Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát một số thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT Chương này trình bày tổng quan về tình hình sản xuất lúa gạo tại Việt Nam và tình hình nghiên cứu, ứng dụng của hệ thống giám sát của các thiết b

-

NGUYỄN HƯNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM

SÁT MỘT SỐ THIẾT BỊ TRONG DÂY CHUYỀN CHẾ BIẾN LÚA GẠO

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2010

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN

………

………

………

Cán bộ chấm nhận xét 1: ………

………

………

………

Cán bộ chấm nhận xét 2: ………

………

………

………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN HƯNG Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 20/04/1984 Nơi sinh : Đồng Nai

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy MSHV : 00408233

I- TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát một số thiết bị trong dây chuyền chế biến

lúa gạo

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng hệ thống giám sát các thiết bị

trong dây chuyền chế biến lúa gạo

- Nghiên cứu các thiết bị, đối tượng và yêu cầu cần giám sát trong dây chuyền

- Thiết kế cấu hình và quy trình vận hành chương trình giám sát

- Triển khai hệ thống giám sát một số thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày 25 tháng 01 năm 2010

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 30 tháng 11 năm 2010

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN

QL CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN

tâm, giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành tốt luận văn

Xin chân thành cám ơn các Thầy Cô Phòng đào tạo sau đại học, các Thầy

Cô trong Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí, đã truyền đạt kiến thức cũng như kinh nghiệm nghiên cứu khoa học, tạo mọi điều kiện giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn

Xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp, anh chị em Trung tâm CENINTEC, Công ty Cổ phần Cơ khí chế tạo máy Long An, Công ty TNHH Công Bình, Tổng công ty Lương thực Miền Bắc – Chi nhánh Tân Dương đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, hỗ trợ, động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn đúng tiến độ và đạt mục tiêu đã đề ra

Tp.HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2010

Nguyễn Hưng

kinds of food consist of wheat, rice, corn, kaoliang, oat, millet, and so on The total area of rice plant ranks second position after wheat in the world Vietnamese rice currently is facing to the big problem is the highest postharvest losses among Asian countries In which, milling losses cover mostly in postharvest losses The current milling losses depend on skill of operators

Application of monitoring systems into rice mills in developped countries achieved much economic effectiveness Therefore, research and development of monitoring systems in Vietnamese rice mills is very urgent in order to reduce losses, to improve productivity, to increase head rice retrieving ratio, and to decrease energy consumption in production

This thesis presents objective, contents, research methodology and results in the application of a monitoring system in the 40 – 50 tons per hour rice milling

This research determines objects and parameters to be monitored, designs software and hardware configuration of the monitoring system which is suitable for practical requirements

The monitoring system in rice mill is operated with expected results

thực chính bao gồm lúa mì, lúa gạo, bắp, ngoài ra còn có một số loại khác như cao lương, lúa mạch, kê, Cây lúa đứng vị trí thứ hai sau lúa mì về diện tích trên thế giới Vấn đề gặp phải đối với lúa gạo ở Việt Nam hiện nay là tổn thất sau thu hoạch vào loại cao nhất châu Á Trong đó, tổn thất do quá trình xay xát chiếm rất lớn trong tổng tổn thất sau thu hoạch Các tổn thất do quá trình xay xát của các dây chuyền hiện nay phụ thuộc rất lớn vào người công nhân vận hành

Việc ứng dụng hệ thống giám sát vào các dây chuyền chế biến lúa gạo đã được thực hiện tại các nước tiên tiến trên thế giới và đã mang lại nhiều hiệu quả Do

đó, việc nghiên cứu, thiết kế, ứng dụng hệ thống giám sát vào dây chuyền chế biến lúa gạo tại Việt Nam là hết sức cần thiết để giảm tổn thất, cải thiện năng suất, nâng cao tỉ lệ thu hồi gạo nguyên, giảm tiêu hao năng lượng của dây chuyền

Luận văn này đã trình bay mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu và các kết quả trong việc ứng dụng của hệ thống giám sát vào dây chuyền chế biến lúa gạo năng suất 40 – 50 tấn/giờ

Luận văn đã xác định được các đối tượng và thông số cần giám sát, thiết kế cấu hình phần cứng và phần mềm của hệ thống giám sát phù hợp với nhu cầu thực

tế sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế

Hệ thống giám sát một số thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo được vận hành và đạt được những kết quả mong đợi

MỤC LỤC

Trang

Chương 1: Tổng quan về hệ thống giám sát 04

1.1 Tổng quan về hệ thống giám sát một số thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo 04

1.1.1 Tình hình sản xuất lúa gạo ở Việt Nam 04

1.1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng hệ thống giám sát một số thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo trên thế giới 10

1.1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng hệ thống giám sát một số thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo ở Việt Nam 26

1.2 Tính cấp thiết của luận văn 31

1.3 Mục tiêu của luận văn 31

1.4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 32

1.5 Phương pháp nghiên cứu 32

1.6 Các nội dung cần thực hiện 32

Chương 2: Xác định các yêu cầu và đối tượng cần giám sát trong dây chuyền chế biến lúa gạo 33

2.1 Xác định các yêu cầu và đối tượng cần giám sát 33

2.1.1 Xác định các yêu cầu 36

2.1.2 Xác định các đối tượng 37

2.2 Cấu hình và lựa chọn các phương án giám sát 60

2.2.1 Cấu hình hệ thống giám sát 60

2.2.2 Đề xuất phương án giám sát 62

Chương 3: Thiết kế cấu hình và quy trình vận hành 63

3.1 Xác định cấu hình hệ thống giám sát 63

3.2 Thiết kế và lựa chọn các phần tử trong hệ thống giám sát 65

3.2.1 Bộ thu nhận tín hiệu ET 200M 65

3.2.2 Bộ điều khiển PLC S7-200 65

3.2.3 Bộ điều khiển trung tâm PLC S7-300 68

3.2.4 Máy tính 70

3.2.5 Phần mềm giám sát WinCC 70

3.2.6 Màn hình giám sát các thiết bị 71

Chương 4: Thiết kế phần cứng của hệ thống giám sát một số thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo 72

4.1 Các giải thuật giám sát và điều khiển các thiết bị 72

4.1.1 Máy làm sạch 72

4.1.2 Máy bóc vỏ 74

4.1.3 Máy tách trấu 79

4.1.4 Máy tách sạn 82

4.1.5 Máy xát trắng 85

4.1.6 Máy đánh bóng 88

4.1.7 Máy tách thóc tinh 91

4.1.8 Bộ đo năng lượng 94

4.2 Thiết kế phần cứng của hệ thống giám sát 97

Chương 5: Lập trình phần mềm hệ thống giám sát một số thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo 100

5.1 Mở đầu 100

5.2 Các yêu cầu kỹ thuật của phần mềm giám sát 100

5.3 Nội dung của chương trình giám sát 101

5.4 Quy trình vận hành chương trình giám sát 106

5.5 Bảo trì hệ thống giám sát 110

Chương 6 Kết quả và bàn luận 111

6.1 Giới thiệu về Tổng Công ty Lương thực Miền Bắc 111

6.1.1 Tổng Công ty Lương thực Miền Bắc 111

6.1.2 Chi nhánh Tân Dương tại tỉnh Đồng Tháp 112

6.2 Kết quả quá trình lắp đặt và vận hành thử nghiệm 112

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 120

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT

Chương này trình bày tổng quan về tình hình sản xuất lúa gạo tại Việt Nam

và tình hình nghiên cứu, ứng dụng của hệ thống giám sát của các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo trên thế giới và tại Việt Nam Từ đó, đưa ra các đối tượng

và các yêu cầu cần giám sát của các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo

1.1 Tổng quan hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo: 1.1.1 Tình hình sản xuất lúa gạo tại Việt Nam:

Lương thực là nhu cầu thiết yếu cho mọi người trên thế giới Các hạt lương thực chính bao gồm lúa mì, lúa gạo, bắp, ngoài ra còn có một số loại khác như cao lương, lúa mạch, kê, Cây lúa đứng vị trí thứ hai sau lúa mì về diện tích trên thế giới

Từ chỗ là quốc gia nhập khẩu lương thực, Việt Nam đã trở thành cường quốc lúa gạo sau hai thập niên đổi mới theo hướng kinh tế thị trường có sự điều tiết của Nhà nước Mỗi năm cả nước sản xuất khoảng 37 triệu tấn lúa, trong đó chỉ riêng Đồng bằng sông Cửu Long chiếm một nửa sản lượng và là nguồn cung cấp gạo xuất khẩu gạo chủ yếu chiếm 92% lượng gạo Sản lượng lúa Đồng bằng sông Cửu Long đạt hơn 22 triệu tấn trong năm 2008 [1]

Theo FAO, sản lượng gạo của Việt Nam năm 2008 là 37,6 triệu tấn so với sản lượng gạo toàn cầu là 667 triệu tấn Lượng gạo xuất khẩu cả năm 2009 đạt 5,8 triệu tấn, kim ngạch thu về 2,6 tỷ USD, tăng 22,6% về lượng, nhưng giảm 10- 34%

về giá trị [2]

Vấn đề gặp phải đối với lúa gạo ở Việt Nam ra nước ngoài hiện nay là tổn thất sau thu hoạch vào loại cao nhất châu Á Đối với các nước Châu Á khác thì tổn thất sau thu hoạch là 6% (Ấn Độ), 7% (Pakistan), 9% (Philippine), 6 – 17% (Indonesia), 13% (Srilanka) [3], trong khi đó tại Việt Nam là 9% - 17%, có lúc đến 30% [4]

Dù được mệnh danh là cường quốc xuất khẩu gạo lớn thứ hai thế giới, nhưng giá gạo xuất khẩu Việt Nam vẫn thường thấp hơn gạo cùng loại trên thị trường thế giới (thấp hơn gạo Thái Lan 20-50 USD/tấn) [5] Những thị trường nhập khẩu gạo cao cấp trên thế giới vẫn do Thái Lan nắm giữ Vấn đề này có liên quan không ít đến quá trình áp dụng công nghệ sau thu hoạch ở nước ta Các nhà khoa học cho biết, đồng bằng sông Cửu Long là vùng có tỷ lệ tổn thất cao nhất nước Năm 1999, khu vực này sản xuất gần 17 triệu tấn lúa Với mức thất thoát 20%, đồng bằng sông Cửu Long mất 3 - 3,5 triệu tấn lúa Do 1% thất thoát làm thiệt hại khoảng 7 triệu USD nên hàng năm nước ta mất xấp xỉ 140 triệu USD Không chỉ có vậy, thất thoát sau thu hoạch còn ảnh hưởng lớn đến thu nhập của người nông dân và của cả quốc gia Ví dụ như với sản lượng 2 triệu tấn lúa trên một năm, nếu Thành phố Cần Thơ giảm được một nửa mức tổn thất, nông dân sẽ thu thêm khoảng 40 tỷ đồng/năm [6]

Hiện nay, lúa có thể được chế biến thủ công với một số công đoạn được cơ khí hóa với tỷ lệ thu hồi khoảng (65-70)% Một số công ty chế biến lúa gạo chất lượng cao và xuất khẩu hiện đang dùng những dây chuyền thiết bị đồng bộ chế biến lúa gạo với tỷ lệ tổng thu hồi là 70%, thường thu được loại gạo 15% tấm

Tuy nhiên các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo nêu trên có tỉ lệ thu hồi gạo còn thấp, tiêu hao năng lượng còn lớn và chất lượng gạo chưa cao, còn nhiều tấm do gạo gãy vỡ, chủ yếu là do được điều khiển thủ công các thông số ảnh hưởng đến chất lượng và năng suất của các thiết bị này Năng suất và chất lượng sản phẩm còn phụ thuộc nhiều vào tay nghề và kinh nghiệm của người vận hành

Do vậy việc áp dụng khoa học công nghệ vào công nghệ sau thu hoạch mà

cụ thể là vào quy trình chế biến lúa gạo sẽ giúp cho giảm tỉ lệ gãy vỡ, tăng tỉ lệ gạo thu hồi của toàn bộ dây chuyền, tăng lợi nhuận cho nhà sản xuất và tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường xuất khẩu ra thế giới Chất lượng gạo được cải thiện, giá thành nâng cao, tăng thu nhập cho người dân và quốc gia, đồng thời tăng khả năng cạnh tranh của gạo Việt Nam trên thị trường thế giới

Vì vậy cần tìm hiểu về quy trình công nghệ chế biến lúa gạo tại Việt Nam hiện nay, chủ yếu tại Đồng bằng Sông Cửu Long Quy trình công nghệ chế biến lúa gạo hiện nay được trình bày trong hình 1.1

Hình 1.1: Quy trình công nghệ chế biến lúa gạo điển hình

Nguyên liệu đầu vào của quy trình chế biến là thóc được thu mua trên thị trường

và đầu ra là gạo thành phẩm đã được đóng bao

a) Công đoạn 1: Cân

Cân khối lượng thóc đầu vào

b) Công đoạn 2: Chứa vào thùng (Thùng chứa)

Sau khi cân nhập liệu xong thóc được đưa vào thùng chứa

c) Công đoạn 3: Làm sạch (Máy làm sạch)

Đầu vào là thóc từ thùng chứa sẽ được đưa qua máy làm sạch để làm sạch các tạp chất trong thóc như: đá, sạn, dây bao, cát bụi, rơm, …có kích thước khác với kích thước hạt nguyên liệu được phân ly qua lỗ sàng Đầu ra của công đoạn này là thóc đã được làm sạch thô

d) Công đoạn 4: Bóc vỏ thóc (Máy bóc vỏ)

Thóc nguyên liệu sau khi được làm sạch thô sẽ được cho vào máy bóc vỏ nhằm tách đi lớp vỏ (trấu) bên ngoài Hỗn hợp thu được sau khi bóc vỏ bao gồm: gạo, thóc, trấu, tấm, cám, sạn

e) Công đoạn 5: Tách trấu (Máy tách trấu)

Hỗn hợp gồm: gạo, thóc, trấu, tấm, cám, sạn sau khi qua công đoạn bóc vỏ sẽ được đưa qua máy tách trấu nhằm loại bỏ trấu trong hỗn hợp Hỗn hợp thu được ở ngõ ra của máy tách trấu bao gồm: gạo, thóc, tấm, sạn

f) Công đoạn 6: Tách sạn (Máy tách sạn)

Hỗn hợp gồm: gạo, thóc, trấu, tấm, cám, sạn sau khi qua công đoạn tách trấu vẫn còn lẫn sạn và một số tạp chất khác (giai đoạn làm sạch lúa nguyên liệu chỉ làm sạch thô) vì vậy cần được tách sạn thêm ở công đọan này Hỗn hợp thu được ở ngõ ra gồm: gạo và thóc

g) Công đọan 7: Tách thóc thô (Máy tách thóc)

Hỗn hợp gồm: gạo và thóc sau khi qua máy tách sạn được đưa qua công đoạn tách thóc để thu được gạo và thóc riêng biệt Gạo sẽ tiếp tục đi qua công đoạn xát trắng và thóc sẽđược đưa về máy bóc vỏ

h) Công đoạn 8: Xát trắng lần 1 (Máy xát trắng 1)

Gạo sau khi được tách thóc ở công đoạn 7 sẽ được cho qua máy xát trắng 1 Nhiệm vụ của công đọan này là bóc đi một phần lớp cám trên bề mặt hạt gạo và làm trắng gạo

i) Công đoạn 9: Xát trắng lần 2 (Máy xát trắng 2)

Gạo sau khi được xát trắng ở công đoạn 8 sẽ được cho qua máy xát trắng 2

Nhiệm vụ của công đọan này là tiếp tục bóc đi lớp cám trên bề mặt hạt gạo và làm tăng độ trắng của gạo Sản phẩm của công đoạn này là gạo được làm trắng

j) Công đoạn 10: Đánh bóng lần 1 (Máy đánh bóng 1)

Gạo sau khi được xát trắng được đưa qua máy đánh bóng 1 để làm bóng gạo

k) Công đoạn 11: Đánh bóng lần 2 (Máy đánh bóng 2)

Gạo sau khi qua máy đánh bóng 1 được đưa qua máy đánh bóng 2 để làm tăng độ bóng của gạo Sản phẩm của công đoạn này là gạo đã được đánh bóng

l) Công đoạn 12: Tách thóc tinh (Máy tách thóc)

Gạo sau khi qua máy đánh bóng 2 vẫn còn lẫn một lượng nhỏ thóc, nên được đưa qua máy tách thóc để tách lượng thóc lẫn này Thóc thu được sẽ đưa về máy bóc vỏ, còn gạo sẽ đi qua công đoạn sấy

m) Công đoạn 10: Sấy (Hệ thống sấy)

Trong quá trình đánh bóng gạo có sử dụng hơi nước để tạo một lớp hồ áo qua gạo

Vì vậy gạo ở công đoạn đánh bóng có một lượng ẩm nhất định Vì vậy cần phải qua quá trình sấy để làm cho gạo có một độ ẩm nhất định Sau đó gạo sẽ được làm mát để giảm nhiệt độ gạo trong công đoạn sấy

n) Công đoạn 11: Chọn hạt (Máy chọn hạt)

Gạo sau khi được làm bóng sẽ được qua máy chọn hạt nhằm phân loại ra các loại hạt gạo có kích thước khác nhau

o) Công đoạn 12: Trộn gạo (Máy trộn gạo)

Công đoạn này nhằm trộn các loại gạo với nhau để thu được loại gạo có chất lượng nhất định

p) Công đoạn 13: Cân (Hệ thống cân – đóng bao)

Ở công đoạn này gạo sau khi trộn sẽ được cân và đóng bao lại

Trong dây chuyền chế biến lúa gạo hiện nay tại Việt Nam và một số nước trong khu vực, năng suất của dây chuyền, chất lượng sản phẩm gạo đầu ra, năng lượng tiêu hao chưa như mong đợi của nhà sản xuất vì một số nhóm nguyên nhân sau đây:

 Người vận hành phải thường xuyên điều chỉnh các máy trong dây chuyền do: tính chất nguyên liệu đầu vào liên tục thay đổi (độ ẩm, tạp chất, độ rạn nứt, hạt xanh non, hạt lép, …), năng suất và các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm đầu ra không đạt yêu cầu, v.v Trong trường hợp này, một số thiệt hại có thể phát sinh

vì: một là, người vận hành không kịp thời điều chỉnh các thiết bị; hai là người vận hành chưa chắc điều chỉnh các thông số ảnh hưởng để đạt được các yếu tố mục tiêu về năng suất, chất lượng và tiêu hao năng lượng tối ưu; ba là người vận hành không đủ trình độ hoặc kinh nghiệm để xác định cần phải điều chỉnh những yếu tố nào; bốn là người vận hành có thể thiếu trách nhiệm trong việc giám sát các yếu tố đầu ra và điều chỉnh các yếu tốảnh hưởng như nhà quản lý mong đợi Đây là nhóm yếu tố gây tổn thất năng suất, chất lượng và năng lượng thứ nhất

 Thời gian máy chạy không tải hoặc thiếu tải do lưu lượng nguyên liệu hoặc bán thành phẩm đầu vào không được giám sát và cân đối sao cho đồng bộ về năng suất Đây là nhóm yếu tố gây tổn thất năng suất và năng lượng thứ hai

 Chưa có hệ thống giám sát các thông số đầu ra và phản hồi để điều chỉnh các thông số ảnh hưởng nên các máy trong dây chuyền chưa được điều chỉnh để hoạt động ở chế độ tối ưu Đây là nhóm yếu tố gây tổn thất năng suất, chất lượng và năng lượng thứ ba

 Năng suất của dây chuyền, chất lượng sản phẩm gạo đầu ra, năng lượng tiêu hao phụ thuộc lớn vào người vận hành (trình độ, sức khỏe, tâm sinh lý, ) Đây là nhóm yếu tố gây tổn thất năng suất, chất lượng và năng lượng thứ tư

Để cải thiện năng suất, tỉ lệ thu hồi gạo nguyên, tiêu hao năng lượng của dây chuyền và cũng là các thiết bị chính nêu trên, giải pháp là tự động hóa dây chuyền, tập trung vào các thiết bị chính ảnh hưởng đáng kể đến những yếu tố mục tiêu cần cải thiện nêu trên Những thiết bị giám sát chủ yếu là các thiết bị trong các máy: máy bóc

vỏ, máy tách trấu, máy tách sạn, máy tách sạn, máy xát trắng, máy đánh bóng và máy tách thóc tinh Các thiết bị và các thông số cần giám sát được thể hiện trong các nội dung tiếp theo

1.1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng hệ thống giám sát một số thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo trên thế giới:

Trên thế giới hiện có một số hãng chế tạo thiết bị chế biến, chẳng hạn như các hãng Re Pietro (Ý); Alvan Blanch (Anh); Zhejiang QiLi Machinery Co., Ltd, Hunan Changde Rice Milling Machinery Co., Ltd (Trung Quốc); Millmore Engineering Private Ltd, MARCO, Amira Foods India Ltd, Annapurna Foundry

Works (Ấn Độ); Buhler (Switzerland), Rice Engineering Supply Co., Ltd (Thái

Lan); Hyundai High Tech Co Ltd, Bio Resource International Co., Ltd (Hàn Quốc); Agro-Industrial Supplies Sdn Bhd (Malaysia) và nổi tiếng ở Châu Á là hãng Satake (Nhật Bản) Quy trình công nghệ của các hãng này không khác nhau nhiều, chủ yếu là khác nhau ở mức độ tự động hóa và công nghệ giám sát quá trình chế biến

Một số hệ thống giám sát và điều khiển được áp dụng cho các hãng trên thế giới được biết đến hiện nay như sau:

1.2.1.1 Một số hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo

trên thế giới:

 Hệ thống giám sát dây chuyền chế biến lúa gạo của hãng Buhler [7]:

Hình 1.2: Dây chuyền chế biến lúa gạo của Buhler

Dây chuyền chế biến lúa gạo của Buhler là dây chuyền hoàn chỉnh với các thiết

bị được điều khiển tự động từ khâu đầu vào là thóc lẫn tạp chất đến khâu thành phẩm cuối cùng là sản phẩm gạo đóng bao Hệ thống giám sát và điều khiển hoàn toàn tự động và người vận hành có thể giám sát và điều khiển hoạt động của cả dây chuyền tại phòng điều khiển trung tâm [7]

Hình 1.3: Người vận hành hệ thống giám sát và điều khiển các thiết bị

trong dây chuyền chế biến lúa gạo của Buhler

 Hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo của hãng

GARTON [8]:

Hình 1.4: Dây chuyền tự động chế biến lúa gạo của hãng GARTON

Lợi ích mang lại của giải pháp sử dụng hệ thống giám sát và điều khiển của GARTON là chất lượng sản phẩm cao, giảm lượng thất thoát trong quá trình xay xát, gạo sau xay xát càng đồng đều hơn, chi phí cho quá trình xay xát thấp, … Đây

là các chỉ tiêu mà chúng ta cần đạt được trong các dây chuyền chế biến lúa gạo Nếu các nhà máy sản xuất không áp dụng các hệ thống này sẽ dể đối mặt với việc sản xuất ra các sản phẩm chất lượng thấp, tỉ lệ thu hồi không cao, bán sản phẩm giá thấp mà thậm chí còn bị mất thị phần do các đối thủ cạnh tranh với chất lượng tốt hơn Giải pháp để nâng cao năng suất, chất lượng và sử dụng hiệu quả toàn bộ dây chuyền là sử dụng tự động hóa toàn bộ dây chuyền [8]

Giải pháp tự động của GARTON trong dây chuyền chế biến lúa gạo cho phép giám sát và điều khiển một cách tổng quát của quá trình xay xát gạo Với việc ứng dụng hệ thống này, các thiết bị trong toàn dây chuyền hoạt động một cách hài hòa, cân đối, dòng sản xuất được điều khiển và những thông tin và dữ liệu có thể được

giám sát tốt hơn Quá trình quản lý đúng và phù hợp của các quy trình này giúp cho quá trình sản xuất hiệu quả hơn, nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm điện năng

và giảm giá thành sản phẩm [8]

Hình 1.5: Giao diện của hệ thống giám sát và điều khiển của hãng GARTON

Việc ứng dụng của hệ thống giám sát và điều khiển của GARTON vào dây chuyền chế biến lúa gạo đã mang lại rất nhiều lợi ích Hệ thống này mang lại năng suất cao hơn cho dây chuyền chế biến lúa gạo, chất lượng cao hơn và ổn định theo thời gian Quá trình phân tích các dữ liệu có thể giúp xác định các thông số cài đặt tối ưu đối với các cách thức vận hành các thiết bị trong dây chuyền, phân tích tiêu hao điện năng, kế hoạch và chi phí bảo trì [8]

 Hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo của hãng

Comptrol [9]:

Hầu hết các công ty chế biến lúa gạo đều mong muốn dây chuyền sản xuất với năng suất cao, chất lượng cao, tỉ lệ thu hồi gạo nguyên cao, tiêu hao điện năng là thấp… Để đạt được các cải tiến này, người ta đã lắp đặt một hệ thống giám sát và điều khiển thời gian làm v thực tế để từ đó tìm hiểu được các phần lợi ích bị thất thoát tại bất cứ khâu nào trong cả dây chuyền xay xát gạo Những thông tin về thời gian vận hành thực tế này sẽ được dung để bảo trì và cải tiến các thiết bị đó Lỗi do thiết bị, do quá trình điều tiết dây chuyền hoặc các thay đổi của các thuộc tính vật liệu có thể được loại bỏ, người vận hành có thể thực hiện các thao tác cần thiết để chống lại các tác hại ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Quan trọng hơn hết, các ảnh hưởng của các yếu tố thay đổi có thể được xác định với vài phút để chống lại việc để quá trình này kéo dài làm ảnh hưởng đến chất lượng gạo [9]

Hệ thống đo lưu lượng của vật liệu được lắp đặt với một thiết bị cân điện dạng liên tục Thiết bị này đặt tại vị trí thuận lợi trong dây chuyền để đo và điều tiết dòng lưu lượng và dữ liệu được chuyển đổi thành tín hiệu điện đến phòng điều khiển như

là một tín hiệu phản hồi đến người vận hành Ở mô hình một nhà máy xay xát gạo,

từ công đoạn nhận thóc đến khâu pha trộn thành phẩm cũng được bố trí các hệ thống giám sát và điều khiển để đảm bảo cho dây chuyền xay xát tốt hơn [9]

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống giám sát và điều khiển các thiết bị trong dây chuyền

xay xát lúa gạo của hãng Comptrol

Hệ thống giám sát và điều khiển các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo của Comptrol được thiết kế và lắp đặt để giám sát và điều khiển các thiết bị từ đầu vào đến gạo thành phẩm Từ công đoạn nhận thóc lẫn tạp chất, qua công đoạn làm sạch, xay xát, đến các công đoạn lựa hạt, trộn hạt và thành phẩm … Ứng dụng hệ thống giám sát và điều khiển các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo của hãng Comptrol là giải pháp cho lợi luận của các dây chuyền chế biến lúa gạo Một

số lợi ích mang lại từ việc áp dụng hệ thống này chẳng hạn như [9]:

- Giám sát và điều chỉnh lưu lượng đầu vào các thiết bị trong dây chuyền với giá trị sai lệch chỉ là 0,2% giúp điều tiết cho dây chuyền hoạt động đúng tải

- Tỉ lệ thu hồi gạo cao hơn

- Độ chính xác trong các thiết bị trộn tăng lên từ giá trị trước đây là 1% - 3% lên đến giá trị chính xác là 0,5%, đảm bảo đúng tỉ lệ gạo theo yêu cầu của khách hàng

- Nhờ vào các thiết bị liên tục trong dây chuyền mà có thể điều khiển được các thông số để đảm bảo giảm tỉ lệ gãy vỡ, giảm tỉ lệ thất thoát thấp nhất, tỉ lệ tách cám tốt nhất

- Người vận hành có thể điều khiển các thiết bị trong phòng điều khiển trung tâm và có thể giám sát được những thay đổi các giá trị từ đầu ra của các máy sau khi điều chỉnh

 Hệ thống giám sát và điều khiển các thiết bị của hãng ROCKWELL [10]:

Hệ thống của hãng ROCKWELL này đã được áp dụng trong dây chuyền chế biến lúa gạo của công ty chế biến lúa gạo Amira Foods India Ltd

Công ty Amira Foods India Ltd là một công ty sản xuất lúa gạo lớn nhất ở Ấn

Độ Hơn 20 năm qua, công ty Amira Foods India Ltd đã sản xuất ra rất nhiều mùa thu hoạch từ các vùng đất màu mỡ ở Ấn Độ Trong suốt 9 năm qua, công ty đã dần lớn mạnh và trở thành nhà xuất khẩu hàng đầu Ấn Độ Ngày nay, công ty Amira đã xuất khẩu hơn 200.000 tấn gạo hàng năm Một nhà máy liên hợp có thể sản xuất ra được 350 tấn thóc một ngày và năng suất đạt 16 tấn/giờ Để đạt được yêu cầu về năng suất tốt của sản phẩm, Amira đã lắp đặt hoàn chỉnh hầu hết các thiết bị máy móc hiện đại [10]

Để cải thiện hiệu quả của dây chuyền của mình, công ty Amira đã hợp tác với các nhà tư vấn để tiến hành thiết kế một hệ thống điều khiển các thiết bị trong dây chuyền vào năm 2003 Giải pháp được lựa chọn là thay thế các thiết bị hiện có với các máy móc thiết bị mới từ một nhà sản xuất hàng đầu với một hệ thống giám sát

và điều khiển của hãng Rockwell Automation [10]

Hình 1.7: Mô hình hệ thống giám sát và điều khiển ROCKWELL

Qua quá trình nghiên cứu, thiết kế thì dây chuyền mới với hệ thống giám sát

và điều khiển được lắp đặt cho dây chuyền chế biến lúa gạo của công ty Amira Từ khi hệ thống mới được lắp đặt, công ty Amira đã tăng thời gian làm việc của dây chuyền lên 2 giờ một ngày và tăng thêm năng suất 1 tấn/giờ Toàn công ty đã giảm được thời gian ngừng máy do hư hỏng lên đến 25% [10]

Theo ông Deepak Manmohan Singh, chủ nhiệm dự án: “Nhờ giải pháp giám sát và điều khiển này, công ty Amira đã đạt được những thành công chưa từng có trước đó” Ông Manhir Singh, Giám đốc sản xuất công ty lương thực Amira nói:

“Chúng ta tin chắc hệ thống điều khiển mới này sẽ tiếp tục giúp cho chúng ta đạt được các mục tiêu năng suất trong vài năm nữa” [10]

 Hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo của hãng

SATAKE [11]:

SATAKE là một tập đoàn sản xuất các thiết bị chế biến lúa gạo hàng đầu trên thế giới hiện nay Các công ty thành viên của tập đoàn SATAKE có mặt trên rất nhiều quốc gia trên thế giới Tập đoàn SATAKE được phát triển từ công ty SATAKE vào năm 1896 do giáo sư Riichi Satake thành lập Công ty SATAKE khi đó nghiên cứu và ứng dụng các sản phẩm và bán các máy móc trong việc xay xát lúa gạo đầu tiên ở Nhật Qua hơn 100 năm qua, tập đoàn SATAKE không ngừng phát triển và trở thành một tập đoàn hàng đầu trong việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm mới

và tự động hóa các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo [11]

Hình 1.8 Các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo tự động của SATAKE

Tập đoàn SATAKE đã nghiên cứu và hoàn thiện các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo Sản phẩm của SATAKE có thể đáp ứng được các yêu cầu của khách hàng về công nghệ chế biến mới nhất, sản phẩm máy độc quyền, hệ thống giám sát và điều khiển toàn bộ các thiết bị trong cả dây chuyền

 Hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo của hãng

KRBL [12]:

Hãng KRBL là một nhà cung cấp các sản phẩm tự động hóa trong dây chuyền chế biến lúa gạo lớn nhất tại Ấn Độ được thành lập năm 1889 Hãng này đang nắm giữ 11% tổng thị phần của Ấn Độ về cung cấp thiết bị, giải pháp tự động hóa và xuất khẩu trên 10 quốc gia

Qua quá trình ứng dụng hệ thống giám sát, kết quả từ các doanh nghiệp ứng dụng đã mang lại những kết quả khả quan sau [12]:

- Giảm chi phí cho nhân công xuống 25%

- Giảm chi phí năng lượng xuống 16-20%/ tấn

- Tăng thêm giá trị của gạo

- Tăng công suất lên 400%

 Hệ thống tự động trong dây chuyền chế biến lúa gạo của hãng Dolphin [16]:

Công ty TNHH Tự động hóa Quy trình sản xuất Dolphin được thành lập vào năm 2003 có trụ sở chính ở Ấn Độ, là thành viên trong Hội tự động hóa và các giải pháp đúng đắn cho sản xuất Một số dự án lớn đã được thực hiện thành công tại công

ty và được ứng dụng rộng rãi trên thế giới Công ty đã trở thành một trong những công ty hàng đầu về các giải pháp tự động hóa từ việc ứng dụng PLC đến các hệ thống SCADA, DCS …

Hình 1.9: Một số giao diện hệ thống giám sát của Dolphin

Lợi nhuận mang lại từ việc ứng dụng giải pháp tự động của hãng Dolphin [16]:

- Với sự hỗ trợ từ các phần mềm, có thể chuẩn đoán được các vấn đề xảy ra, giúp giảm thời gian ngừng máy

- Điện năng tiêu thụ và chi phí bảo trì sẽ giảm đến mức tối thiểu

- Tăng năng suất cho toàn dây chuyền lên đến 4 lần

- Tỉ lệ gạo nguyên có thể được kiểm soát tại phòng điều khiển trung tâm

- Báo cáo theo yêu cầu để đảm bảo đúng thời hạn

- Đưa ra các cảnh báo để chuẩn đoán hư hỏng mà không cần can thiệp trực tiếp và thiết bị trong dây chuyền

 Hệ thống tự động trong dây chuyền chế biến lúa gạo của hãng CIMBRIA [17]:

CIMBRIA là một công ty thành viên của tập đoàn CIMBRIA có trụ sở tại Đan Mạch với rất nhiều dự án về tự động hóa trong quá trình sản xuất lúa gạo, từ làm sạch, sấy, bảo quản, vận chuyển, hệ thống cấp liệu đến các công đoạn chế biến trong dây chuyền chế biến lúa gạo

Mục tiêu của CIMBRIA là cung cấp các giải pháp, quy trình công nghệ, thiết bị

và các kế hoạch hiệu quả trong quá trình vận hành và chế biến lúa gạo nhằm làm tăng chất lượng gạo và giảm chi phí tiêu hao năng lượng [17]

Hình 1.10: Một số hệ thống giám sát của hãng CIMBRIA

Hình 1.11: Người vận hành đang giám sát tại phòng điều khiển Trung tâm

1.1.2.2 Một số nghiên cứu về hệ thống giám sát và điều khiển các thiết bị trong

dây chuyền chế biến lúa gạo trên thế giới:

 Nghiên cứu của giáo sư J Shaw, Khoa Kỹ thuật máy nông nghiệp thuộc

Trường Đại học Quốc gia Đài Loan [13]:

Để giải quyết vấn đề thiếu thốn nguồn nhân lực và để nâng cao chất lượng sản phẩm, tự động hóa hệ thống chế biến lúa sau thu hoạch, bao gồm hệ thống cân, làm khô, vận chuển, bảo quản, thông gió, bóc vỏ, đánh bong và đóng gói …, từ các năm

1990 đến 1993, đã có 3 hệ thống giám sát được ứng dụng vào trong các dây chuyền chế biến lúa gạo Bắt đầu từ tháng 6 năm 1993, các nghiên cứu và các dự án đã lên đến 5 hệ thống Các hệ thống giám sát được ứng dụng để vận hành quy trình bằng việc kết nối với PLC và một máy tính để điều khiển Hội nông nghiệp Hsin – Ying

là một đơn vị đầu tiên nghiên cứu về tự động hóa trong dây chuyền chế biến lúa gạo

ở Đài Loan Để giao tiếp và đào tạo với người vận hành, một hệ thống mô phỏng và đào tạo được xây dựng tại khoa Kỹ thuật máy nông nghiệp, trường Đại học Quốc gia Đài Loan Hệ thống này đã cung cấp cho việc đào tạo, kiểm tra cảm biến, và giảm thời gian chạy thử nghiệm và nâng cao năng suất [13]

 Nghiên cứu của Phòng nghiên cứu và phát triển của Công ty RES [14]:

RES là hãng sản xuất lúa gạo hàng đầu Thái Lan có văn phòng đại diện tại Bangsau, Bangkok và nhà máy sản xuất tại Tambol Bangkuwat Amphur Muang, Pathumthani Trong suốt 20 năm qua, RES đã đạt được những thành công trong nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới cho dây chuyền chế biến lúa gạo Bằng việc áp dụng các hệ thống tiên tiến, quá trình làm khô hạt chỉ mất 3 phút, giảm độ

ẩm tới 10% [14]

Với nhiều năm kinh nghiệm trong việc nghiên cứu các công nghệ mới trong dây chuyền chế biến lúa gạo, công ty RES đã nghiên cứu và chế tạo hàng loạt các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo và hiện nay đang nghiên cứu tự động hóa các thiết bị trong dây chuyền [14]

 Báo cáo của giáo sư Harry Van Ruiten về kỹ thuật chế biến lúa gạo [15]:

Trong bài báo cáo này, giáo sư Harry Van Ruiten đã báo cáo về phương án cho dây chuyền chế biến lúa gạo được tự động hóa nhờ vào hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền, chủ yếu là thiết bị sấy, máy bóc vỏ, xát trắng, tách thóc

và máy phân loại theo màu sắc

Việc ứng dụng tự động hóa với hệ thống giám sát có những ưu điểm sau:

o Hệ thống sấy:

- Điều khiển vận hành tự động các công đoạn trong quá trình sấy

- Hiển trị các trạng thái hoạt động của thiết bị

- Giám sát được các sai lệch các thông số trong quá trình sấy

- Cảnh báo các sai lệch trong quá trình vận hành để người vận hành kịp thời điều chỉnh

- Tự động điều khiển đóng mở hoạt động của máy bóc vỏ

o Máy tách thóc:

- Giám sát được lưu lượng đầu vào để đảm bảo năng suất theo yêu cầu

- Giám sát trạng thái hoạt động của máy tách thóc

o Máy xát trắng:

- Giám sát được độ ẩm của gạo đưa vào

- Tự động xác định độ xát của gạo lức trong quá trình xát

- Điều chỉnh các thông số ảnh hưởng để xác định được độ xát theo yêu cầu

- Hiển thị giá trị độ xát và in báo cáo

o Máy phân loại theo màu sắc:

- Hiển thị trạng thái hoạt động của máy phân loại trên màn hình điều khiển trung tâm

- Nhận dạng các nguyên nhân gây ra các sai lệch trong quá trình vận hành

- Đưa ra các phương án điều chỉnh thích hợp

 Các nghiên cứu khác:

Hầu hết các hệ thống giám sát và điều khiển các thiết bị giám sát và điều khiển đều được nghiên cứu và áp dụng tại các công ty chế biến lúa gạo nên các hệ thống này được nghiên cứu tại các phòng R&D của các công ty như là: phòng nghiên cứu

và phát triển của tập đoàn SATAKE, Rockwell Automation, Comptrol …

Bên cạnh đó, hệ thống giám sát được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong nhiều dây chuyền sản xuất khác nhau và đã mang lại rất nhiều lợi cho nhà sử dụng Các lĩnh vực phổ biến như là: sản xuất ximăng, sữa, đường, các dây chuyền trộn, điều khiển lò hơi, giám sát giao thông …

Kết luận:

Qua quá trình tham khảo, tìm hiểu về các hãng sản xuất thiết bị, cung cấp các giải pháp tự động và các nhà máy sản xuất lúa gạo trên thế giới, việc ứng dụng hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo sẽ mang lại lợi ích cho nhà sản xuất lúa gạo được trình bày trong bảng 1.1 sau

Bảng 1.1: Các lợi ích mang lại của hệ thống giám sát DCCBLG trên thế giới

1 Giám sát được hoạt động của toàn bộ các thiết bị

trong dây chuyền tại phòng điều khiển trung tâm

[7], [8], [9], [10],[11],[12], [16], [15]

2 Nâng cao tỉ lệ thu hồi gạo nguyên, giảm tỉ lệ gãy vỡ,

giảm tỉ lệ thất thoát thấp nhất [8], [9], [12]

3 Tiết kiệm điện năng, giảm chi phí xay xát [8], [16]

4

Phân tích dữ liệu để có thể xác định được các thông

số tối ưu, phân tích tiêu hao năng lượng, lên kế

hoạch bảo trì

[8]

5 Giám sát được các phần lợi ích bị thất thoát tại bất

cứ khâu nào trong cả dây chuyền [9]

6 Giám sát thông tin về thời gian vận hành thực tế này

sẽ được dung để bảo trì và cải tiến các thiết bị đó [9]

7 Giám sát được lưu lượng vật liệu đầu vào và điều

tiết dòng vật liệu trong cả dây chuyền [9], [15]

8

Giám sát và điều chỉnh lưu lượng đầu vào các thiết

bị trong dây chuyền với sai lệch 0,2% giúp điều tiết

cho dây chuyền họat động đúng tải

[9]

9 Đảm bảo thiết bị trộn chính xác đến giá trị 0,5% đảm

bảo đúng tỉ lệ gạo theo yêu cầu [9]

10 Tăng thời gian làm việc của dây chuyền lên 2

giờ/ngày và tăng năng suất lên 1 tấn/giờ [9]

11 Giảm thời gian chạy thử nghiệm và nâng cao năng

12 Giảm thời gian chạy thử nghiệm, quá trình làm khô

hạt chỉ mất 3 phút, giảm độ ẩm tới 10% [14]

13 Đảm bảo thiết bị trộn chính xác đến giá trị 0,5% đảm

bảo đúng tỉ lệ gạo theo yêu cầu [9]

14

Giảm chi phí nhân công xuống 25%

Giảm chi phí năng lượng xuống 16-20%/ tấn

Tăng năng suất dây chuyền lên 400%

[12], [16]

15 Giảm điện năng tiêu thụ và chi phí bảo trì thiết bị [16]

1.1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng hệ thống giám sát và điều khiển các

thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo tại Việt Nam:

1.1.3.1 Tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị trong dây chuyền:

Trước năm 1975, ở miền Bắc, ngành cơ khí Việt Nam chưa sản xuất được các dây chuyền chế biến lúa gạo kể cả thiết bị đơn lẻ mà phải nhập từ nước ngoài, chủ yếu là của Trung Quốc và một số nhà máy có sử dụng thiết bị do Nhật Bản chế tạo Ngay từ năm 1958, xác định ngành chế biến lúa gạo có vai trò quan trọng trong đời sống kinh tế của đất nước, Đảng và Bác Hồ đã cho xây dựng nhà máy chế biến lúa gạo lớn nhất cả nước lúc bấy giờ là Nhà máy xay Ninh Giang thuộc tỉnh Hải Dương nằm kề bên dòng Sông Luộc nối hệ thống Sông Hồng và Sông Thái Bình, trở thành trung tâm chế biến lúa gạo lớn Nhà máy này có năng suất 60 tấn/ca

Tiếp theo là 3 nhà máy xay khác có cùng cỡ năng suất là Nhà máy xay Ninh Bình, Nhà máy xay Hà Nội, Nhà máy xay Hải Phòng và một loạt các nhà máy xay khác có năng suất cỡ 90 tấn thóc/ngày như Nhà máy xay Yên Mỹ thuộc tỉnh Hưng Yên, Nhà máy xay Hải Dương

Trong chiến tranh phá hoại của đế quốc Mỹ hầu hết các nhà máy xay đều bị ném bom phá hoại Trong thời kỳ này, hầu hết các nhà máy xay đều phải sơ tán, việc chế biến lúa gạo thực hiện bởi các dây chuyền chế biến lúa gạo hoàn chỉnh với năng suất

từ 1 – 2 tấn/h, được sơ tán để sản xuất tại các khu vực nông thôn thuận tiện giao thông thủy

Và cũng trong khoảng thời gian này, nhiều máy xay xát gạo được trang bị cho các hợp tác xã thực hiện hai nguyên công chủ yếu là xay lúa và chà gạo Hầu hết các máy chế biến lúa gạo từ thiết bị đơn lẻ đến dây chuyền hoàn chỉnh đều do Trung Quốc chế tạo Duy nhất có nhà máy xay Thái Bình với các thiết bị do Nhật Bản chế tạo, được nhập khẩu và lắp tại ngoại ô Thị xã Thái Bình

Sự xuất hiện của nhà máy xay này đã cho thấy sự vượt trội về công nghệ chế biến lúa gạo của Nhật Bản so với công nghệ chế biến lúa gạo của Trung Quốc

Các doanh nghiệp cơ khí trong nước cũng bắt đầu từng bước sản xuất các phụ tùng chi tiết đơn lẻ để phục vụ sửa chữa và chế tạo một số thiết bị chế biến lúa gạo có năng suất nhỏ cho từng khâu Tiêu biểu là Nhà máy Cơ khí Ninh Bình, Nhà máy Cơ khí Kiến An (Thành phố Hải Phòng), Nhà máy Cơ khí Hà Nội

Cho đến đầu thập niên 1990, ở các tỉnh miền Bắc nói riêng và cả nước nói chung hầu như ít có công trình nghiên cứu về công nghệ và các thiết bị chế biến lúa gạo Trong các nhà máy chế biến lúa gạo, cán bộ kỹ thuật chủ yếu là các kỹ sư công nghệ, kỹ sư thiết bị đào tạo từ ngành chế biến thực phẩm, còn kỹ sư động lực được đào tạo từ ngành cơ khí, làm việc cùng các cán bộ trung cấp kỹ thuật

Ở miền Nam, đặc biệt là vùng Đồng bằng Sông Cửu Long, ngay từ trước năm

1975 ngành chế biến lúa gạo phát triển mạnh mẽ với đủ loại hình, quy mô sản xuất Với đặc điểm là vùng gió bão ít và xảy ra với cấp độ thấp, nên hầu hết các nhà máy xay xát có hạ tầng cơ sở là các nhà xưởng được xây dựng có kết cấu kiên cố Máy móc chủ yếu chia làm hai nhóm: nhóm dây chuyền thiết bị chế biến lúa gạo có năng suất cao thì nhập khẩu từ Nhật Bản, còn các thiết bị chế biến ở quy mô nhỏ thường

do trong nước chế tạo Ngành công nghiệp cơ khí nội địa hầu như đảm nhận hoàn toàn việc chế tạo các thiết bị đơn lẻ hay đồng bộ cho những dây chuyền năng suất dưới 2,5 tấn/h Đặc biệt là hãng Yanmar - Nhật Bản đã đầu tư xây dựng nhà máy chế tạo máy xay lúa gạo mang nhãn hiệu Bông Lúa (nay là Công ty TNHH Một thành viên Vinappro) có quy mô năng suất từ 300 – 600 kg/h nổi tiếng khắp miền Nam Các cơ sở cơ khí nhỏ ở Thành phố Hồ Chí Minh cùng các đô thị ở Nam Bộ đã tự chế tạo được các máy xay lúa gạo có năng suất từ 1 – 2 tấn/h Do sản xuất hàng loạt, chất lượng máy tương đối tốt, lại thỏa mãn nhu cầu thị hiếu nên giá thành máy có tính cạnh tranh cao, hàng nước ngoài không thể cạnh tranh Mẫu máy xay vẫn chủ yếu là xay kiểu ru lô cao su hoặc xay kiểu cối côn đứng Sau năm 1975, ngành cơ khí chế tạo máy chế biến lúa gạo vẫn có tốc độ phát triển mạnh mẽ để cung cấp cho thị trường cả nước và xuất khẩu sang các nước trong khu vực

Vào cuối những năm 1980, Công ty Lương thực Thành phố Hồ Chí Minh nhập khẩu dây chuyền chế biến lúa gạo của hãng SATAKE (Nhật Bản) lắp đặt tại Huyện Bình Chánh, Thành phố Hồ Chí Minh có năng suất 5 tấn/h Từ đây, tình hình sản xuất dây chuyền chế biến lúa gạo và ngành chế biến lúa gạo có một sự thay đổi về chất Nếu như trước đó, thị trường cần loại gạo đạt 95% gạo nguyên, 5% tấm thì ngành chế biến lúa gạo Việt Nam không thể cung ứng được, thì với dây chuyền này, các yêu cầu khắt khe về chất lượng gạo đều thoả mãn Đây là dây chuyền có nhiều điểm vượt trội về công nghệ, thiết bị tỏ ra nhiều ưu thế mà không một dây chuyền chế biến lúa gạo của cả nước hiện có lúc bấy giờ có thể so sánh được Điểm mới này

đã thôi thúc nhiều nhà khoa học, các doanh nghiệp, Trường Đại học và Viện nghiên cứu quan tâm tìm hiểu để cải tiến thiết bị lẫn công nghệ chế biến lúa gạo vốn dậm chân tại chỗ hàng chục năm Những đơn vị đi đầu bao gồm Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, Công ty Giống và Cây trồng miền Nam, Nha Nông Cơ (nay là Phân viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ Sau thu hoạch), Công ty Sinco,

Công ty Bùi Văn Ngọ, Công ty Cơ khí Long An Các nghiên cứu chủ yếu là tìm hiểu, chép mẫu để thiết kế cải tiến các thiết bị dây chuyền chế biến lúa gạo

Bộ Công nghiệp chỉ đạo ngành công nghiệp cơ khí nghiên cứu, triển khai thực hiện các chương trình, dự án phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa lĩnh vực sau thu hoạch lúa gạo; phối hợp với Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn trong chỉ đạo thực hiện các chính sách khuyến khích phát triển công nghệ sau thu hoạch

Cho đến thời điểm hiện tại, có khá nhiều doanh nghiệp cơ khí trong nước đã chế tạo được các dây chuyền thiết bị chế biến lúa gạo với các quy mô năng suất khác nhau từ 1 – 5 tấn/h Với dây chuyền chế biến lúa gạo có cỡ năng suất từ 8 – 10 tấn/h chỉ có hai đơn vị là Công ty TNHH Cơ khí Công Nông Nghiệp Bùi Văn Ngọ và Công

ty Cổ phần Cơ khí Chế tạo máy Long An (Lamico) tham gia sản xuất Trong cuộc bình chọn 350 doanh nghiệp đạt danh hiệu “Hàng Việt Nam chất lượng cao năm 2009” do báo Sài Gòn Tiếp thị tổ chức, Công ty Cổ phần Cơ khí Chế tạo máy Long

An đã được bầu chọn đứng đầu trong số 07 doanh nghiệp cơ khí chế tạo máy móc nông ngư nghiệp Các thiết bị và dây chuyền chế biến lúa gạo của Lamico hiện chiếm 60% thị phần và hiện đang được sử dụng phổ biến trong nước và xuất khẩu ra các nước trong khu vực ASEAN như: Thái Lan, Campuchia, Phillipines, Indonesia, v.v… Một số nhận xét về dây chuyền chế biến lúa gạo trong nước hiện tại như sau:

o Các thiết bị đơn lẻ hoặc dây chuyền chế biến lúa gạo vẫn còn được vận hành một cách thủ công, phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề của công nhân; chưa kiểm soát được các thông số công nghệ, kỹ thuật

o Quy mô năng suất từ 5 tấn/h chưa phù hợp cho việc tổ chức chế biến lúa gạo xuất khẩu vì với quy mô năng suất thấp cần nhiều doanh nghiệp sản xuất nên chi phí chế biến, chất lượng gạo chế biến khó ổn định

o Quy mô năng suất rất cao cũng lại gây khó khăn cho đầu tư và tổ chức sản xuất Vì kế hoạch xuất khẩu gạo phụ thuộc thị trường Như vậy đầu tư cho

máy có năng suất quá cao sẽ cần vốn đầu tư lớn và khoảng thời gian chờ đợi sản xuất sẽ gây lãng phí lớn về các khấu hao vô hình, giải quyết lao động

o Quy mô năng suất 8 – 10 tấn/ h là quy mô tỏ ra phù hợp hơn Ở quy mô này

có khả năng đảm bảo sản xuất lúa gạo xuất khẩu lại vừa có khả năng xuất khẩu dây chuyền

o Tỷ lệ thu hồi gạo nguyên còn thấp

o Tiêu hao nhiều năng lượng, chưa kiểm soát được chất lượng bán thành phẩm đầu ra của từng máy và của cả dây chuyền

o Vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường khí bụi chưa được quan tâm đầy đủ

1.1.3.2 Tình hình nghiên cứu thiết kế và lắp đặt hệ thống giám sát các thiết bị

trong dây chuyền chế biến lúa gạo ở Việt Nam:

Ở Việt Nam hiện nay, tự động hóa trong quá trình vận hành dây chuyền chế biến lúa gạo thì chưa được ứng dụng Vận hành dây chuyền chế biến lúa gạo chủ yếu

là thủ công, từng người công nhân chịu trách nhiệm vận hành từng thiết bị hoặc một người công nhân vận hành nhiều thiết bị cùng một lúc trong dây chuyền Người công nhân vận hành từng thiết bị đó chịu trách nhiệm giám sát hoạt động của từng thiết bị

đó và tự điều chỉnh để đạt được giá trị mong muốn Do đó, các giá trị mà người công nhân giám sát được chỉ mang tính định tính và không chính xác do vậy khó cho người công nhân vận hành có thể điều chỉnh đúng thông số, đặc biệt là với những người công nhân tay nghề không cao

Nhìn chung, tại Việt Nam hiện nay, tình hình nghiên cứu và ứng dụng hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo vẫn chưa được chú tâm đến Các công ty lớn như SINCO, Bùi Văn Ngọ hay LAMICO cũng chưa có nghiên cứu

và ứng dụng

Xuất phát từ nhu cầu thực tế của các nhà sản xuất, chế biến lúa gạo trong nước

và khu vực, đồng thời theo quan điểm chỉ đạo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, đã đến lúc cần nghiên cứu tự động hóa các thiết bị trong dây chuyền chế

biến lúa gạo xuất khẩu nhằm tăng năng suất, cải thiện chất lượng gạo xuất khẩu, giảm

tỷ lệ hao hụt và tiêu hao năng lượng trong dây chuyền Để tạo nền tảng cho quá trình

tự động hóa toàn bộ dây chuyền thì bước đầu là phải tiến hành nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo, sau đó dựa trên quá trình giám sát này tiến hành điều khiển tự động các thiết bị trong dây chuyền

1.2 Tính chất cấp thiết của luận văn:

Qua các nghiên cứu trước cho thấy, các dây chuyền chế biến lúa gạo ở Việt Nam hiện nay đều là dây chuyền hoạt động riêng lẻ, năng suất và chất lượng của gạo sau khi chế biến không cao, tỉ lệ thu hồi thấp Hiệu suất của toàn bộ dây chuyền chế biến lúa gạo chủ yếu dựa vào tay nghề của người công nhân vận hành Do đó, chất lượng gạo thu hồi được kém và không đồng đều Việc nghiên cứu thiết kế và áp dụng

hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo nhằm cải thiện tình trạng này là hết sức cần thiết Hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo sẽ hiển thị trạng thái làm việc của toàn bộ hệ thống, giúp cho người vận hành biết được trạng thái làm việc của các thiết bị, điều chỉnh các thiết bị trong dây chuyền để duy trì được chất lượng mong muốn của toàn bộ dây chuyền, giảm tỉ lệ gãy vỡ, tăng tỉ lệ gạo thu hồi của toàn bộ dây chuyền, tăng lợi nhuận cho nhà sản xuất

và tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường xuất khẩu ra thế giới

1.3 Mục tiêu của luận văn:

Nghiên cứu thiết kế một hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo Hệ thống này có thể hiển thị trạng thái hoạt động, các thông số của các thiết bị làm việc trong dây chuyền để từ đó điều chỉnh kịp thời các giá trị yếu tố đầu vào để đảm bảo chất lượng gạo, nâng cao năng suất, tăng tỉ lệ gạo thành phẩm thu hồi, nâng cao giá trị gia tăng của gạo

Hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền được tích hợp vào màn hình giám sát điều khiển để thuận tiện cho người vận hành có thể sử dụng đơn giản và hiệu quả hơn

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là hệ thống giám sát một số thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo Hệ thống giám sát một số thiết bị trong dây chuyền có các chức năng: giám sát, hiển thị trạng thái, các thông số vận hành của các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo

1.5 Phương pháp nghiên cứu:

 Áp dụng lý thuyết kỹ thuật điều khiển tự động và phương pháp luận thiết kế hệ thống cơ điện tử

 Áp dụng phương pháp nghiên cứu xử lý các dữ liệu nhận được trong quá trình triển khai dây chuyền chế biến lúa gạo trong thực tế

 Ứng dụng công nghệ thông tin: Kỹ thuật lập trình phần mềm giám sát

 Ứng dụng các phần mềm lập trình giám sát và điều khiển các thiết bị của hãng Siemen: PLC, WinCC v.v…

1.6 Các nội dung cần thực hiện:

Để thực hiện được các mục tiêu này, cần thực hiện các nội dung sau:

- Nội dung 1: Xác định các yêu cầu cần giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo

- Nội dung 2: Thiết kế cấu hình và quy trình vận hành của hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo

- Nội dung 3: Thiết kế phần cứng của hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo

- Nội dung 4: Lập trình phần mềm hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo

- Nội dung 5: Lắp đặt tại nhà máy và vận hành thử nghiệm

- Nội dung 6: Đưa ra kết luận và hướng phát triển thêm trong tương lai

CHƯƠNG 2:

XÁC ĐỊNH CÁC YÊU CẦU VÀ ĐỐI TƯỢNG CẦN

GIÁM SÁT TRONG DÂY CHUYỀN CHẾ BIẾN LÚA GẠO

Chương này trình bày việc xác định các yêu cầu và đối tượng cần giám sát, từ

đó đề xuất cấu hình phần cứng của hệ thống giám sát và lựa chọn các phương án giám sát, thiết kế và chọn lựa các phần tử trong hệ thống giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến gạo lức Hệ thống giám sát này đảm bảo chức năng giám sát được hoạt động của các thiết bị trong dây chuyền chế biến gạo lức từ lúc gạo vào đến

hệ thống cân thành phẩm

2.1 Xác định các yêu cầu và đối tượng cần giám sát:

Để xác định các yêu cầu và các đối tượng cần giám sát, cần xem xét các bước vận hành và giám sát các thiết bị trong dây chuyền chế biến lúa gạo hiện nay tại các nhà máy xay xát hiện nay Qua quá trình khảo sát các tài liệu trên thế giới, thực trạng tại nhà máy sản xuất các thiết bị trong dây chuyền và tại các nhà máy chế biến lúa gạo tại Đồng bằng sông Cửu Long, các thành phần trong dây chế biến gạo lức được trình bày trong sơ đồ thiết bị trong hình 2.1 và 2.2

Hình 2.1: Sơ đồ thiết bị trong DCCBLG

Cân nguyên liệu

Thùng chứa nguyên liệu Quạt thông thoáng

Máy làm sạch Máy làm sạch Tạp

Xát trắng lần 2

Máy đánh

cám Cám

Tháp sấy làm mát Quạt sấy Nhiệt Quạt làm mát

Máy tách thóc Máy tách thóc Máy tách thóc

Máy bóc vỏ + Tách trấu

Gạo hồi lưu Gạo hồi lưu Gạo hồi lưu

Thùng chứa tấm lớn

Thùng chứa

Phế phẩm

Cân tự động đóng bao Cân tự động đóng bao HT Băng tải tồn trữ

Nguyên liệu HT trộn hạt HT băng tải xuất thành phầm

Máy đánh bóng lần 2 Tạp

chất

Sạn lẫn, Tạp chất

Tấm

đi qua các máy Vật liệu được lấy ra ngoài