ở nhiều vùng nông thôn Việt Nam, đặc biệt tại khu vực trung du phía Bắc và các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An Mật mía thường được sử dụng để làm các món bánh như bánh go, bánh trôi, bánh canh, nấu chè và làm gia vị trong nấu ăn.

Hình 2 8 Sản phẩm mật mía Ngư Quỳnh

Đường được chiết xuất từ nước dịch mía, qua quá trình lọc và cô đặc Đây là một loại thực phẩm thiết yếu trong bữa ăn hàng ngày của nhiều quốc gia và cũng là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất công nghiệp nhẹ, đặc biệt trong ngành thực phẩm như bánh và kẹo.

Hình 2 9 Sản phẩm đường mía Biên Hòa

Nước mía là một loại nước uống giải khát phổ biến, được chiết xuất từ cây mía, cung cấp năng lượng dồi dào và mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe Nó giúp giảm tình trạng táo bón, làm đẹp da, giảm stress, ngăn ngừa nhiễm độc gan và cải thiện sức khỏe răng miệng.

Để có một ly nước mía giải khát trong những ngày nắng nóng, chỉ cần cho cây mía đã gọt vỏ và rửa sạch vào máy ép Bạn có thể thêm cam và thơm để tăng thêm hương vị thơm ngon và chua chua cho ly nước mía.

Trên thị trường hiện nay, có rất nhiều loại nước giải khát như Numberone, Cocacola, Tribeco, và Pepsico, nhưng hầu hết đều chứa thành phần hóa học có thể ảnh hưởng xấu đến sức khỏe khi sử dụng lâu dài Trong khi đó, nước mía là một loại thức uống 100% tự nhiên, không chỉ giúp giải khát hiệu quả trong những ngày nắng nóng mà còn an toàn cho sức khỏe.

Giới thiệu về máy bán nước tự động và máy ép mía

2.1 Giới thiệu sơ lược về bán nước tự động [18]

Máy bán nước tự động đang ngày càng trở nên phổ biến trong thị trường bán lẻ và dịch vụ tiện ích hiện đại Những thiết bị này không chỉ giảm thiểu sự can thiệp của con người mà còn mang lại sự tiện lợi và nhanh chóng cho người tiêu dùng, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng.

Máy bán nước tự động hiện đại được trang bị công nghệ tiên tiến như màn hình cảm ứng và hệ thống thanh toán tự động, giúp phát hiện và phản hồi nhanh chóng Chúng có khả năng cung cấp đa dạng sản phẩm như nước đóng chai, nước ép, nước tinh khiết và nước nóng, phục vụ nhu cầu của mọi đối tượng khách hàng.

Máy bán nước tự động có thiết kế đa dạng, phù hợp với nhiều không gian khác nhau, từ nơi công cộng đến các cửa hàng và trung tâm thương mại.

11 khu vui chơi giải trí Với khả năng hoạt động 24/7, máy bán nước tự động đáp ứng nhu cầu uống nước của khách hàng mọi lúc, mọi nơi

Máy bán nước tự động là sự kết hợp hoàn hảo giữa công nghệ tiên tiến và thiết kế hiện đại, mang lại trải nghiệm tiện lợi cho người tiêu dùng trong cuộc sống hàng ngày.

Hình 2 10 Máy bán nước, bánh tự động

Hình 2 11 Máy bán kem tự động

2.2 Giới thiệu về máy ép mía [19]

Máy ép mía là một hệ thống bao gồm động cơ điện, bộ truyền ngoài (xích hoặc đai), bộ truyền bánh răng và các quả lô cán Động cơ điện cung cấp công suất cho trục quả lô, tạo ra chuyển động xoay để ép cây mía và thu được nước mía.

2.2.1 Phân loại máy ép mía [19]

- Máy ép mía hiện nay có nhiều kiểu thiết kế đa dạng, phụ thuộc vào từng nhu cầu sử dụng của các doanh nghiệp hay cá nhân

- Phân loại theo công suất:

+ Máy ép mía công nghiệp được sử dụng trong các nhà máy mía đường để ép và tinh luyện đường

+ Máy ép mía dân dụng: để ép mía và lấy nước kết hợp với đá để tạo thành một ly nước giải khát

- Máy ép mía dân dụng cũng có nhiều loại kiểu dáng hiện nay, bao gồm loại có 2 quả lô cán và loại từ 3 quả lô cán trở lên

Loại 2 quả lô cán có bánh đà bên hông giúp quay tay khi mía bị kẹt Để tối ưu hóa lượng nước mía, cần ép mía ít nhất 2 lượt.

Hình 2 12 Máy nước mía 2 quả lô truyền thống [19]

Loại 3 lô cán trở lên được cấu tạo từ ba quả lô hoặc nhiều hơn, cho phép ép mía chỉ với một lần cán Nhờ vào số lượng quả lô lớn, quá trình ép có thể thực hiện nhiều lần trong một lượt Tuy nhiên, để đạt hiệu quả cao, cần sử dụng loại máy có công suất lớn, kết hợp giữa cơ khí và điện.

Hình 2 13 Máy ép mía sử dụng 3 quả lô ép [19]

Hình 2 14 Máy ép mía sử dụng 6 quả lô ép [19]

2.2.2 Cấu tạo máy ép mía thông dụng

Động cơ điện đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra moment xoắn và công suất ban đầu, giúp dẫn động qua các bộ truyền động đến trục làm việc Khi chọn động cơ, cần đảm bảo công suất và moment xoắn lớn hơn yêu cầu để ép cây mía lấy nước hiệu quả.

Khi lựa chọn động cơ cho máy ép mía, cần chọn công suất lớn vừa đủ, tránh việc chọn động cơ quá lớn vì sẽ làm tăng khối lượng và kích thước tổng thể của máy Động cơ cũng cần đảm bảo sự ổn định trong thời gian dài để hoạt động hiệu quả.

+ Là cơ cấu chuyển động quay tạo ra ma sát để ép mía

Máy ép mía được thiết kế với quả lô có đường vân nhằm tăng độ ma sát, giúp cây mía dễ dàng tự ăn vào cán Việc sử dụng nhiều quả lô trong máy ép sẽ giúp ép mía kiệt nước hơn trong một lần ép, tuy nhiên, giá thành sẽ cao hơn do yêu cầu công suất động cơ lớn.

+ Thường khung máy sẽ được làm từ thép hộp hoặc inox hộp để tránh rỉ sét Phần vỏ thường được làm bằng inox tấm

Lưới lọc là một phần quan trọng trong quá trình ép mía, giúp ngăn chặn bã mía rơi vào nước mía Nếu không có lưới lọc, bã mía sẽ trực tiếp rơi vào nước, gây mất vệ sinh và ảnh hưởng đến an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng.

+ Ổ lăn: Để giảm ma sát cho quá trình truyền động của trục cán

+ Vòng chắn: Ngặn chặn nước chảy vào ổ lăn trong quá trình ép mía

+ Van nước: Được lắp đặt để thuận tiện cho việc lấy nước mía sau khi ép

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Lập trình điều khiển Programmable Logic Controller (PLC) [8]

Lập trình PLC (Bộ điều khiển logic khả trình) là quá trình phát triển chương trình chứa các chỉ thị và lệnh cho các bộ điều khiển logic PLC đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển tự động, được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp để giám sát và điều khiển quy trình sản xuất cũng như hệ thống máy móc.

Mục đích chính của lập trình PLC là xác định hành vi của bộ điều khiển logic trong quá trình hoạt động Người lập trình sử dụng ngôn ngữ lập trình chuyên dụng hoặc công cụ lập trình đồ họa để tạo ra chương trình Chương trình này được tải vào PLC nhằm điều khiển các đầu vào và đầu ra theo các quy tắc và điều kiện đã được định sẵn.

Lập trình PLC là công cụ quan trọng trong việc tự động hóa quy trình sản xuất và điều khiển, mang lại sự linh hoạt và tiết kiệm thời gian Nó cung cấp khả năng giám sát toàn diện cho các ngành công nghiệp như sản xuất, điện, điện tử và tự động hóa, giúp kiểm soát hiệu quả các chương trình hoạt động trên hệ thống máy móc và thiết bị công nghiệp.

- Các loại ngôn ngữ lập trình phổ biển hiện nay như:

+ PLC LAD – Ladder Diagram: Lập trình theo ngôn ngữ bậc thang

+ PLC FBD – Function Block Diagram: Lập trình theo ngôn ngữ hình khối

+ PLC ST/STL – Structured Text: Lập trình bằng văn bản cấu trúc (giống như lập trình C)

+ PLC SFC – Sequential Function Chart

- Các hãng cung cấp CPU PLC phổ biến hiện nay:

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 3 5 PLC SCHNEIDER SR2B122BD

Hình 3 6 PANASONIC FP-XH SERIES

Màn hình điều khiển HMI (Human Machine Interface) [9]

HMI (Màn hình HMI) là viết tắt của "Human Machine Interface", nghĩa là "giao diện người & máy" HMI là một giao diện hiển thị và điều khiển, giúp người vận hành dễ dàng kiểm soát các thiết bị và máy móc.

+ Theo kiểu màn hình: màn hình cảm ứng HMI và màn hình HMI không cảm ứng (TFT, LCD, Touch, )

+ Theo kích thước: 3.5 inch, 4 inch, 7 inch, 10 inch, 12 inch, 15 inch,

+ Theo dung lượng bộ nhớ: 288KB, 1M, 2M, 10M,

+ Theo cổng truyền thông: USB, RS232/422/485, Ethernet, CANbus,

+ Theo giao thức truyền thông: MODBUS, MQTT, EtherNet/IP, CANopen, SNMP, FTP, BACnet, M-Bus, VNC, GSM (SMS, GPRS), KNX,

+ Theo tính năng nâng cao: SCADA, Cloud, Web Server, SQL, Email & SMS, Remote, 3G/4G/Wifi,

Dựa theo các cách phân loại HMI phía trên, tựa chung chúng ta có thể thấy được HMI bao gồm 3 phần chính:

+ Phần cứng: màn hình, chíp, nút nhấn, thẻ nhớ và các cổng kết nối

+ Phần mềm: viết chương trình, cấu hình phần cứng, thiết lập truyền thông và thiết kế giao diện HMI

Truyền thông trong hệ thống bao gồm nhiều cổng kết nối và giao thức như USB, RS232/422/485, Ethernet, CANbus, MODBUS, MQTT, EtherNet/IP, CANopen, và SNMP, cùng với các tính năng nâng cao và khả năng mở rộng.

- Các hãng HMI thông dụng hiện nay:

+ Công nghiệp sản xuất, chế tạo máy, nâng cấp hệ thống và máy móc tự động

+ Sản xuất, nâng cấp các dây chuyền tự động hóa công nghiệp

+ Tự động hóa tòa nhà, điều khiển, quản lý, giám sát BMS, HAVC, BTS,

+ Công nghệ điều khiển bơm công nghiệp, xử lý nước, nước thải

+ Quản lý, giám sát năng lượng điện, dầu, khí, gas,

+ Trường đại học, trung tâm đào tạo, dạy nghề

+ Nhà thông minh (smart home)

+ Quan trắc môi trường: hiển thị, theo dõi, thu thập dữ liệu và giám sát từ xa.

Công nghệ làm lạnh bằng sò nóng lạnh [10]

Sò nóng lạnh, hay còn gọi là chip Peltier, là một loại linh kiện bán dẫn siêu công nghệ với khả năng làm lạnh ở một mặt và làm nóng ở mặt còn lại Hiệu quả hoạt động của mặt lạnh phụ thuộc vào việc tản nhiệt tốt ở mặt nóng, và ngược lại, điều này cho thấy tầm quan trọng của việc tối ưu hóa cả hai mặt để đạt hiệu suất tối đa.

Tấm bán dẫn nhỏ, nhẹ với công suất lớn có khả năng hút nhiệt từ một mặt và chuyển sang mặt còn lại Lượng nhiệt năng tại bề mặt sẽ tương đương với tổng nhiệt năng được hút vào từ mặt đối diện Bề mặt này chuyển đổi điện năng đầu vào thành nhiệt năng thông qua sò nóng lạnh.

Hình 3 12 Sò nóng lạnh 100W TEC1-12710

Sò nóng lạnh có thiết kế nhỏ gọn, công suất dao động từ 10W đến 120W tùy thuộc vào ứng dụng Khi đặt điện áp lớn vào hai đầu dây, bề mặt nóng sẽ đạt nhiệt độ cao mà không tản nhiệt, dẫn đến nguy cơ hỏng hóc cho tấm bán dẫn do nhiệt độ quá cao.

- Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của sò nóng lạnh:

Sò nóng lạnh có cấu tạo đơn giản với hai mặt: mặt nóng và mặt lạnh, cùng với hai dây nguồn âm dương Bên cạnh đó, thiết bị này còn được trang bị tấm tản nhiệt cho mặt nóng, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động và đảm bảo sự ổn định trong quá trình sử dụng.

Sò nóng lạnh hoạt động bằng cách chuyển đổi nguồn nhiệt từ mặt nóng sang mặt lạnh khi được cấp nguồn Tùy thuộc vào nhu cầu ứng dụng, người dùng có thể lựa chọn sử dụng mặt nóng hoặc mặt lạnh Quá trình này cho phép chuyển nhiệt lượng lớn từ một mặt sang mặt kia, giúp thiết bị linh hoạt trong việc làm nóng hoặc làm lạnh.

Tìm hiểu về các cơ cấu cấp phôi tự động trong ngành cơ khí [11]

Công nghệ cấp phôi tự động đang thúc đẩy ngành cơ khí chuyển mình sang kỷ nguyên số hóa và tự động hóa Việc áp dụng hệ thống điều khiển thông minh và robot hóa giúp tối ưu hóa quy trình từ nguyên liệu đến sản phẩm cuối cùng, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả vượt trội.

Hệ thống này sử dụng máy móc được lập trình để tự động nhận diện, lựa chọn và cấp phôi theo yêu cầu sản xuất, giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người Điều này không chỉ tăng tốc độ mà còn nâng cao độ chính xác trong quy trình sản xuất.

Công nghệ cấp phôi tự động không chỉ mang lại tính linh hoạt mà còn cho phép tùy chỉnh cao trong sản xuất Các máy móc có khả năng điều chỉnh dễ dàng để sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau mà không cần thay đổi hoàn toàn quy trình sản xuất.

Sự phát triển không ngừng của công nghệ đang thúc đẩy việc áp dụng công nghệ cấp phôi tự động trong ngành cơ khí, giúp tối ưu hóa hiệu suất sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm Điều này không chỉ giảm thiểu chi phí mà còn tăng cường tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp trong thị trường toàn cầu.

Các loại hệ thống cấp phôi đã được sử dụng hiện nay:

Phễu rung cấp liệu là hệ thống cấp liệu hiệu quả nhất, phổ biến trong các quy trình tự động Thiết bị này sử dụng cuộn dây điện từ để tạo ra rung động, giúp định hướng các bộ phận theo hướng cụ thể và chuyển giao chúng đến các hoạt động hoặc máy trạm tiếp theo.

Bộ cấp phôi quay ly tâm sử dụng lực ly tâm để di chuyển các bộ phận đến chu vi của đĩa hình nón trong bát, khác với phễu rung cấp liệu sử dụng rung động Thiết kế phức tạp của phễu rung cấp liệu quay ly tâm phù hợp cho các ứng dụng có thông lượng cao và các bộ phận có hình dạng đơn giản Một công cụ riêng biệt có thể được sử dụng để định vị hoặc định hướng các bộ phận khi cần thiết.

Bộ cấp phôi tuyến tính đóng vai trò quan trọng trong việc tích tụ và vận chuyển các bộ phận trên đường ray sau khi chúng đã được định hướng chính xác bằng bộ cấp liệu rung hoặc ly tâm Tùy thuộc vào trọng lượng, kích thước và hình dạng của các bộ phận, bộ cấp phôi tuyến tính có thể áp dụng nhiều phương pháp vận chuyển khác nhau để đảm bảo hiệu quả trong quá trình xử lý.

Cảm biến đo mực chất lỏng [12]

Cảm biến mực nước là thiết bị chuyên dụng để đo lường các loại chất lỏng như nước, nước thải và các chất lỏng trong ngành công nghiệp Với các tính năng và thông số kỹ thuật nổi bật, cảm biến này hoạt động hiệu quả trong nhiều môi trường khác nhau, thay thế hoàn toàn phương pháp đo lường thủ công, từ đó tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu suất công việc.

- Cấu tạo của 1 cảm biến mực nước:

+ Đầu dò: Đầu dò là phần tiếp xúc trực tiếp với mực nước trong bồn hoặc hồ chứa

Đầu dò đo mức nước thường được chế tạo từ vật liệu không dẫn điện như nhựa hoặc thép không gỉ nhằm tránh ảnh hưởng đến kết quả đo Hình dạng và kích thước của đầu dò có thể thay đổi tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể Nó thường được lắp đặt ở nhiều vị trí khác nhau để đo mức nước tại các điểm khác nhau trong bồn.

Bộ chuyển đổi là thành phần quan trọng của cảm biến, có chức năng chuyển đổi tín hiệu mức nước thành tín hiệu điện Có nhiều công nghệ khác nhau như điện trở, điện dung, ánh sáng, siêu âm và sóng vô tuyến được sử dụng trong bộ chuyển đổi Mỗi công nghệ này có những ưu điểm và hạn chế riêng, và việc lựa chọn công nghệ phù hợp sẽ phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

Đơn vị đo là thành phần của cảm biến chịu trách nhiệm xử lý tín hiệu điện từ bộ chuyển đổi để tính toán và hiển thị mức nước Nó bao gồm vi mạch, vi xử lý, mạch điều khiển và màn hình hiển thị, cung cấp thông tin về mức nước dưới dạng đọc số, đồ thị hoặc tín hiệu điện để kết nối với các hệ thống điều khiển khác.

+ Cảm biến đo mức nước tiếp xúc:

Cảm biến mực nước tiếp xúc trực tiếp hoạt động dựa trên nguyên tắc đo điện trở của nước, cho phép xác định mức nước trong bình chứa hoặc hệ thống Khi cảm biến tiếp xúc với dòng lưu chất, điện trở của nước ảnh hưởng đến điện trở giữa hai điện cực, từ đó truyền thông tin về lượng nước ra màn hình hiển thị Thiết bị này cần được lắp cố định trong bể chứa và thường được sử dụng trong các ứng dụng tĩnh như bể chứa nước, bể chứa hóa chất, thùng chứa, hồ bơi và hệ thống xử lý nước thải.

Hình 3 13 Cảm biến mực nước tiếp xúc

+ Cảm biến đo mức nước không tiếp xúc:

Cảm biến không tiếp xúc với mực nước hoạt động dựa trên nguyên lý đo áp suất hoặc khối lượng riêng của nước Khi mực nước thay đổi, áp suất hoặc khối lượng riêng cũng biến thiên, cho phép cảm biến xác định mức nước Thiết bị này thường bao gồm một ống chứa chất lỏng hoặc khí cùng với cảm biến đo áp suất hoặc khối lượng riêng Khi mực nước tăng, nước vào ống chứa tạo ra áp suất hoặc khối lượng riêng khác với trạng thái ban đầu Cảm biến sẽ đo và truyền thông tin về mức nước đến màn hình hiển thị, giúp người sử dụng dễ dàng nhận biết lượng nước trong bình chứa.

Hình 3 14 Cảm biến mực nước không tiếp xúc

Bộ truyền xích [5]

Bộ truyền xích chuyển động từ bánh xích chủ động sang bánh xích bị động thông qua sự ăn khớp giữa răng trên đĩa xích và các mắc xích.

Các công thức tính toán trong bộ truyền xích được trình bày trong tài liệu “Cơ sở thiết kế máy” của tác giả Nguyễn Hữu Lộc Một trong những thông số quan trọng là đường kính vòng chia, được tính toán theo các quy tắc cụ thể nhằm đảm bảo hiệu suất và độ chính xác của bộ truyền xích.

+ Vận tốc trung bình của bộ truyền xích:

+ Tỉ số truyền trung bình của bộ truyền xích:

Thông số động lực học của bộ truyền xích được xác định theo tài liệu “Cơ sở thiết kế máy” của tác giả Nguyễn Hữu Lộc Các thông số này bao gồm các yếu tố quan trọng liên quan đến hiệu suất và khả năng hoạt động của bộ truyền xích trong các ứng dụng cơ khí.

+ Lực căng do lực li tâm gây nên:

+ Lực căng ban đầu của xích:

𝐹 0 = 𝐾 𝑓 𝑎 𝑞 𝑚 𝑔 (3.7) + Lực tác dụng lên trục:

Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng [5]

Bộ truyền bánh răng trụ là thiết bị truyền động giữa các trục song song, nổi bật với kích thước nhỏ gọn nhưng khả năng tải lớn Trong suốt quá trình hoạt động, tỷ số truyền của bộ truyền này không thay đổi và đảm bảo độ tin cậy cao Tuy nhiên, giá thành của bộ truyền thường cao do quy trình chế tạo phức tạp, yêu cầu kỹ thuật và kinh nghiệm cao từ người thợ.

Thông số hình học của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng được xác định dựa trên tài liệu "Thiết kế máy" của tác giả Nguyễn Hữu Lộc Một trong những yếu tố quan trọng là tỉ số truyền của cặp bánh răng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và ứng dụng của bộ truyền.

Thông số động lực học của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng được trình bày trong tài liệu “Thiết kế máy” của tác giả Nguyễn Hữu Lộc Theo đó, các thông số này được tính toán dựa trên các yếu tố kỹ thuật cụ thể để đảm bảo hiệu suất và độ bền của hệ thống truyền động.

Cán kim loại [3] [4] [6]

Cán kim loại là quá trình biến dạng kim loại diễn ra giữa hai trục quay ngược chiều, với khe hở nhỏ hơn chiều cao của phôi Quá trình này dẫn đến việc giảm chiều cao của phôi, trong khi chiều dài và chiều rộng của nó tăng lên.

- Các thông số cơ bản của quá trình cán:

Theo tài liệu “Tính toán thiết kế và chế tạo máy cán thép” của Đỗ Hữu Nhơn và Đỗ Thành Dũng, cùng với giáo trình “Lý thuyết cán” của Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng, các thông số quan trọng trong quá trình cán và điều kiện vật liệu cán tác động đến trục cán được trình bày chi tiết.

Hình 3 15 Vùng biến dạng khi ép mía

1, Vật cán 2 Quả lô cán 3.Vùng biến dạng 4 Vùng trung hòa

28 h1 , h2: chiều cao (bề dày) của vật cán trước và sau khi cán (mm)

B1 , B2 : chiều rộng của vật cán trước và sau khi cán (mm) l1 , l2 : chiều dài của vật cán trước và sau khi cán (mm)

R, D: bán kính và đường kính của trục cán (mm)

Chiều dài vùng biến dạng: 𝑙 = √𝑅 𝛥ℎ 1 (3.18)

Lượng ép tuyệt đối 𝛥ℎ (mm) ⁡⁡⁡⁡𝛥ℎ = |ℎ 2 − ℎ 1 | (3.19)

Trong đó: 𝛥ℎ 1 , 𝛥ℎ 2 ,… là lượng ép tuyệt đối lần thứ 1, lần thứ 2,…

- Điều kiện để vật cán ăn vào trục cán:

Khi máy cán hoạt động, trục cán quay và kéo vật liệu vào để ép và biến dạng chúng Tuy nhiên, việc chỉ cần đẩy mạnh vật liệu vào trục hoặc sử dụng vật liệu dày không đảm bảo năng suất cao, vì lý thuyết cán chỉ ra rằng vật liệu cần phải đáp ứng các điều kiện nhất định để có thể vào trục cán một cách hiệu quả.

Hình 3 16 Điều kiện vật cán ăn vào trục cán

- Trong khi 2 trục đang quay với tốc độ V1, V2 (giả thiết V1 = V2) bán kính 2 trục là R1,

Tại hai điểm A và B, hai đường thẳng hướng tâm O1 và O2 (AO1 và BO2) tạo thành các góc 𝛼1 và 𝛼2 (𝛼1 = 𝛼2) với đường thẳng nối tâm hai trục Khi vật cán tiếp xúc với hai trục cán, trục cán sẽ tác dụng lên vật các lực P1 và P2 (P1 = P2) Đồng thời, khi có chuyển động tiếp xúc trên bề mặt vật, xuất hiện các lực ma sát T1 và T2 có chiều đi vào trục cán (T1 = T2).

Giả thuyết quá trình cán là đối xứng (R1 = R2) cho thấy rằng không có các ngoại lực như lực đẩy hay lực kéo căng tác động lên vật Đồng thời, lực quán tính do trọng lượng của vật cán cũng được bỏ qua.

- Với các lực P1, P2, T1, T2 khi chiếu lên phương x là phương chuyển động vật cán, ta thấy rằng nếu như P1 + P2 ≤ T1 + T2 hoặc Px1 + Px2 ≤ Tx1 + Tx2 (3.21)

- Công thức tính lực đẩy trong qua trình cán:

𝛽 là góc ma sát (Rad)

P là lực tác dụng lên vật cán từ trục cán (N)

LẬP BẢNG KẾ HOẠCH PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM, XÁC ĐỊNH NHU CẦU KHÁCH HÀNG VÀ NGÔI NHÀ CHẤT LƯỢNG

Lập bảng kế hoạch phát triển sản phẩm

Bảng 4 1 Bảng nhiệm vụ nghiên cứu

Tên dự án Máy ép nước mía tự động có lựa chọn hương vị thành phẩm

Máy ép nước mía tự động hiện đại mang lại sự tiện lợi và tích hợp nhiều tính năng thông minh, như tự động cấp hương vị cho bình bảo quản mía, giúp duy trì độ tươi ngon của nước mía Máy được trang bị đèn tín hiệu, thông báo khi cần thêm mía hoặc cấp phôi mới, cùng khả năng làm lạnh và trộn nước mía, đảm bảo thức uống luôn ở nhiệt độ lý tưởng Các tính năng này tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao trải nghiệm thưởng thức cho khách hàng, tạo nên sự kết hợp hoàn hảo giữa công nghệ và truyền thống.

Kiểu dự án Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo cơ cấu, công năng của máy

Mục tiêu kinh doanh chính của chúng tôi là phục vụ thị trường tiêu thụ trong nước, tập trung vào các cửa hàng tiện lợi, hộ gia đình bán nước mía và căn tin của các trường học.

Giả định và ràng buộc nền tảng từ sản phẩm tiền thân có sẵn trên thị trường là yếu tố quan trọng trong việc cải tiến kiểu dáng và phát triển chức năng Bằng cách khắc phục các hạn chế của sản phẩm trước đó, chúng ta có thể chế tạo và phổ biến sản phẩm một cách rộng rãi đến tay người tiêu dùng.

KHÁCH HÀNG VÀ NGÔI NHÀ CHẤT LƯỢNG

31 và phân phối tại Việt Nam, cũng như định hướng đến thị trường nước ngoài

Các bên liên quan - Nhà cung cấp mía

- Nhà cung cấp nguyên vật liệu: chế tạo khung tủ, tấm và các chi tiết phụ khác

- Phân xưởng gia công lắp ráp

- Nhóm tiếp thị, người mua và người tiêu dùng

- Nhà phân phối, đại lý Đầu vào và đầu ra - Đầu vào:

+ Nước mía với nhiều loại hương vị khác nhau

CHƯƠNG 4 LẬP BẢNG KẾ HOẠCH PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM, XÁC ĐỊNH NHU CẦU

- Bảng kế hoạch công việc Gantt:

Bảng 4 2 Bảng kế hoạch công việc Gantt

STT Công việc Thời gian ( Tuần)

1 Tìm kiếm và lên ý tưởng

Công năng, ưu và nhược điểm

2 Tính toán, thiết kế tạo dáng, bố cục layout

Tính toán thông số cơ bản của quá trình ép mía, chọn hệ thống ép

Tính toán, thiết kế khung

Lập trình sơ bộ hệ thống điều khiển

Vẽ sketch 2D, lập mô hình 3D

3 Đặt mua linh kiện Đặt mua linh kiện, thử linh kiện

4 Gia công mô hình và thử nghiệm

Tiến hành gia công khung, lắp ráp thành phẩm

Thử nghiệm và cải tiến cơ cấu cơ khí

Hoàn thiện tủ điều khiển, lập trình

Xác định nhu cầu khách hàng

- Nghề nghiệp hiện tại của bạn là gì?

☐ Sinh viên ☐ Nhân viên văn phòng ☐ Kinh doanh ☐ Khác

- Bạn đã từng uống nước mía có hương vị chưa?

☐ Chưa sử dụng ☐ Đã sử dụng ☐ Đang sử dụng ☐ Có ý định sử dụng

- Nếu có, bạn sử dụng loại nước nước mía hương vị nào?

☐ Mía thơm ☐ Mía sầu riêng ☐ Mía cam ☐ Khác

- Bạn có thích máy ép mía có khả năng tự động ép mía không?

☐ Chắc chắn có rồi ☐ Đang phân vân ☐ Không thích

- Nếu được mua lựa chọn mua máy ép nước mía, bạn sẽ lựa theo tiêu chí nào ?

Bảng 4 3 Bảng lựa chọn tiêu chí chất lượng máy

☐ ☐ ☐ ☐ ☐ Độ tin cậy ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ Độ an toàn ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ Độ bền ☐ ☐ ☐ ☐ ☐

- Với máy ép nước mía tự động, chất liệu khung máy nào sẽ phù hợp với tiêu chí của bạn?

- Với máy ép nước mía tự động, chất liệu vỏ bao bên ngoài khung nào sẽ phù hợp với tiêu chí của bạn?

- Với máy ép nước mía, kiểu dáng nào sẽ phù hợp với tiêu chí của bạn?

CHƯƠNG 4 LẬP BẢNG KẾ HOẠCH PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM, XÁC ĐỊNH NHU CẦU KHÁCH HÀNG VÀ NGÔI NHÀ CHẤT LƯỢNG

☐ Hình hộp chữ nhật ☐ Hình trụ ☐ Khác

- Với ép nước mía, kích thước chiều cao nào sẽ phù hợp với tiêu chí của bạn?

- Với máy ép nước mía tự động có chọn hương vị, thì bao nhiêu hương vị sẽ phù hợp với tiêu chí của bạn?

- Với máy ép nước mía tự động chọn hương vị, hương vị nào sẽ sẽ phù hợp với bạn?

☐ Truyền thống ☐ Sầu riêng ☐ Cam ☐ Khác

- Với ép nước mía tự động chọn hương vị, bạn mong muốn 1 lần nó có thể ép được bao nhiêu lít?

- Với máy ép nước mía tự động có chọn hương vị, bạn mong muốn nó sẽ được bán ở những đâu?

☐ Cửa hàng tiện lợi ☐ Các quán ăn ☐ Lề đường ☐ Khác

- Bạn nghĩ sao khi máy ép nước mía có thêm tính năng làm lạnh và khuấy để bảo quan được trong ngày?

- Bạn nghĩ thế nào khi thay thế vòi vật lý thông thường bằng vòi cảm biến hồng ngoại?

- Bạn có thích máy ép mía tự động có thêm màn hình điều khiển không ?

2.2 Kết quả sau khảo sát

Hình 4 1 Kết quả khảo sát

Ngôi nhà chất lượng

- Qua kết quả khảo sát trực tiếp bằng các câu hỏi khảo sát Nhóm đã thành lập được bảng các nhu cầu của khách hàng → Bảng nhu cầu (Need)

- Từ bảng nhu cầu (Need), nhóm thành lập bảng các thông số phù hợp với nhu cầu của bảng nhu cầu (Need) trên -> Bảng metric

Vật liệu Số lượng hương vị

Thiết kế Cách thức vận hành

Giá thành Điện năng Công năng

- Qua đó, thành lập được mối quan hệ giữa NEED và METRIC:

Bảng 4 6 Mối liên hệ giữ need và mectric

- Xây dựng ngôi nhà chất lượng

Cấu trúc của ngôi nhà chất lượng:

+ Phần mái nhà thể hiện sự tương quan công nghệ giữa các metric Trong đó gồm tương quan hỗ trợ, tương quan đối lập và không tương quan

Hình 4 17 Mái của ngôi nhà chất lượng

Phần thân của bài viết nhấn mạnh mối liên hệ giữa nhu cầu của khách hàng và các thông số kỹ thuật thông qua các mức độ tương quan: mạnh, trung bình và yếu Bên phải là ma trận kế hoạch với các thông số đặc trưng như yếu tố cải tiến, điểm bán hàng và trọng số tổng thể Từ các thông số này, nhóm có thể suy ra được các ưu tiên kỹ thuật một cách hiệu quả.

Bảng 4 7 Bảng tổng hợp ngôi nhà chất lượng

 Kết hợp lại ta được ngôi nhà chất lượng như sau:

Hình 4 18 Ngôi nhà chất lượng

XÂY DỰNG VÀ CHỌN LỌC Ý TƯỞNG

Xác lập đầu vào và ra cho sản phẩm thiết kế

+ Nước cốt hương vị các loại: Đậu xanh, dừa, sầu riêng,

+ Nước mía đã được ép hòa trộn với từng loại nước cốt

 Thành phẩm có được là ly nước mía nguyên chất hoặc ly nước mía đã được trộn lẫn với các loại hương vị khác.

Xây dựng ý tưởng

Nhóm được thành lập dựa trên các ý tưởng đa dạng từ các thành viên, từ đó tiến hành đánh giá khả năng ứng dụng thực tiễn và khả năng thực hiện các đề tài đã đề xuất.

Đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy ép nước mía tự động có lựa chọn hương vị cho nước mía thành phẩm” nhằm xác định rõ chức năng chính của máy ép nước mía tự động, cho phép người dùng tùy chọn hương vị cho sản phẩm cuối cùng Máy ép này không chỉ tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn nâng cao trải nghiệm người tiêu dùng bằng cách mang đến những hương vị đa dạng và hấp dẫn.

Mô hình máy cần tích hợp các chức năng cơ bản nhằm đáp ứng mục tiêu của đề tài, bao gồm khả năng tự động ép mía và trộn các loại nước cốt hương vị khác nhau trong một hệ thống khép kín Điều này không chỉ đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm mà còn bảo vệ an toàn lao động.

+ Hệ thống ép mía gồm: Lô cán bằng thép không gỉ SUS 304, hệ thống truyền động bánh răng, xích và động cơ điện giảm tốc

+ Máy nén khí và xy-lanh khí

+ Các bình nhựa đựng nước mía, hương vị

+ Ống silicon dẫn nước, dẫn khí

+ Các thiết bị điện tử như: PLC, cảm biến, van điện, động cơ bơm,…

Thiết kế máy ép nước mía bán tự động sử dụng hệ thống ép truyền động đai, cho phép lựa chọn hương vị cho nước mía thành phẩm, kết hợp với băng chuyền đóng nắp.

- Máy được thiết kế với hệ thống ép mía truyền thống, sử dụng truyền động đai

- Khi ép xong mía, người bán sẽ bỏ hương vị vào nước mía thành phẩm

- Nước mía đã có hương vị sẽ được dẫn qua hệ thống đóng nắp tự động

CHƯƠNG 5 XÂY DỰNG VÀ CHỌN LỌC Ý TƯỞNG

- Nhỏ gọn, dễ vận chuyển

- Mang tính tự động hóa

- Dễ gia công, lắp đặt và chế tạo

Máy ép nước mía tự động có kích thước lớn do bộ truyền đai, nhưng có thể được cải tiến bằng cách sử dụng hệ thống truyền động xích Thiết kế này không chỉ giúp giảm kích thước máy mà còn cho phép lựa chọn hương vị cho nước mía thành phẩm, mang lại sự đa dạng cho người tiêu dùng.

- Máy được thiết kế với hệ thống tự động nạp mía và ép mía, báo hiệu khi hết mía

- Hệ thống ép sử dụng bộ truyền xích

- Hệ thống tự động bơm nước mía và xả hương vị theo thời gian định sẵn vào các bình chứa riêng biệt

- Hệ thống tự động khuấy nước và làm mát để bảo quản trong ngày

- Có màn hình cảm ứng để tương tác trực tiếp với hệ thống điều khiển của máy

- Đếm sản lượng bán được trong một ngày

- Van xả nước thành phẩm cảm biến hồng ngoại

- Chưa có mặt trên thị trường

- Dễ sử dụng, giao diện thân thiện với người dùng

- Có tính tự động hóa cao

- Hệ thống khép kín nên đảm bao vệ sinh an toàn thực phẩm, an toàn lao động

- Hệ thống ép chiếm kích thước nhỏ hơn so với truyền động đai

- Có tiếng ồn khi làm việc

- Chi phí sản xuất cao Ý tưởng 3: Thiết kế máy ép nước mía kết hợp với xay rau má có hệ thống tự động đóng nắp

- Máy được thiết kế với hai khâu làm việc riêng biệt, bao gồm một khâu ép mía thông thường và khâu xay rau má

- Hệ thống ép mía sử dụng truyền động xích, cơ cấu xay rau má sử dụng chân vịt 2 cánh làm bằng thép không gỉ

- Kết hợp với hệ thống cho đá và đóng nắp tự động

- Chi phí rẻ, phù hợp với các chủ thương nghiệp nhỏ lẻ

- Chưa đáp ứng được tiêu chí tự động hóa

- Có tiếng ồn nhẹ khi làm việc.

Chọn lọc ý tưởng

Dựa vào các ưu và nhược điểm đã phân tích cùng với tình hình thực tế, nhóm chúng tôi đã quyết định lựa chọn và nghiên cứu sâu hơn để phát triển phương án thứ hai, và đã nhận được sự chấp thuận từ Giảng viên hướng dẫn.

Sơ đồ 5 1 Nguyên lí hoạt động của máy

Khi bình chứa nước hết, PLC sẽ tự động ngắt tất cả máy bơm của Bình 1, 2, 3 và kích hoạt hệ thống ép cùng xylanh để tiến hành ép mía Xylanh sẽ được khởi động với độ trễ 10 giây sau khi chạm công tắc hành trình Ngược lại, khi bình chứa đầy, PLC sẽ khôi phục hoạt động của các máy bơm và tạo độ trễ 10 giây cho hệ thống ép trước khi dừng, nhằm tránh tình trạng kẹt cây mía trong quá trình ép.

Khi ba bình nhỏ hết nước, PLC sẽ tự động kích hoạt máy bơm để chuyển nước từ bình lớn sang bình nhỏ Khi bình nhỏ đã đầy, PLC sẽ ngắt máy bơm và mở van xả hương vị theo thời gian đã cài đặt Đồng thời, hệ thống khuấy làm lạnh sẽ được khởi động và chu trình làm việc sẽ tiếp tục lặp lại.

+ Với các thông số thời gian có thể cài đặt trực tiếp trên màn hình

+ Đối với hộp chứa phôi, khi hết mía sẽ có đèn cảnh báo nhờ vào cảm biến quang điện

+ Khi xả nước vào ly, người dùng chỉ cần đặt ly gần van, cảm biến sẽ tự nhận diện và xả nước xuống

TẠO DÁNG SẢN PHẨM VÀ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ, HỆ THỐNG ĐIỆN

Tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí

toán, thiết kế tạo dáng, bố cục layout

Tính toán thông số cơ bản của quá trình ép mía, chọn hệ thống ép

Tính toán, thiết kế khung

Lập trình sơ bộ hệ thống điều khiển

Vẽ sketch 2D, lập mô hình 3D

3 Đặt mua linh kiện Đặt mua linh kiện, thử linh kiện

4 Gia công mô hình và thử nghiệm

Tiến hành gia công khung, lắp ráp thành phẩm

Thử nghiệm và cải tiến cơ cấu cơ khí

Hoàn thiện tủ điều khiển, lập trình

2 Xác định nhu cầu khách hàng

- Nghề nghiệp hiện tại của bạn là gì?

☐ Sinh viên ☐ Nhân viên văn phòng ☐ Kinh doanh ☐ Khác

- Bạn đã từng uống nước mía có hương vị chưa?

☐ Chưa sử dụng ☐ Đã sử dụng ☐ Đang sử dụng ☐ Có ý định sử dụng

- Nếu có, bạn sử dụng loại nước nước mía hương vị nào?

☐ Mía thơm ☐ Mía sầu riêng ☐ Mía cam ☐ Khác

- Bạn có thích máy ép mía có khả năng tự động ép mía không?

☐ Chắc chắn có rồi ☐ Đang phân vân ☐ Không thích

- Nếu được mua lựa chọn mua máy ép nước mía, bạn sẽ lựa theo tiêu chí nào ?

Bảng 4 3 Bảng lựa chọn tiêu chí chất lượng máy

☐ ☐ ☐ ☐ ☐ Độ tin cậy ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ Độ an toàn ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ Độ bền ☐ ☐ ☐ ☐ ☐

- Với máy ép nước mía tự động, chất liệu khung máy nào sẽ phù hợp với tiêu chí của bạn?

- Với máy ép nước mía tự động, chất liệu vỏ bao bên ngoài khung nào sẽ phù hợp với tiêu chí của bạn?

- Với máy ép nước mía, kiểu dáng nào sẽ phù hợp với tiêu chí của bạn?

☐ Hình hộp chữ nhật ☐ Hình trụ ☐ Khác

- Với ép nước mía, kích thước chiều cao nào sẽ phù hợp với tiêu chí của bạn?

- Với máy ép nước mía tự động có chọn hương vị, thì bao nhiêu hương vị sẽ phù hợp với tiêu chí của bạn?

- Với máy ép nước mía tự động chọn hương vị, hương vị nào sẽ sẽ phù hợp với bạn?

☐ Truyền thống ☐ Sầu riêng ☐ Cam ☐ Khác

- Với ép nước mía tự động chọn hương vị, bạn mong muốn 1 lần nó có thể ép được bao nhiêu lít?

- Với máy ép nước mía tự động có chọn hương vị, bạn mong muốn nó sẽ được bán ở những đâu?

☐ Cửa hàng tiện lợi ☐ Các quán ăn ☐ Lề đường ☐ Khác

- Bạn nghĩ sao khi máy ép nước mía có thêm tính năng làm lạnh và khuấy để bảo quan được trong ngày?

- Bạn nghĩ thế nào khi thay thế vòi vật lý thông thường bằng vòi cảm biến hồng ngoại?

- Bạn có thích máy ép mía tự động có thêm màn hình điều khiển không ?

2.2 Kết quả sau khảo sát

- Qua kết quả khảo sát trực tiếp bằng các câu hỏi khảo sát Nhóm đã thành lập được bảng các nhu cầu của khách hàng → Bảng nhu cầu (Need)

- Từ bảng nhu cầu (Need), nhóm thành lập bảng các thông số phù hợp với nhu cầu của bảng nhu cầu (Need) trên -> Bảng metric

Vật liệu Số lượng hương vị

Thiết kế Cách thức vận hành

Giá thành Điện năng Công năng

- Qua đó, thành lập được mối quan hệ giữa NEED và METRIC:

Bảng 4 6 Mối liên hệ giữ need và mectric

- Xây dựng ngôi nhà chất lượng

Cấu trúc của ngôi nhà chất lượng:

+ Phần mái nhà thể hiện sự tương quan công nghệ giữa các metric Trong đó gồm tương quan hỗ trợ, tương quan đối lập và không tương quan

Hình 4 17 Mái của ngôi nhà chất lượng

Phần thân bài liên kết nhu cầu của khách hàng với các thông số kỹ thuật thông qua các mức độ tương quan: mạnh, trung bình và yếu Bên phải là ma trận kế hoạch, bao gồm các thông số như yếu tố cải tiến, điểm bán hàng và trọng số tổng thể Từ các thông số này, nhóm có thể xác định được các ưu tiên kỹ thuật.

Bảng 4 7 Bảng tổng hợp ngôi nhà chất lượng

 Kết hợp lại ta được ngôi nhà chất lượng như sau:

Hình 4 18 Ngôi nhà chất lượng

1 Xác lập đầu vào và ra cho sản phẩm thiết kế

+ Nước cốt hương vị các loại: Đậu xanh, dừa, sầu riêng,

+ Nước mía đã được ép hòa trộn với từng loại nước cốt

 Thành phẩm có được là ly nước mía nguyên chất hoặc ly nước mía đã được trộn lẫn với các loại hương vị khác

Nhóm được thành lập dựa trên những ý tưởng đa dạng từ các thành viên, nhằm đánh giá khả năng ứng dụng thực tiễn và tính khả thi của các đề tài.

Đề tài nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy ép nước mía tự động với khả năng lựa chọn hương vị cho nước mía thành phẩm nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu đa dạng của người tiêu dùng.

Mô hình máy cần tích hợp các chức năng cơ bản nhằm đạt được mục tiêu đề tài, bao gồm tự động ép mía và trộn các loại nước cốt hương vị khác nhau trong một hệ thống khép kín Việc này không chỉ đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm mà còn bảo vệ an toàn lao động.

+ Hệ thống ép mía gồm: Lô cán bằng thép không gỉ SUS 304, hệ thống truyền động bánh răng, xích và động cơ điện giảm tốc

+ Máy nén khí và xy-lanh khí

+ Các bình nhựa đựng nước mía, hương vị

+ Ống silicon dẫn nước, dẫn khí

+ Các thiết bị điện tử như: PLC, cảm biến, van điện, động cơ bơm,…

Thiết kế máy ép nước mía bán tự động sử dụng hệ thống ép truyền động đai, cho phép lựa chọn hương vị cho nước mía thành phẩm Máy còn được trang bị băng chuyền để đóng nắp, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả trong quy trình sản xuất.

- Máy được thiết kế với hệ thống ép mía truyền thống, sử dụng truyền động đai

- Khi ép xong mía, người bán sẽ bỏ hương vị vào nước mía thành phẩm

- Nước mía đã có hương vị sẽ được dẫn qua hệ thống đóng nắp tự động

- Mang tính tự động hóa

- Dễ gia công, lắp đặt và chế tạo

Máy ép nước mía tự động có thiết kế nhỏ gọn hơn nhờ vào việc sử dụng hệ thống truyền động xích, giúp giảm kích thước lớn do bộ truyền đai gây ra Hệ thống này không chỉ tối ưu hóa không gian mà còn cho phép người dùng lựa chọn hương vị cho nước mía thành phẩm, mang lại trải nghiệm đa dạng và hấp dẫn.

- Máy được thiết kế với hệ thống tự động nạp mía và ép mía, báo hiệu khi hết mía

- Hệ thống ép sử dụng bộ truyền xích

- Hệ thống tự động bơm nước mía và xả hương vị theo thời gian định sẵn vào các bình chứa riêng biệt

- Hệ thống tự động khuấy nước và làm mát để bảo quản trong ngày

- Có màn hình cảm ứng để tương tác trực tiếp với hệ thống điều khiển của máy

- Đếm sản lượng bán được trong một ngày

- Van xả nước thành phẩm cảm biến hồng ngoại

- Dễ sử dụng, giao diện thân thiện với người dùng

- Có tính tự động hóa cao

- Hệ thống khép kín nên đảm bao vệ sinh an toàn thực phẩm, an toàn lao động

- Hệ thống ép chiếm kích thước nhỏ hơn so với truyền động đai

- Có tiếng ồn khi làm việc

- Chi phí sản xuất cao Ý tưởng 3: Thiết kế máy ép nước mía kết hợp với xay rau má có hệ thống tự động đóng nắp

- Máy được thiết kế với hai khâu làm việc riêng biệt, bao gồm một khâu ép mía thông thường và khâu xay rau má

- Hệ thống ép mía sử dụng truyền động xích, cơ cấu xay rau má sử dụng chân vịt 2 cánh làm bằng thép không gỉ

- Kết hợp với hệ thống cho đá và đóng nắp tự động

- Chi phí rẻ, phù hợp với các chủ thương nghiệp nhỏ lẻ

- Chưa đáp ứng được tiêu chí tự động hóa

- Có tiếng ồn nhẹ khi làm việc

Dựa trên những ưu và nhược điểm đã phân tích, cùng với tình hình thực tế, nhóm chúng em đã quyết định chọn phương án thứ 2 để phát triển và nghiên cứu thêm, và đã nhận được sự chấp thuận từ Giảng viên hướng dẫn.

Sơ đồ 5 1 Nguyên lí hoạt động của máy

Khi bình chứa hết nước, PLC sẽ tự động ngắt tất cả máy bơm của Bình 1, 2, 3 và kích hoạt hệ thống ép cùng xylanh để ép mía Xylanh sẽ được khởi động với độ trễ 10 giây sau khi công tắc hành trình được chạm Khi bình chứa đầy, PLC sẽ khôi phục hoạt động của các máy bơm Bình 1, 2, 3, đồng thời tạo độ trễ 10 giây cho hệ thống ép trước khi dừng, nhằm tránh tình trạng kẹt cây mía trong quá trình ép.

Khi ba bình nhỏ hết nước, PLC sẽ tự động kích hoạt máy bơm để chuyển nước từ bình lớn sang bình nhỏ Khi bình nhỏ đã đầy, PLC sẽ ngắt máy bơm và mở van xả hương vị theo thời gian đã cài đặt, đồng thời khởi động hệ thống khuấy làm lạnh để lặp lại chu trình hoạt động.

+ Với các thông số thời gian có thể cài đặt trực tiếp trên màn hình

+ Đối với hộp chứa phôi, khi hết mía sẽ có đèn cảnh báo nhờ vào cảm biến quang điện

+ Khi xả nước vào ly, người dùng chỉ cần đặt ly gần van, cảm biến sẽ tự nhận diện và xả nước xuống

CHƯƠNG 6 TẠO DÁNG SẢN PHẨM VÀ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ

THỐNG CƠ KHÍ, HỆ THỐNG ĐIỆN

Máy rót nước tự động được thiết kế dựa trên hình ảnh của những chiếc máy tại cửa hàng tiện lợi, với kích thước hình hộp chữ nhật cao dưới ngực người trưởng thành Việt Nam và dài hơn 1 mét Thiết kế này cho phép bố trí từ 3 đến 4 vòi nước, cùng với máng chứa ly nước tiện lợi.

1.2 Các chỉ tiêu nghiên cứu người dùng Ergonomics [13]

- Các chỉ tiêu: Dựa theo kết quả từ báo cáo cuộc Tổng điều tra dinh dưỡng năm 2019 –

Chiều cao trung bình của nam giới Việt Nam là 168,1cm, trong khi chiều cao trung bình của nữ giới là 156,2cm Bên cạnh đó, chiều dài cánh tay trung bình của người Việt là 63,5cm, được đo từ phần nách đến ngón giữa của bàn tay.

Hình 6 1 Thông số chiều cao trung bình thân và cánh tay người trưởng thành

CHƯƠNG 6 TẠO DÁNG SẢN PHẨM VÀ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ, HỆ THỐNG ĐIỆN

Bảng 6 1 Bảng kết quả thống kê chiều cao và chiều dài cánh tay người trưởng thành

A Chỉ tiêu chiều cao trung bình

Nam là 168,1 cm và nữ là 156,2 cm

➔ Lấy chiều cao trung bình của người Việt là 162,2cm làm cơ sở thiết kế chiều cao của máy

Nguồn tài liệu: Báo cáo cuộc

Tổng điều tra dinh dưỡng năm

B Chỉ tiêu chiều dài cánh tay trung bình

Nam là 76,12 cm và nữ là 70,17 cm

➔ Lấy chiều dài trung bình 73,15 làm cơ sơ thiết kế vị trí đặt vòi nước, máng treo, máng đặt ly nhựa,…

Nguồn tài liệu: TẠP CHÍ Y

Nghiên cứu năm 2022 tại Trường Đại học Y Dược Thái Bình tập trung vào việc phân tích một số kích thước bàn tay, kích thước chi trên, chiều cao đứng và cân nặng của sinh viên Mục tiêu của nghiên cứu là cung cấp dữ liệu quan trọng về các chỉ số sinh học của sinh viên, từ đó hỗ trợ trong việc cải thiện các chương trình đào tạo và chăm sóc sức khỏe Kết quả nghiên cứu sẽ giúp hiểu rõ hơn về đặc điểm hình thể của sinh viên y khoa, góp phần vào việc nâng cao chất lượng giáo dục và y tế.

- Cách bố trí và tư thế sử dụng:

• Đặt máy ở nơi khô ráo, thoáng mát

• Ổ cắm điện nên nằm phía sau máy để thuận tiện cho việc cắm điện

• Đặt ở nơi ẩm ướt, nhiệt độ cao

• Đặt quá xa các ổ cắm điện

+ Tủ điều khiển và màn hình: Bố trí ở mặt phía bên phải của máy

Khi sử dụng vòi nước, người dùng nên đứng thẳng để lấy nước, và có thể khom người để đặt ly nước lên máng khi mua nhiều ly khác nhau.

1.3 Những yêu cầu về hình dáng

- Giao tuyến giữa các mặt bao (tôn) cần được xử lý mài nhẵn, tránh bavia sắc cạnh có thể gây thương tích cho người dùng

- Thiết kế chi tiết bảo vệ ở các góc nhọn

Chiều cao tương đối cần được xác định phù hợp với các tiêu chí đã nghiên cứu trước đó, nhằm tránh việc thiết kế quá cao hoặc quá thấp, điều này có thể gây khó khăn trong quá trình sử dụng.

Để tối ưu hóa khung, cần tính toán số lượng và khối lượng vật liệu một cách chính xác Dựa trên kết quả mô phỏng bền, việc lựa chọn mác thép và khổ thép phù hợp sẽ giúp đảm bảo độ bền cho khung đồng thời giảm thiểu khối lượng vật liệu sử dụng.

- Ngoại quan bên ngoài phải được xử lí ngoại quan bằng giấy nhám trước khi sơn

- Các mối hàn cần mài, xử lý lại sau khi hàn

1.4 Kích thước tổng thể của khung máy

Thiết kế hệ thống điều khiển tự động

3.1 Tính toán chọn PLC, lập trình mô phỏng và hệ thống mạch điện

3.1.1 Tính toán chọn PLC Để có thể chọn được PLC phù với với hệ thống điều khiển của máy, ta cần phải xác định có bao nhiêu thiết bị cần điều khiển và cần bao nhiêu tín hiệu ngõ vào để điều khiển các thiết bị đó

Mỗi bồn chứa 5L yêu cầu 5 thiết bị, bao gồm Sò làm lạnh, Quạt tản nhiệt, Motor giảm tốc, Van điện từ và Máy bơm Trong đó, Sò làm lạnh, Quạt tản nhiệt và Motor giảm tốc sử dụng chung 1 ngõ ra, vì vậy cần 3 ngõ ra Digital Output (DQ) cho mỗi bồn Tổng cộng, 3 bồn sẽ cần 9 ngõ ra DQ.

Với bồn chứa 10L, chúng ta cần điều khiển ba thiết bị: Máy nén khí, Động cơ điện (Ép mía) và Van điện 5/2 Trong đó, Van điện 5/2 và Máy nén khí chia sẻ cùng một ngõ ra, do đó, cần thiết kế hai ngõ ra DQ cho bồn chứa lớn này.

- Với van xả nước thành phẩm, mỗi van sẽ dùng 1 ngõ ra, tương đương với 3 ngõ ra

Đối với ngõ vào Digital Input (DI), hệ thống sử dụng 4 board mạch đo mực chất lỏng để giao tiếp với PLC, mỗi board cung cấp 2 ngõ vào, tạo thành tổng cộng 8 DI.

4 board Xylanh hoạt động dựa trên tín hiệu cung cấp từ công tắc hành trình, dùng 2

70 công tắc hành trình tương đương với 2 DI Cần thêm 3 DI cho 3 cảm biến hồng ngoại để điều khiển van xả nước thành phẩm

Dựa trên các tính toán sơ bộ, nhóm quyết định sử dụng PLC Siemen S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC với 14 đầu vào số (DI) và 10 đầu ra số (DQ), cùng với 1 mô-đun mở rộng đầu ra số SM 1222 DC 8DQ để đáp ứng yêu cầu dự án.

Hình 6 22 PLC S7-1200 và module mở rộng DQ

Hình 6 23 Sơ đồ chân của PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC

Hình 6 24 Sơ đồ chân Module mở rộng DQ SM 1222 DC

3.1.2 Lập trình và mô phỏng

- Sử dụng phần mềm TIA Portal V16 để lập trình và mô phỏng hệ thống điều khiển

- Bảng thống kê các biến sử dụng để lập trình:

Bảng 6 8 Bảng tên biến trung gian, biến nhớ, ngõ vào, ra

- Các kiểu dữ liệu sử dụng cho máy:

Biến vật lý là yếu tố cung cấp tín hiệu đầu vào để điều khiển ngõ ra, với kiểu dữ liệu Bool Khi không có tác động, giá trị của nó là 0, và khi có tác động, giá trị sẽ tăng lên 1.

+ Q: Biến vật lý dùng để cung cấp tín hiệu đầu ra để cấp nguồn cho thiết bị Kiểu dữ liệu Bool

+ M: Biến trung gian dùng để gán cho các nút nhấn, công tắc Mang kiểu dữ liệu Bool

+ MW: Đây là biến nhớ dạng Word (16-bits hay 2-bytes), dùng để nhập giá trị từ màn hình vào PLC

+ MD: Là biến nhớ dạng Double Word (32-bits hay 4-bytes), dùng để hiển thị giá trị từ PLC lên màn hình

- Lập trình: Sử dụng ngôn ngữ lập trình LADDER (Ngôn ngữ bậc thang) để lập trình

Để kết nối phần cứng giữa PLC và Laptop cá nhân, hãy sử dụng dây mạng LAN chuẩn RJ45 Địa chỉ mạng của PLC là 192.168.0.8, trong khi địa chỉ mạng của Laptop là 192.168.0.1.

• Điều khiển máy bơm số 1:

Hình 6 25 Code điều khiển máy bơm số 1

- Khi nhận tín hiệu mực thấp I0.0 của board số 1, máy bơm số 1 sẽ hoạt động nhờ vào ngỏ ra Q0.0

- Ta có thể điều khiển thủ công máy bơm số 1 bằng biến trung gian M0.0

• Điều khiển van xả hương vị số 1:

Hình 6 26 Code điều khiển van xả hương vị số 1

Khi mực nước đạt mức đầy, board 1 sẽ ngắt tín hiệu I0.0 và kích hoạt tín hiệu mực cao I0.1 để điều khiển thiết bị van xả hương vị số 1 (Q0.1) Thời gian xả hương vị được cài đặt cho Timer T1 thông qua biến MD50 trên màn hình HMI.

- Ta điều khiển thủ công van xả số 1 bằng biến trung gian M0.1

• Điều khiển hệ thống khuấy và làm lạnh số 1:

Hình 6 27 Code điều khiển hệ thống khuấy và làm lạnh số 1

- Đồng thời khi nhận tín hiệu I0.1, hệ thống khuấy và làm lạnh (Q0.2) sẽ được kích hoạt

- Điều khiển thủ công bằng biến M0.2

Hình 6 28 Code điều khiển bơm số 2

- Tương tự bình số 1, khi bình số 2 hết nước, board 2 sẽ cấp tín hiệu mực thấp I0.2 để kích hoạt máy bơm số 2 (Q0.3)

- Biến M0.3 dùng để điều khiển thủ công máy bơm số 2

• Điều khiển van xả hương vị số 2:

Hình 6 29 Code điều khiển van xả hương vị số 2

Khi bình 2 được bơm đầy, board 2 sẽ ngắt tín hiệu I0.2 và cấp tín hiệu mực cao I0.3 để điều khiển van xả hương vị (Q0.4) Thời gian xả được cài đặt trên màn hình HMI cho Timer T2 từ biến MD54.

- Biến M0.4 dùng để điều khiển thủ công van xả số 2

- Đồng thời khi nhận tín hiệu I0.3, hệ thống khuấy và làm lạnh (Q0.5) bắt đầu hoạt động

- Điều khiển thủ công hệ thống khuấy và làm lạnh bằng biến trung gian M0.5

Hình 6 31 Code điều khiển máy bơm số 3

- Tương tự như trên, khi bình số 3 hết nước, tín hiệu mực thấp I0.4 sẽ được xuất ra nhờ vào board 3 để điều khiển máy bơm số 3 bằng ngõ ra Q0.6

- Điều khiển thủ công máy bơm số 3 bằng biến trung gian M0.6

- Khi bình số 3 đầy nước, board 3 sẽ ngắt I0.4 và xuất tín hiệu I0.5 để điều khiển hệ thống khuấy và làm lạnh bằng ngõ ra Q0.7

- Biến M0.7 dùng để điều khiển thủ công hệ thống khuấy và làm lạnh Q0.7

• Điều khiển xylanh đi ra:

Hình 6 33 Code điều khiển xylanh đi ra

• Điều khiển xylanh đi về:

Hình 6 34 Code điều khiển xylanh đi vào

Khi bình chứa 10L hết nước, board số 4 sẽ gửi tín hiệu mực thấp I0.6 để điều khiển xylanh đẩy mía vào cán ép Khi xylanh chạm công tắc hành trình I1.0, nó sẽ quay trở lại và tiếp tục chu trình.

Timer T3 và T4 được cài đặt thời gian 5 giây, giúp xylanh chờ sau khi chạm công tắc hành trình trước khi thực hiện hoạt động tiếp theo Thiết kế này nhằm ngăn ngừa việc xylanh hoàn thành chu kỳ quá nhanh, từ đó tránh tình trạng kẹt mía trong quá trình ép.

- Khi bình đầy nước, tín hiệu mực cao I1.1 được xuất ra để điều khiển cuộn solenoid số 2 (Q1.1) nhằm đẩy xylanh đi về (chuẩn bị cho lần ép tiếp theo)

- Có thể điều khiển thủ công cuộn solenoid số 1 và số 2 bằng biến trung gian M1.0 và M1.1

• Điều khiển hệ thống ép mía:

Hình 6 35 Code điều khiển hệ thống ép mía

- Khi có tín hiệu mực thấp I0.6, xylanh hoạt động đồng thời cán ép cũng hoạt động

- Khi bình chứa đầy nước, cán ép sẽ hoạt động thêm 10s (Timer T5) trước khi dừng hẵn nhằm ép hết cây mía còn lại trên trục ép

- Có thể điều khiển gián tiếp hệ thống ép bằng biến M1.2

+ Điều khiển van xả nước mía thành phẩm:

Hình 6 36 Code điều khiển van xả nước thành phẩm số 1

Khi đặt tay vào vùng nhận diện của cảm biến, van số 1 sẽ tự động xả nước thành phẩm Ngoài ra, người dùng có thể cài đặt thời gian trễ cho Timer T6 thông qua biến MD58.

Khi đưa tay vào vùng nhận dạng của cảm biến, van số 2 sẽ xả nước thành phẩm Ngoài ra, người dùng có thể cài đặt thời gian trễ cho Timer T7 thông qua biến MD62.

Giống như hai van trước, khi đưa tay vào vùng nhận dạng của cảm biến, van số 3 sẽ xả nước thành phẩm Thời gian trễ cho Timer T8 có thể được cài đặt từ biến MD66.

+ Bộ chuyển đổi từ dữ liệu số nguyên sang kiểu dữ liệu thời gian:

Khi nhập giá trị số nguyên (Int Data Type) từ màn hình HMI, PLC không nhận diện được kiểu dữ liệu thời gian (Time Data Type), dẫn đến sai lệch trong thời gian hoạt động Do đó, cần sử dụng bộ chuyển đổi (Convert Module) để chuyển đổi kiểu dữ liệu IDT thành kiểu dữ liệu TDT.

Thiết kế hệ thống xả hương vị

Hương vị si rô đa dạng được lưu trữ trong bình nhựa 500ml, chảy xuống nhờ trọng lực qua ống dẫn đến van điện từ Van điện từ chỉ cho phép hương vị chảy khi nhận tín hiệu từ PLC, đưa hương vị vào bình chứa 5000ml nước mía đã ép Nhân viên bán hàng có thể tùy chỉnh lượng hương vị xả xuống theo cách pha chế riêng của họ thông qua cài đặt thời gian trên màn hình HMI.

Sau khi hương vị được xả xuống bình chứa lớn, bộ động cơ giảm tốc kết hợp với quạt khuấy sẽ hoạt động để hòa trộn hương vị với nước mía nguyên chất Đồng thời, bộ làm lạnh cũng sẽ được kích hoạt nhằm bảo quản nước mía lâu hơn.

- Bình chứa hương vị, van điện từ, động cơ giảm tốc cố định trên gá được thiết kế và chế tạo bằng phương pháp in 3D

Để đảm bảo hương vị chảy tự do từ bình chứa 500ml xuống van điện, cần phải cân bằng áp suất bên ngoài và bên trong bình Điều này có thể đạt được bằng cách gia công một lỗ 10 mm ở trên nắp bình.

+ Vùng số 1: Chứa bình hương vị và có lỗ dẫn ống nước

+ Vùng số 2: Gá động cơ giảm tốc

+ Vùng số 3: Gá van điện từ

Hình 6 63 Minh họa lắp ráp hệ thống xả hương vị

Thiết kế hệ thống van xả nước thành phẩm tự động

Hệ thống van xả nước tự động bao gồm một van điện từ và một cảm biến vật cản hồng ngoại Van điện từ ngăn chặn dòng nước chảy qua, trong khi cảm biến hồng ngoại có nhiệm vụ nhận diện vật cản nằm ngay trước van.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống lấy nước mía bắt đầu từ bồn chứa 5L, nơi nước mía được dẫn qua một đường ống đến van điện từ Van này sẽ khóa lại, ngăn không cho nước chảy qua Khi khách hàng đưa ly vào để lấy nước, cảm biến nhận tín hiệu và truyền đến PLC Sau đó, PLC cấp tín hiệu ngược lại cho van, cho phép dòng nước tiếp tục chảy đến đầu ra.

Khi tín hiệu từ cảm biến đến PLC, sẽ có một khoảng thời gian chờ trước khi tín hiệu được gửi đến van, nhằm ngăn chặn tình trạng nước chảy xuống khi khách hàng muốn đổi hương vị Thời gian chờ này có thể được điều chỉnh dễ dàng thông qua màn hình HMI.

- Bên cạnh đó, hệ thống van xả tự động có thể đếm sản lượng bán ra của từng bồn chứa để người bán có thể theo dõi

Hình 6 64 Van xả nước tự động

- Chi tiết số 1: Van điện tử

- Chi tiết số 2: Cảm biến vật cản hồng ngoại

- Chi tiết số 3: Bảo hộ van.

Thiết kế hệ thống làm lạnh

- Hệ thống làm lạnh gồm một sò nóng lạnh TECH1-12710, một bộ tản nhiệt bằng quạt gió và một thanh nhôm dẫn nhiệt từ sò qua nước mía

- Hệ thống làm lạnh được bố trí ở dưới bình chứa

Khi bồn chứa 5L nước mía đầy, van xả hương vị nhận tín hiệu để xả hương vị xuống Sau đó, PLC sẽ gửi tín hiệu cho bộ làm lạnh hoạt động cho đến khi nước mía trong bồn chứa cạn kiệt Khi hết nước, bộ làm lạnh sẽ ngắt tín hiệu và chờ cho đến khi nước được bơm đầy trở lại.

Hình 6 65 Minh họa lắp ráp bộ làm lạnh và bình 5000ml

+ Chi tiết số 1: Sò nóng lạnh

+ Chi tiết số 2: Bình chứa 5000ml

- Kích thước tổng thể: 1100x1100x600mm

- Chiều cao máng để ly: 720mm

- Công suất tiêu thụ điện: 9,945kWh

- Áp suất nén khí 100 Psi

- Năng suất 100 cây mía cho 15l nước mía hỗn hợp.

CHẾ TẠO MÔ HÌNH, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ

Chế tạo mô hình

- Lưu trình chế tạo mô hình:

Sơ đồ 7 1 Lưu trình chế tạo mô hình

+ Mua linh kiện và cắt theo kích thước bản vẽ:

+ Hàn điểm khung tổng và điều chỉnh độ cong vênh:

Hàn chấm điểm để định vị sơ bộ bằng máy hàn hồ quang

Sau khi hàn, dùng búa cao su đập để khử độ vênh và kiểm tra bằng thước thủy

Hình 7 2 Hàn điểm và điều chỉnh

CHƯƠNG 7 CHẾ TẠO MÔ HÌNH, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ

Sử dụng thước dây, thước thẳng để kiểm tra kích thước tổng của khung

Sử dụng thước thủy để kiểm tra độ vuông góc, độ song song

Hình 7 4 Kiểm tra độ song song và vuông góc bằng thước thủy

Hình 7 5 Kiểm tra kích thước bằng thước dây

Hình 7 6 Kiểm tra độ vuông góc, song song tại vị trí lắp hệ thống ép

Hình 7 7 Kiểm tra chiều cao tổng thể của mô hình

Hình 7 8 Kiểm tra chiều rộng tổng của mô hình

Hình 7 9 Kiểm tra độ song song, vuông góc tại mặt sau

+ Xử lí bề mặt trước khi sơn:

Dùng giấy nhám P80 để xử lí thô bề mặt, sau đó dùng nhám P1000 để xử lí tinh làm cho bề mặt trở nên mịn hơn

Hình 7 10 Xử lí bề mặt trước sơn

Sử dụng sơn xịt đen hãng ATM SPRAY mã màu đen A212 để sơn lót và dùng mã màu đen bóng A210 để sơn một lớp bóng cho khung

Quá trình sơn mỗi lớp cách nhau 60 phút để đảm bảo cho lớp sơn trước đó khô hoàn toàn Mỗi mã màu sơn sẽ sơn 2 lớp

Hình 7 11 Sơn đen lót mã màu A212

Hình 7 12 Sơn đen nhám mã màu A210

+ Thử nghiệm linh kiện điện tử:

Lập trình mẫu chạy thử nghiệm các thiết bị như máy bơm, cảm biến, hệ thống làm lạnh,…

Hình 7 14 Thử nghiệm PLC và module mực nước

Hình 7 15 Thử nghiệm giao diện HMI

+ Lắp linh kiện điện vào tủ điện:

Bố trí nguồn, PLC, domino và board đo mực nước vào tủ điện

Hình 7 16 Bố trí linh kiện vào tủ điện

Hình 7 17 Lắp linh kiện vào tủ điện

Hình 7 18 Chạy thử nghiệm tủ đã lắp ráp hoàn chỉnh

+ Lắp linh kiện cơ khí, tủ điện lên khung:

Hình 7 19 Lắp linh kiện cơ khí lên mô hình

Hình 7 20 Lắp tủ điện, bình chứa lên khung

+ Bắn tôn và sơn thành phẩm:

Dùng vít dù dài 1,3cm bắn lên tôn phẳng mạ kẽm

Sử dụng sơn bạc mã màu A215 để sơn thành phẩm

Hình 7 21 Bắn tôn và sơn thành phẩm

Chạy thử nghiệm và đánh giá

+ Chuẩn bị 10 cây mía khô đã được cắt sẵn với kích thước ∅20x53cm và tiến hành chạy thử hệ thống ép

Hình 7 22 Chuẩn bị mía cho quá trình thử nghiệm

+ Cài đặt thời gian dừng của xylanh là 5s

Trong quá trình ép mía, góc giữa trục cây mía và phương ngang là 0 độ, dẫn đến góc ma sát bằng 0 Khi xylanh đẩy mía vào cán, cây mía có xu hướng di chuyển lên trên để ăn vào trục ép Tuy nhiên, các cây mía phía trên tạo ra lực tổng bằng trọng lực của chúng, tác động lên cây mía đang ép, khiến nó không thể di chuyển lên để tạo ra góc ma sát lớn hơn 0 Kết quả là lực ma sát tiếp xúc không đủ lớn để vượt qua lực tác dụng lên mía, dẫn đến việc không thể ép được.

Bảng 7 1 Biểu đồ thử nghiệm ép trước cải tiến

 Hiệu suất hệ thống không ổn định, chỉ đạt được 30% và cần phải cải tiến

- Phương hướng cải tiến – Giải quyết vấn đề:

+ Chuẩn bị 10 cây mía được cắt sẵn với kích thước như trên

Thay đổi thiết kế để rút ngắn khoảng cách giữa hộp cấp phôi và hệ thống trục ép, đồng thời tăng lưu lượng khí nén bằng cách điều chỉnh van tiết lưu, giúp tăng tốc độ đẩy của xy lanh.

+ Quấn vải và ủ mềm mía với nước trong thời gian 60 phút cho mía mềm ra và tiến hành ép thử nghiệm

+ Biểu đồ thử nghiệm sau cải tiến:

Bảng 7 2 Biểu đồ ép mía sau cải tiến

 Kết luận: Sau khi thay đổi thiết kế, tăng tốc độ xylanh và ủ mềm mía, hiệu suất làm việc đã tăng lên từ 30% đến 80%

Kết luận

Đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy ép mía tự động có lựa chọn hương vị cho nước mía thành phẩm” đã thành công trong việc đạt được các mục tiêu ban đầu Mô hình máy ép mía tự động này đã được hoàn thiện cả về hệ thống cơ khí lẫn hệ thống điều khiển, mang lại hiệu quả cao trong sản xuất nước mía.

Qua quá trình nghiên cứu và thực nghiệm, nhóm đã hoàn thành các công việc sau:

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát các công nghệ hiện có liên quan đến đề tài, từ đó áp dụng những công nghệ này nhằm tạo ra sự đổi mới và nâng cao hiệu suất sản xuất.

Dựa trên các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành, nhóm đã tiến hành tính toán các thông số kỹ thuật cho hệ thống ép, đồng thời lựa chọn các thiết bị điện tử phù hợp nhằm đảm bảo máy hoạt động ổn định và hiệu quả.

Nhóm thiết kế đã dựa trên báo cáo khảo sát người dùng và nghiên cứu công thái học để tạo ra kiểu dáng máy phù hợp với người sử dụng Quá trình này bao gồm việc phác thảo, xây dựng mô hình 3D và xuất bản các bản vẽ kỹ thuật 2D.

Nhóm đã hoàn thành chế tạo và lắp ráp mô hình máy ép mía tự động, trải qua quá trình thử nghiệm và đánh giá để cải thiện hiệu suất làm việc Đồ án không chỉ nâng cao kiến thức và kỹ năng chuyên môn của nhóm mà còn mở ra cơ hội phát triển các sản phẩm công nghệ tiên tiến, đáp ứng nhu cầu thị trường và thúc đẩy ngành công nghiệp thực phẩm Chúng em hy vọng rằng máy ép mía tự động này sẽ sớm được ứng dụng rộng rãi, mang lại lợi ích thiết thực cho người tiêu dùng và doanh nghiệp.

Cải tiến

Trong tương lai, nếu có điều kiện lý tưởng, nhóm sẽ tiến hành cải tiến một số hạng mục để máy có thể hoạt động thực tế với hiệu suất tối ưu nhất.

- Hệ thống ép: Chọn hệ thống ép với công suất cao hơn nhằm ép được cùng lúc nhiều mía hơn và hạn chế tình trạng bị kẹt mía

- Hệ thống cấp phôi: Thiết kế cơ cấu mới thay vị dùng xylanh khí nén để có thể giảm được tiếng ồn từ máy nén khí

Khả năng công nghệ hiện đại cho phép các chi tiết máy được gia công bằng nhiều phương pháp tiên tiến như gia công CNC, dập, cắt laser và uốn, nhằm nâng cao độ chính xác trong quá trình lắp ráp, thay vì phụ thuộc vào phương pháp chế tạo thủ công.

- Hệ thống làm lạnh có thể kiểm soát chính xác được nhiệt độ làm lạnh

- Sử dụng cảm biến mực nước có thể đo chính xác được lượng nước trong bình chứa

Tiêu đề	Nghiên Cứu, Tính Toán, Thiết Kế, Chế Tạo Máy Ép Nước Mía Tự Động Có Lựa Chọn Mùi Vị Cho Nước Mía Thành Phẩm
Tác giả	Đặng Phước Phong, Nguyễn Phước Thành, Nguyễn Việt Khang
Người hướng dẫn	TS. Võ Xuân Tiến
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	134
Dung lượng	10,84 MB