(Luận văn thạc sĩ) thiết kế và thi công mô hình hệ thống sấy mít

CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNHHỆ THỐNG SẤY MÍT

GVHD: THS PHÙNG THANH SƠN

SVTH: ĐOÀN ANH ĐỨCMSSV: 16151017

SVTH: TRƯƠNG MINH KHÔIMSSV: 16151038

SKL007200

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên 1: Đoàn Anh Đức MSSV: 16151017Họ và tên sinh viên 2: Trương Minh Khôi MSSV: 16151038Ngành: CNKT Điều khiển và tự động hóa

Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống sấy mítHọ và tên Giáo viên hướng dẫn: Th.s Phùng Sơn Thanh

NHẬN XÉT

1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6.Điểm: … ……… (Bằng chữ: … )

Tp Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 7 năm 2020

Giáo viên hướng dẫn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐH SPKT TP.HCM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

PHIẾU NHẬN XÉT PHẢN BIỆN

Họ và tên sinh viên : Đoàn Anh Đức MSSV: 16151017Trương Minh Khôi MSSV: 16151038Tên đề tài : Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Hệ Thống Sấy MítGiảng viên Hướng dẫn : Phùng Sơn Thanh

Giảng viên Phản biện : Vũ Văn Phong

1.Nhận xét chung về nội dung đề tài

Đề tài đã hoàn thành nội dung được giao.

2.Ý kiến kết luận (ghi rõ nội dung cần bổ sung, hiệu chỉnh) Ưu điểm:

- Hệ thống hoạt động ổn định Khuyết điểm:- Cần hiệu chỉnh lại lưu đồ thuật toán.

Đề nghị : Được bảo vệ: 

Bổ sung để được bảo vệ: 

Không được bảo vệ:

3. Câu hỏi phản biện (Giảng viên không cho SV biết trước)

1 Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy và quá trình sấy.

2 Để tăng độ chính xác trong điều khiển nhiệt độ, nhóm đề xuất phương pháp gì?

4. Điểm đánh giá đề tài: 7.5 /10 (Bằng chữ: Bảy năm/mười)

TP HCM, ngày 03 tháng 08 năm 2020Người nhận xét

LỜI CẢM ƠN

Để đồ án tốt nghiệp này đạt kết quả tốt đẹp, em đã nhận được sự hổ trợ, giúp đỡcủa nhiều thầy cô, bạn bè và gia đình Với tình cảm sâu sắc, chân thành, em xin đượcbày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả thầy cô, bạn bè và gia đình đã tạo điều kiện giúpđỡ chúng em trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.

Chúng em xin gửi tới thầy cô Khoa Điện – Điện Tử trường Đại học Sư phạm Kỹ

Thuật TP Hồ Chí Minh lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc Nhờ sự quan tâm, dậydỗ và sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô đã giúp chúng em có thể hoàn thành đồ án tốtnghiệp, đề tài: “Thiết kế, thi công, điều khiển và giám sát mô hình hệ thống sấy nôngsản trong công nghiệp”.

Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến giáo viên hướng dẫn

ThS Phùng Sơn Thanh Thầy đã tận tình quan tâm và giúp đỡ chúng em rất nhiều

trong thời gian học tập và quá thình thực hiện đồ án.

Với điều kiện thời gian, kinh phí cũng như kinh nghiệm của một sinh viên nên đồán tốt nghiệp không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy chúng em rất mong nhậnđược sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến từ thầy cô để chúng em có thể cải thiện, bổ sungkiến thức còn thiếu sót Mong thầy cô giúp đỡ để chúng em có thể hoàn thiện tốt hơnkhi ra trường để xứng đang với tiêu chi sinh viên trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 07 năm 2020Nhóm thực hiện để tài

Đoàn Anh Đức

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Dựa vào các kiến thức đã học về điều khiển tự động và những tìm hiểu về các dâychuyền, thiết bị và máy móc trong công nghiệp hiện nay, sinh viên nhận thấy rằng ứngdụng công nghệ tự động vào trong các lĩnh vực nông nghiệp nhận được nhiều sự quantâm và được phát triển rộng rãi không chỉ ở trong nhà máy, xí nghiệp mà còn xuất hiệnở các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ Nắm bắt được xu hướng trên, nhóm đã quyết định chọn đề tài đồ án tốt nghiệp liên quan đến tự động hóa trong sản xuất nông sản.

Tuy nhiên, do lĩnh vực chế biến nông sản rất đa dạng và kiến thức trong lĩnh vựcnày còn hạn chế, nên nhóm quyết định tập trung vào việc nghiên cứu chế tạo máy sấymít ứng dụng trong công nghiệp, giúp điều khiển quá trình sấy, tự động cân đo và đónggói sản phẩm; đồng thời thử nghiệm hệ thống trên mô hình thực tế.

Với đề tài tốt nghiệp “Thiết kế, điều khiển và giám sát mô hình hệ thống sấy mít”,nhóm đã thực hiện các nội dung sau:

- Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống sấy mít ứng dụng trong công nghiệp.- Điều khiển và giám sát mô hình hoạt động ổn định.

- Nhóm tiến hành tìm hiểu các nguyên lý sấy, nhiệt độ kích thước sản phẩm phùhợp để lên ý tưởng thiết kế Đồng thời, áp dụng các kiến thức về điều khiển lập trình đểnghiên cứu chế tạo mô hình giúp cho hệ thống hoạt động tối ưu công suất và có tính thẩmmỹ.

Based on the knowledge learned about automatic control and the understanding ofcurrent industrial chains, equipments and machines, we realize that the application ofautomation technology in the agriculture fields received much attention and widelydeveloped not only in factories and enterprises but also in small and mediumproduction facilities Thanks to realizing the above tendency, our team decided tochoose automation in agricultural product manufacture as the topic of graduate thesis.

However, due to the diversity of the agricultural product processing field and thelimited related knowledge, our team decided to focus on the research and manufactureof industrial jackfruit dryers that helps control the drying process, automatically weighand pack products Besides, we also test the system on the actual model.

With the graduate thesis "Designing, controlling and monitoring jackfruit dryingsystem model", our group conducted these following steps:

- Design and manufacture a jackfruit drying system model applied in industry.- Control and monitor the model to ensure the stable operation.

- Our team investigated the drying principles, the appropriate temperature andproduct size to shape the design ideas Moreover, the application of the programmingcontrol knowledge in researching and manufacturing models helps the system operate at theoptimal capacity and be more aesthetic.

MỤC LỤC

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp i

Trang phiếu nhận xét của giáo viên hướng dẫn ii

Trang phiếu nhận xét của giáo viên phản biện iii

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục tiêu đề tài 2

1.3 Nội dung nghiên cứu và giới hạn đề tài 2

1.3.1 Nội dung nghiên cứu 2

1.3.2 Giới hạn đề tài 3

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Cơ sở lý thuyết 4

2.1.1 Yêu cầu chung 4

2.1.2 Quy trình sấy 4

2.1.2.1 Khái niệm về sấy 4

2.1.2.2 Các phương pháp sấy 6

2.1.2.3 Các phương pháp sơ chế và thời gian sấy của thực phẩm 11

2.1.3 Phân loại máy sấy, lò sấy thực phẩm được dùng trong thị trường 12

2.1.3.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy mít ở công nghiệp 14

2.1.3.2 Nhân tố ảnh hướng đến quá trình sấy mít 15

2.1.3.3 Công nghệ sấy mít 16

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 42

3.1 Yêu cầu thiết kế 42

3.2 Đề xuất sơ đồ khối 42

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 75

4.1 Tính toán và bản vẽ 75

4.1.1 Thi công thùng sấy và khay sấy 75

4.1.2 Thi công hệ thống đẩy sản phẩm 77

4.1.3 Thi công hệ thống cửa tự động 79

4.1.4 Thi công phễu hứng sản phẩm 80

4.1.5 Thi công băng tải và khung băng tải 81

4.1.6 Thi công hệ thống cân 82

4.1.7 Thi công hệ thống đóng gói 83

4.1.8 Thi công tủ điện 81

4.1.9 Hoàn thiện hệ thống 85

4.2 Thiết kế chương trình điều khiển và giao diện HMI 86

4.2.1 Thiết kế chương trình điều khiển 86

4.2.2 Thiết kế giao diện HMI 90

4.2.2.1 Yêu cầu thiết kế giao diện HMI 90

DAQ: Data Acquisition

PCI: Peripheral Component InterconnectHMI: Human-Machine-Interface

PVC: Polyvinyl Chloride

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Cách sơ chế và thời gian sấy cho từng loại hoa quả/rau củ 11

Bảng 2.2 Tham khảo nhiệt độ cho từng loại sản phẩm 12

Bảng 2.3 Đặc điểm máy sấy trong dân dụng và công nghiệp 13

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của PLC S7-1200 54

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của cảm biến vật cản hồng ngoại NPN 55

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của loadcell TAL201 1Kg 56

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật của bộ khuếch đại tín hiệu loadcell 58

Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ thermocouple RTD PT100 59

Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật của bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ i1H12 60

Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật của động cơ bước NEMA 17 61

Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật của Driver TB6600 62

Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật của Xy lanh khí nén Airtac 63

Bảng 3.10 Thông số kỹ thuật của van khí nén Airtac 64

Bảng 3.11 Thông số kỹ thuật của bóng sấy Hallogen 65

Bảng 3.12 Thông số kỹ thuật của SSR 66

Bảng 3.13 Thông số kỹ thuật của relay trung gian 67

Bảng 3.14 Thông số kỹ thuật của CB tự đóng ngắt 2 cực 68

Bảng 3.15 Thông số kỹ thuật của đèn báo 24V 69

Bảng 3.16 Thông số kỹ thuật của nút nhấn 70

Bảng 3.17 Thông số kỹ thuật của quạt tản nhiệt 12VDC 70

Bảng 3.18 Thông số kỹ thuật của bộ nguồn 24V 71

Bảng 3.19 Thông số kỹ thuật của tủ điện 72

Bảng 3.20 Thông số kỹ thuật của máy hàn miệng túi FPS-200 73

Bảng 4.1 Phân quyền hoạt động 90

Bảng 5.1 Kết quả thực nghiệm mô hình 95

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH – BIỂU ĐỒ

Hình 2.1 Phương pháp phơi khô tự nhiên 5

Hình 2.2 Một trong những phương pháp sấy nhân tạo 5

Hình 2.3 Máy sấy dân dụng 12

Hình 2.4 Hệ thống sấy thùng quay trong công nghiệp 13

Hình 2.22 Cấu tạo của SSR 38

Hình 2.23 Relay bán dẫn điều khiển bằng trở 39

Hình 2.24 Relay bán dẫn tín hiệu điều khiển 3-32VDC 40

Hình 2.25 Relay bán dẫn tín hiệu điều khiển 90-250VAC 40

Hình 2.26 Relay bán dẫn tín hiệu điều khiển analog 41

Hình 3.1 Sơ đồ khối 42

Hình 3.2 Thùng sấy và khay sấy được vẽ bằng phần mềm SolidWork 44

Hình 3.3 Thanh đẩy, vítme, mặt đẩy và đỡ mặt bích 45

Hình 3.4 Bạc lót trục và mặt bích 46

Hình 3.5 Hệ thống kéo cửa tự động 46

Hình 3.6 Phễu hứng sản phẩm 47

Hình 3.7 Băng tải 47

Hình 3.8 Khung băng tải 48

Hình 3.9 Mặt cân và mặt đẩy của hệ thống cân 49

Hình 3.10 Miếng kê loadcell 49

Hình 3.11 Bản vẽ PLC kết nối với các thiết bị ngoại vi 50

Hình 3.18 Sơ đồ chân của Loadcell 57

Hình 3.19 Bộ khuếch đại tín hiệu Loadcell 57

Hình 3.20 Sơ đồ dây bộ khuếch đại tín hiệu Loadcell 58

Hình 3.21 Cảm biến cặp nhiệt điện 59

Hình 3.22 Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ i1H12 60

Hình 3.23 Động cơ bước NEMA 17 61

Hình 3.24 Driver TB6600 62

Hình 3.25 Xy lanh khí nén Airtac 63

Hình 3.26 Van khí nén Airtac 64

Hình 3.36 Máy hàn miệng túi FPS-200 73

Hình 3.37 Các linh kiện điện khác 74

Hình 4.15 Các bộ chuyển đổi, cơ cấu chấp hành và tủ điện hệ thống 85

Hình 4.16 Sơ đồ stage diagram hệ thống 86

Hình 4.17 Sơ đồ trạng thái chế độ chạy tự động 87

Hình 4.18 Lưu đồ điều khiển 89

Hình 4.19 4 trang được phân chia 91

Hình 4.20 Trang giới thiệu tên đề tài 91

Hình 4.21 Trang Overview của hệ thống 92

Hình 4.22 Trang THUNGSAY của hệ thống 93

Hình 4.23 Trang CHIASANPHAM của hệ thống 94

Hình 5.1 Thực nghiệm hoạt động 96

Hình 6.1 Toàn cảnh mô hình hệ thống sấy 99

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN ĐỀ TÀI1.1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, Việt Nam đang trên con đường công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước,với thời kì hội nhập nền công nghiệp 4.0 Trong đó phát triển khoa học kỹ thuật là mộttrong những yếu tố quan trọng Tiến bộ khoa học kỹ thuật nhanh chóng đang tạo ra nhữngthay đổi mạnh mẽ trong đời sống sản xuất, đóng góp một vai trò hết sức quan trọng trongmọi lĩnh vực khoa học, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin,… Do đóchúng ta cần phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sựphát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điềukhiển tự động trong nước nói riêng Với những kỹ thuật tiên tiến như Vi xử lý, PLC, vimạch số,…được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển bán tựđộng thô sơ, với tốc độ xử lý chạm chạm thiếu chính xác được thay thế bằng các hệ thốngđiều khiển hoàn toàn tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước.

Với sự phát triển của công nghệ tự động hóa trong lĩnh vực nông nghiệp nóichung và sấy nông sản nói riêng, không thể phủ nhận giá trị kinh tế mà ngành sấy đemvề cho nền nông nghiệp nước ta đặc biệt là sấy khô mít đem lại hiệu quả kinh tế cao,được mang đi xuất khẩu Tiêu biểu là Vinamit năm 2018 đã xuất khẩu được 1600 tấnmít sấy ra nước ngoài, trong đó 1100 tấn mít sấy là xuất khẩu vào thị trường TrungQuốc Nhưng trong quá trình sản xuất, cụ thể là trong giai đoạn làm khô lát mít tươicòn phụ thuộc nhiều vào yếu tố thời tiết, gây khó khăn cho người nông dân và đặc biệtlà giảm chất lượng sản phẩm xuất khẩu của Việt Nam Chính vì lí do trên, nhóm chúngem - sinh viên chuyên ngành tự động đề xuất thiết kế hệ thống điều khiển và giám sáttự động áp dụng trong kỹ thuật sấy lát mít thành phẩm.

Một hệ thống tự động hóa có thể được thực hiện bằng nhiều cách như dùng PC, viđiều khiển, Zen Và đặc biệt là PLC bởi những tính năng vượt trội so với các bộ điềukhiển khác.

Đặc trưng của tất cả các dòng PLC bất kì là khả năng có thể hoạt động được trongmôi trường khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏngrất thấp, thay thế và hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị

ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu vào và đầu ra xuất được đáp ứng tuỳ ý trong khảnăng trên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phầnđiều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tự động Chính vì vậy trong côngnghiệp PLC được ưa chuộng và sử dụng rất nhiều Nhóm cũng sử dụng PLC trong thiếtkế điều khiển và giám sát hệ thống sấy mít vì tính linh hoạt, xử lí thông tin nhanhchóng, dễ dàng thao tác nạp chương trình, có thể giám sát hệ thống một cách thườngxuyên thông qua một thiết bị khác gửi về Ngoài ra hệ thống còn tích hợp thêm giámsát và thu thập dữ liệu (SCADA) giúp vận hành và điều khiển trở nên dễ dàng hơn.

Kết nối và sử dụng được các cảm biến và các cơ cấu chấp hành.

Thiết kế tối ưu, nhỏ gọn, thẩm mỹ hợp lí và hoạt động ổn định, dễ thao tác vàsử dụng.

Có thực hiện phân quyền: quyền admin, quyền quản lý, quyền thực hành.

Kiểm soát cũng như cài đặt các thông số cho cần thiết cho hệ thống: nhiệt độ sấy, thời gian sấy, cân nặng của từng bao mít sấy, tình trạng hoạt động của hệ thống.

Xem xét và chọn được mô hình hệ thống, thiết bị phù hợp để thiết kế hệ thống Đảm báo về cả chi phí, chất lượng và an toàn.

Độ linh hoạt cao dễ dàng tháo lắp bảo trì và sửa chữa.

Lập trình hệ thống chạy ổn định, chính xác, tối ưu các thiết bị, điều khiển và quản lý hệ thông trên SCADA.

1.3 Nội dung nghiên cứu và giới hạn đề tài1.3.1 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu về các nguyên lý sấy, các phương pháp sấy, tìm hiểu về thời gian, nhiệt độ sấy và kích thước của các loại nông sản.

Tìm hiểu và lựa chọn các loại thiết bị tín hiệu, các cơ cấu chấp hành để phù hợp nhất với hệ thống.

Thiết kế giao diện HMI để hiển thị, giám sát và điều khiển hệ thống.

Sử dụng bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 để điều khiển hoạt động của mô hình.

1.3.2 Giới hạn đề tài

Đề tài thực hiện với đối tượng là múi mít đã được sơ chế và chế biến.

Đề tài chỉ dừng lại ở việc điều khiển và giám sát nhiệt độ, khối lượng mít sấy; không giám sát trực tiếp được độ ẩm.

Đề tài chỉ là mô hình của hệ thống nên năng suất sấy và đóng gói thấp Vì hệ thống bán tự động nên vẫn phải thao tác đóng gói bằng tay.

CHƯƠNG 2CƠ SƠ LÝ THUYẾT2.1 Cơ sở lý thuyết

2.1.1 Yêu cầu chung

Một hệ thống sấy nông sản phải đạt được những yêu cầu cơ bản sau:Dễ dàng điều khiển, vận hành

Hệ thống làm việc ổn định, đúng năng suất được yêu cầu Lắp đặt, sửa chữa đơn giản.

Vận hành hệ thống bằng 2 chế độ AUTO và MANUAL Sản phẩm được sấy đều, đủ yêu cầu về chất lượng độ ẩm.

Khối lượng từng bịch thành phẩm phải chính xác theo khối lượng đặt.

2.1.2 Quy trình sấy

2.1.2.1 Khái niệm về sấy

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng nhiệt Nhiệt được cung cấp cho vậtliệu bằng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc năng lượng điện trường có tần số cao Mụcđích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng và độ ẩm của vật liệu, tăng độ bền vàbảo quản được tốt.

Trong quá trình sấy nước được cho bay hơi ở nhiệt độ bất kỳ do quá trình khuếchtán bởi sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu và sự chênh lệch áp suất hơiriêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường chung quanh Sấy là một quátrình không ổn định, độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian.

Sấy là một trong những phương pháp làm khô thực phẩm xuất hiện từ lâu đời nay.Chúng ta thường bắt gặp sản phẩm sấy ở mọi nơi, đủ các loại thực phẩm, đủ các loạinguyên liệu đều có thể được đem đi sấy, tuy vậy, tùy mỗi loại nguyên liệu với các đặc tínhkhác nhau mà người ta áp dụng hoặc phát minh những phương pháp sấy khác nhau.

Phân loại phương pháp sấy: gồm có 2 phương thức

Sấy tự nhiên: Là phương thức sấy truyền thống, thủ công tiến hành bay hơibằng năng lượng tự nhiên như mặt trời, năng lượng gió…còn gọi là phơi sấy

chỉnh được nhiệt độ theo yêu cầu kỹ thuật dẫn tới năng suất thấp, làm chậm tốc độ kinh doanh nông nghiệp…

Hình 2.1: Phương pháp phơi khô tự nhiên

Sấy nhân tạo: Thường được tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm với mục đích nhằm giữ cho thực phẩm được lâu màkhông bị ảnh hưởng đến chất lượng bởi môi trường bên ngoài Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy có thể được phân loại như sau: sấy thăng hoa, sấy tuần hoàn khí nóng, sấy bơm nhiệt, sấy lạnh, sấy năng lượng mặt trời Mỗi loại sấy sẽ có những ưu điểm và nhược điểm riêng, cho phép người dùng áp dụng cho từng loại sản phẩm cụ thể.

Hình 2.2: Một trong những phương pháp sấy nhân tạo

2.1.2.2 Các phương pháp sấy

Sấy thăng hoa (freeze drying) là một kỹ thuật còn được gọi là “làm khô lạnh” haycòn gọi là kỹ thuật khử nước, thường được sử dụng để bảo quản các loại nguyên liệuvà thực phẩm, giúp thuận tiện hơn cho vận tải, cũng như giữ được các phẩm chất củasản phẩm ban đầu.

Công nghệ sấy thăng hoa không chỉ giữ cho sản phẩm luôn chất lượng tốt (cácthành phần dinh dưỡng và hoạt chất sinh học, màu sắc, mùi, vị… gần như được bảotoàn không bị phá hủy) mà còn giữ được độ xốp mềm, khi ngâm vào nước sẽ nở trở lạivà gần giống như nguyên liệu ban đầu.

 Ưu điểm:

Công nghệ sấy thăng giúp sản phẩm có thành phần dinh dưỡng (protein, lipit, gluxit), vitamin, enzyme và hoạt chất sinh học, màu sắc, mùi, vị …v.v gần như được bảo toàn không bị phá hủy.

Sấy thăng hoa giúp sản phẩm giữ được cấu trúc vật lý, hóa học Sản phẩm sấy có độ xốp, không bị xẹp như các phương pháp sấy khác Khi ngâm vào nước nó hoàn ẩm trương nở trở lại và gần giống như nguyên liệu ban đầu.Sản phẩm sau khi sấy thăng hoa có độ ẩm rất thấp 1-5% nên bảo quản được lâu hơn.

Hệ thống điều khiển phức tạp, ít ổn định.

 Ứng dụng thực tế của hệ thống sấy thăng hoa:

Sấy thăng hoa được ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp sản xuất sữa bột, trà bởi đặc tính ưu việt của nó khi hòa vào nước vẫn giữ được hươngvị của sản phẩm.

 Sấy bơm nhiệt

Sấy bơm nhiệt là sử dụng hệ thống bơm nhiệt kết hợp với bộ cấp nhiệt phụ để cóthể điều chỉnh chính xác nhiệt độ sấy cần cung cấp cho buồng sấy, sử dụng hệ thốngbơm nhiệt nhằm 2 mục đích chính là làm khô không khí sấy trước khi đưa trở lại buồngsấy và tận dụng nguồn nhiệt từ bơm nhiệt tạo ra để làm nóng khí sấy Chính vì vậy,phương pháp sấy này giúp tiết kiệm đến 80% điện năng so với sử dụng phương phápthông thường.

Tiết kiệm điện năng hơn 80% so với sấy nhiệt.

Chất lượng sản phẩm đáp ứng được nhu cầu trên thị trường Sấy được các dòng sản phẩm cao cấp đòi hỏi mức nhiệt thấp Giữ được màu sắc đối với các loại thực phẩm.Sản phẩm sấy còn nguyên vẹn, không bị biến dạng.

Sấy công suất lớn, mỗi mẻ sấy có thể đến vài tấn sản phẩm.

 Nhược điểm:

Chi phí đầu tư ban đầu khá cao.

Chiếm diện tích, cần có một kho lớn để đặt máy.

Chỉ áp dụng vào sản xuất dạng công nghiệp đối với ngành thực phẩm Công suất lớn, cần nguồn điện 3 pha với dòng sấy thực phẩm.

 Ứng dụng thực tế của hệ thống sấy bơm nhiệt:

Hệ thống sấy bơm nhiệt được sử dụng rộng rãi trong ngành sấy nhiệt, cụ thể như:Ngành sấy khô quần áo: Những chiếc máy sấy quần áo chúng ta đang sử dụng hằng ngày và một ví dụ điển hình nhất Ngoài việc quay ly tâm tách nước bình thường Khi quần áo còn độ ẩm nhất định thì hệ thống sấy bơm nhiệt trong máy sấy hoạt động Tạo luồng khí nóng thổi vào buồng sấy, thu lại hơi nóng và tách nước qua hệ thống làm mát, rồi đưa không khí được làm khô quay trở lại buồng sấy Sấy khô quần áo, chăn màn, khăn rất hiệu quả.Ngành công nghiệp gỗ: Mỗi mẻ sấy có thể sấy một lượng lớn gỗ Mức tiêu thụ điện năng thấp, sấy liên tục trong thời gian dài tối ưu được nhiều chi phí Phụ phí để ra thành phẩm giảm đi đủ sức cạnh tranh trên thị trường.

Sấy khô, sấy dẻo thực phẩm: Đối với ngành công nghiệp thực phẩm thì sấy bơm nhiệt được sử dụng nhiều nhất Với các công ty, xí nghiệp hay hộ kinh doanh lớn thì sử dụng sấy bơm nhiệt cực kỳ hiệu quả Sấy đa dạng sản phẩm từ rau củ, thịt cá, ngũ cốc, thuốc, hoa trà vv.

Sấy lạnh là phương pháp sấy bằng tác nhân là không khí rất khô ở nhiệt độ thấphơn nhiệt độ sấy thông thường Dải nhiệt độ sấy từ 35-65 độ C, độ ẩm không khí sấyvào khoảng 10-30%” nhằm bảo quản sản phẩm được lâu dài hơn.

Máy sấy lạnh được cấu thành bởi một máy bơm nhiệt được đặt trong một tủ sấyhoặc một hầm sấy tùy theo quy mô Máy bơm nhiệt có một đầu nóng và đầu lạnh, đầunóng sẽ cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân sấy, còn đầu lạnh dùng để tách ẩm chokhông khí sấy Do đó, một số nơi, còn gọi máy sấy lạnh là máy sấy bơm nhiệt.

 Ưu điểm:

Máy sấy lạnh được sấy ở nhiệt độ môi trường nên đảm bảo được màu sắc, mùi vị từ nhiên và đặc biệt là hàm lượng chất dinh dưỡng bao gồm: dưỡng chất, vitamin, hoạt tính,…

Quá trình sấy sản phẩm khép kín và hoạt động một cách độc lập nên luôn đảm bảo được vệ sinh, không bị vi khuẩn xâm nhập vào sản phẩm sấy.

 Nhược điểm:

Chi phí đầu tư ban đầu sẽ tốn kém hơn rất nhiều so với các loại máy sấy thông thường khác Máy sấy lạnh thường phải nhập khẩu bên ngoài nên thời gian chờ hàng về khá lâu.

Quá trình vận hành và bảo dưỡng cũng phức tạp hơn rất nhiều.

Người vận hành máy phải am hiểu rõ về cách thức hoạt động và quy trình làm lạnh của máy, phải lưu ý tới độ kín của buồng sấy.

Máy sấy lạnh công nghiệp cồng kềnh nên vận hành phức tạp, chi phí vận hành và bảo dưỡng lớn

 Ứng dụng thực tế của hệ thống sấy lạnh:

Sấy lạnh thích hợp để sấy đa dạng các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt, dễ nóngchảy như đông trùng hạ thảo, nấm linh chi…

 Sấy năng lượng mặt trời

Nguyên lý hoạt động của máy sấy bằng năng lượng mặt trời trên cơ sở tận dụngnhiệt bức xạ mặt trời theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính, đảm bảo vệ sinh an toàn thựcphẩm Hiệu suất của máy sấy năng lượng mặt trời có thể đạt 55-65% Có thể nói thiếtbị sấy này đã giúp tận dụng nguồn năng lượng rất lớn, siêu sạch là năng lượng mặt trời.

 Ưu điểm:

Tiết kiệm năng lượng tiêu thụ Không khí sấy sạch.

Hệ thống đảo chiều gió giúp vật sấy khô đều, nhanh.

Có thể tích hợp hệ thống điều khiển, giám sát, phân tích … từ xa qua mạng internet (IoT).

 Nhược điểm:

Công nghệ sấy bằng năng lượng mặt trời lại chưa được phát triển vì nhiều lí do như giá thành cao, đầu tư lớn, các lo lắng về công nghệ và tính ổn định của thời tiết…

 Sấy điện trường dòng cao tầng

Nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật sấy làm vật nóng lên.

Là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấy là khôngkhí nóng, khói lò, Đây là phương pháp được dùng rộng rãi hơn cả cho sấy hoa quả vàsấy hạt.

Đặc trưng của công nghệ sấy đối lưu chính là sự chuyển động của luồng khôngkhí Chúng được dùng làm tác nhân sấy nhưng với điều kiện không khí trong buồngsấy luôn phải nóng, chuyển động theo vòng tuần hoàn trong buồng sấy Chúng sẽ tácđộng tới vật phẩm cần sấy và làm bốc hơi nước, độ ẩm còn dư trong vật phẩm sấy đó.Chính luồng không khí nóng sẽ đưa lượng hơi ẩm này thoát ra ngoài Từ đó, vật phẩmđược sấy khô hoàn toàn Đây cũng là nguyên lý làm việc của những sản phẩm máy sấyđối lưu, hệ thống sấy nông sản hiện nay.

Những yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ sấy đối lưu có thể kể đến như : hững yếu tốảnh hưởng đến công nghệ đối lưu là: chế độ sấy, kích thước của vật phẩm sấy, áp suất hoạtđộng, phương pháp gia nhiệt, sự chuyển động của không khí nóng, kết cấu lò sấy,…

 Ưu điểm:

Công nghệ sấy đối lưu có thể ứng dụng để sấy cho nhiều loại vật phẩm sấy khác nhau Bên cạnh đó, dải nhiệt độ sấy nóng rộng hơn nhiều công nghệ sấy khác và dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ sấy khô theo ý muốn.

Kiểm soát tốt nhiệt độ, sản phẩm được sấy đồng đều hơn Chi phí hợp lý, phù hợp với các doanh nghiệp nhỏ lẻ. Nhược điểm:

Kết cấu máy khá phức tạp vì cần phải sử dụng quạt áp lực để tuần hoàn gió sấy trong buồng sấy.

Khá chiếm diện tích khi hoạt động ở quy mô lớn.

 Sấy tuần hoàn khí nóng

Đây là phương pháp thổi trực tiếp khí nóng ở điều kiện áp suất khí quyển vào vậtliệu cần sấy Nhiệt từ gió tách ẩm ra khỏi vật sấy, gió mang ẩm thoát ra bên ngoài.Phương pháp này có nguyên lý như quá trình phơi nắng nhưng có hiệu suất sấy caohơn do lưu lượng gió và nhiệt đều hơn, sản phẩm sấy khô nhanh hơn.

Máy làm việc tạo ra tiếng ồn thấp.

 Ứng dụng thực tế của sấy toàn hoàn khí nóng:

Sấy tuần hoàn khí nóng được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất thuốc, chủyếu để sấy khô các loại dược liệu cứng, vẫn còn nguyên dạng chưa được cắt lát hay dạng bôt thường được gọi là đông dược Ngoài ra, phương pháp sấy này còn được dùng để sấy khô những loại dược phẩm khác như thuốc bôt, hạt, viên sủi, chai đóng gói,…hay thực phẩm, một số linh kiện điện tử.

Vì sản phẩm sấy là miếng mít được cắt lát mỏng, cần một phương pháp sấy chi phí thấp ít tốn kém mà vẫn đảm bảo được chất lượng nên nhóm chúng em quyết định lựa chọn phương pháp sấy đối lưu.

2.1.2.3.Các phương pháp sơ chế và thời gian sấy của các loại thực phẩm

Hoa quả/ Rau củ Chuẩn bị, Sơ chế Độ khô Thời gianTáo Gọt vỏ, bỏ lõi và cắt thành miếng thẳng Dẻo 4-15 h

hoặc vòng, ngâm vào dung dịch bảo quảntrong 2 phút Làm ráo và đặt vào khay

Mơ Cắt đôi hoặc cắt làm tư, nên xử lý trước để Dẻo 8-36 hgiữ màu, tránh làm hỏng vỏ của quả.

Chuối Lột vỏ và cắt lát dày 1/8 inch Giòn 5-24 hMận Rửa sạch, để nguyên hoặc cắt nửa và bỏ hạt Dẻo 5-24 h

hoặc bóp hạt ra khi chúng đã khô 50%

Nấm Rửa sạch, để nguyên hoặc cắt nửa làm ráo Dai tới 3-10 hvà bỏ vào khay Giòn

Khoai tây Rửa sạch, cắt lát nhỏ thành lát hoặc thành Giòn 5-12htừng đốt nhỏ.

Măng tây Rửa sạch và cắt miếng mỏng Chọn cây có Giòn 4-14 hđỉnh cong Lấy than nghiền nát sau khi sấy

khô làm gia vị.

Dừa Bỏ vỏ, bỏ lõi sau đó cắt thành miếng dẹt Dẻo 6-36 hhoặc dày

Bảng 2.1: Cách sơ chế và thời gian sấy cho từng loại hoa quả/rau củ

Loại thực Rau xanh Bánh mì Rau quả Trái cây Đậu phộngphẩm

Dưới đây là bảng so sánh các đặc điểm của máy sấy dùng trong công nghiệpvà máy sấy dân dụng gia đình:

Máy sấy dân dụng dùng để chỉ những loại máy sấy được sử dụng phổ biếntrong việc sấy khô hoa quả, dược liệu, thực phẩm với phạm vi nhiệt độ từ 40 đến100 độ C Sử dụng máy sấy dân dụng thay thế cho các phương pháp sấy thủ côngnhư phơi nắng, sấy than củi, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, đảm bảo hiệu quảsấy tốt hơn rất nhiều, đảm bảo màu sắc sản phẩm tự nhiên hơn.

Đối với máy sấy sử dụng trong công nghiệp có thể kể đến như: máy sấy dạngtháp, sấy thùng quay, băng tải sấy,… Mỗi loại máy sấy đều tùy thuộc vào chất liệusấy hoặc đặc điểm của loại chất liệu (Ví dụ như: máy sấy dạng tháp thì được dùngnhiều cho việc sấy lúa, sấy thùng quay để dung trong việc làm khô bột mì, bột gạohoặc mùn cưa, các loại vật liệu xây dựng, ).

Hình 2.4: Hệ thống sấy thùng quay trong công nghiệp

ĐẶC ĐIỂM MÁY SẤY DÂN DỤNG MÁY SẤY CÔNG NGHIỆPNhiệt độ sấy Dưới 95 độ C Lên đến 150 độ C

Sản phẩm sấy Thực phẩm, hoa quả, dược Thực phẩm và các vật liệuliệu và các nông sản đơn khác như sấy sơn, keo,giản khuôn, nhựa…

Kích thước Nhỏ và vừa Lớn

Nguồn điện 1 pha và 3 pha 1 pha và 3 pha

Công suất Từ 150kW/h – 500kW/h tùy Từ 500kW/h – 3000kW/h tùytừng model từng model

Phụ kiện đi kèm Đơn giản Đầy đủ

Chi phí, giá bán Thấp, phù hợp với kinh Cao, phù hợp với sản xuấtdoanh cá thể, hộ gia đình quy mô công nghiệpVận hành Đơn giản Phức tạp

Bảng 2.3: Đặc điểm máy sấy trong dân dụng và công nghiệp

Về phần nhóm chúng em thiết kế hệ thống sấy, nhóm muốn kết hợp những ưuđiểm của 2 loại máy sấy kể trên để giúp cho việc sử dụng và hoạt động trở nênthuận lợi và dễ dàng hơn Giúp việc vận hành điều khiển đơn giản, giảm thiểu chiphí của hệ thống mà vẫn đạt được các yêu cầu về chất lượng,…

2.1.3.1.Nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy mít ở công nghiệp

Hệ thống sấy là hệ thống được đánh giá là tiên tiến, tiện dụng nhất trong ngành sấyhoa quả hiện nay, được tự động hóa từ khâu sản xuất, sấy, cân đong sản phẩm Thay thếhiệu quả các quy trình sấy thủ công, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cho doanh nghiệp.

Trong các ngành công nghiệp thực phẩm, máy sấy thường được áp dụng cho nhữngtrường hợp đòi hỏi năng suất cao, hoặc các yêu cầu nghiêm ngặt về vệ sinh thực phẩm.Tùy theo tính chất của chất liệu, các máy sấy sẽ khác nhau ở các bộ phận làm việc chính,các cơ cấu tiếp liệu, kích thước khay sấy, kích thước đầu ra của phễu và băng tải,…

Máy sấy có thể được ứng dụng trong các ngành sản xuất thực phẩm, áp dụng đốivới các sản phẩm thức ăn nhanh như hoa quả sấy nói chung, thủy hải sản (mực, cá,tôm), thuốc men Ngoài ra hệ thống cũng có thể sử dụng để sấy thuốc men, linh kiệnđiện tử hoặc thậm chí một số vật liệu xây dựng,…

 Quy trình thực hiện

Hệ thống sấy mít lát của nhóm sẽ được chia thành 3 khâu: khâu sấy mít, khâuchia sản phẩm và khâu đóng gói.

Những lát mít sau khi được lựa chọn và sơ chế kỹ càng sẽ được đưa vào khay sấybên trong thùng sấy Sau khi lựa chọn nhiệt độ, thời gian sấy và khối lượng đóng gói hệthống bắt đầu thực hiện sấy Khi kết thúc thời gian sấy, sản phẩm sẽ được đẩy ra mángchứa và băng tải hoạt động thực hiện đưa sản phẩm vào loadcell để cân đo khối lượng.Cuối cùng sẽ được cho vô bịch để đóng gói bằng máy hàn miệng túi.

 Phương án bố trí vị trí bóng sấy trong hệ thống sấy

 Bố trí bóng sấy nằm phía trên thùng sấy

Với cách bố trí theo dạng này, cụm đèn sẽ được đặt phía trên trần của thùng sấy.Về lý thuyết ở trong một môi trường như phòng kín, thùng, hộp thì càng lên phía trên

Ưu điểm: Thiết kế gọn gàng, dễ dàng quan sát, tháo lắp và lau chùi bóng sấyNhược điểm: Không hiệu quả về công suất, gây thất thoat và tốn kém điện năng.

 Bố trí bóng sấy nằm phía dưới thùng sấy

Ưu điểm: Tối ưu được công suất của bóng, tiết kiệm điện năng, sấy hiệu quả.

Nhược điểm: Bóng sấy đặt ở phía dưới đáy thùng sấy có một nhược điểm rất lớnđó là trong quá trình sấy, nước lỏng của sản phẩm sẽ chảy xuống bóng sấy, dễ gây hư hỏng cà chập điện.

 Bố trí bóng sấy nằm dọc theo chiều cao thùng sấy

Với vị trí này đã giúp chúng ta giải quyết cả 2 vấn đề của 2 cách bố trí như đã nóiở trên, không bị ảnh hưởng đến bóng sấy và cả quy trình sấy.

Ưu điểm: Vị trí này giúp 2 khay sấy tiếp xúc đều với nhiệt độ hơn, dễ dàng tháolắp, bảo trì và quan sát, bóng sấy được bảo quản tốt hơn trong quá trình hoạt động.

Nhược điểm: Đặt bên hông của thùng sấy có thể dẫn tới việc mất an toàn cho người vận hành vì vị trí bên hông là vị trí hay tiếp xúc nhất, có thể gây ra nóng bỏng nếu sấy ở nhiệt độ cao.

 Kết luận chọn phương án bố trí

Qua phân tích các ưu nhược điểm ở trên, nhóm chúng em chọn phương án bố tríbóng sấy nằm dọc theo chiều cao của thùng sấy để tiết kiệm diện tích, giúp nhiệt độ trảiđều trên sản phẩm.

2.1.3.2.Nhân tố ảnh hưởng đến quá trình sấy mít

Trong quá trình sấy lát mít xảy ra một loạt biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấu trúc cơhọc và các biến đổi bất lợi khác, làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm Những biếnđổi cơ học bao gồm sự biến dạng, nứt, cong queo, biến đổi độ xốp Sự thay đổi hệkeo do pha rắn (protein, tinh bột, đường, ) bị biến tính thuộc về những biến đổi hóa lý.Những biến đổi hóa sinh trong quá trình sấy là những phản ứng tạo thành melanoidin,caramen, những phản ứng ôxy hóa và polyme hóa các hợp chất polifenol, phân hủyvitamin và biến đổi chất màu.

Hàm lượng vitamin trong lát mít sấy thường thấp hơn trong mít quả tươi vì chúngbị phá hủy một phần trong quá trình sấy và xử lý trước khi sấy Trong các vitamin thì

axit ascobic và caroten bị tổn thất là do quá trình ôxy hóa Riboflavin nhạy cảm với ánhsáng, còn thiamin bị phá hủy bởi nhiệt và sự sunfit hóa.

Để tránh hoặc làm chậm các biến đổi không thuận nghịch ấy, cũng như tạo điềukiện để ẩm thoát ra khỏi chuối quả một cách dễ dàng, cần có chế độ sấy thích hợp chotừng loại sản phẩm.

Nhiệt độ sấy: Nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ sấy càng nhanh, quá trình càng cóhiệu quả cao Nhưng không thể sử dụng nhiệt độ sấy cao cho sấy lát mít vì mít là sảnphẩm chịu nhiệt khá kém Trong môi trường ẩm, nếu nhiệt độ cao hơn 60oC thì proteinđã bị biến tính; trên 90oC thì fructoza bắt đầu bị caramen hóa, các phản ứng tạo ramelanoidin, polime hóa các hợp chất cao phân tử xảy ra mạnh Còn ở nhiệt độ cao hơnnữa, lát mít có thể bị cháy Vì vậy, để sấy lát mít thường dùng chế độ sấy ôn hòa, nhiệtđộ sấy không quá cao.

2.1.3.3.Công nghệ sấy mít

 Độ chín của mít:

Mít khi thu hái phải đủ già nghĩa là có thể tự chín, như vậy sẽ làm mít ngọt vàđậm màu hơn Độ chín của mít nguyên liệu là một yếu tố quyết định đến chất lượngmít lát sấy Có nhiều cách xác định độ chín như: màu vỏ (mít non thường có màurất xanh), thân mềm và có mùi thơm tỏa ra.

 Diệt khuẩn của tia cực tím:

Rất nhiều loại quả sau khi sấy khô được làm nguội và hút ẩm trở lại trong vàigiờ đến vài ngày, mục đích là để có độ mềm dẻo (ví dụ như chuối) Trong môitrường khí quyển thông thường và không thực hiện vệ sinh công nghiệp, sản phẩmdễ bị nhiễm vi sinh vật Vì vậy nhiều cơ sở đã sử dụng đèn tia cực tím để diệt khuẩnvì coi đó là biện pháp an toàn cần thiết cho vệ sinh thực phẩm.

Về vấn đề nêu trên, vì sản phẩm lát mít cần độ giòn đạt tối đa nên nhóm saukhi sấy thì thực hiện việc đóng gói nên không cần phải diệt khuẩn bằng tia cực tímnhư những sản phẩm khác.

 Công nghệ sấy mít:

Như đã nói ở trên, nhóm sử dụng phương pháp sấy đối lưu Tác nhân nhiệt là

Yêu cầu đối với mít nguyên liệu: Mít phát triển đầy đủ, tươi tốt, lát mít nguyên vẹn, sạch sẽ, mùi thơm, vị ngọt, màu vàng.

Nhiệt độ sấy lựa chọn là 70 độ, do sản phẩm chỉ sấy được ở khoảng nhiệt độ từ 50 đến 80 độ để tránh tổn thất vitamin.

2.2 Thiết bị sử dụng2.2.1 Bộ điều khiển

Ở các thời kỳ trước, việc điều khiển chủ yếu do chính con người thao tác và thựchiện Nhưng đối với thời kỳ hiện đại ngày nay, việc điều khiển đã được thay thế nhờ ứngdụng của ngành điện, ban đầu người ta sử dụng nhiều relay, tiếp điểm nút nhấn để thực hiệnnhiệm vụ sau đó PLC ra đời đã dùng các tiếp điểm ảo giúp người thiết kế dễ dàng thay đổi,thao tác và điều khiển với một tần suất cao, hiệu quả và hiệu chỉnh cho nhiều nhiệm vụ khácnhau trong thực tế.

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình, được thiết

kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giản đếnphức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các chươngtrình hoặc sự kiện, sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọilà đầu vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer) hay các sự kiện đượcđếm qua bộ đếm Khi một sự kiện được kích hoạt nó sẽ bật ON, OFF hoặc phát mộtchuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào đầu ra của PLC Như vậy nếu ta thayđổi các chương trình được cài đặt trong PLC là ta có thể thực hiện các chức năng khácnhau, trong các môi trường điều khiển khác nhau.

Hình 2.5: Bộ điều khiển PLC

 Cấu trúc của PLC:

Phần đầu vào/đầu ra: Phần đầu vào hoặc mô-đun đầu vào bao gồm các thiết bịnhư cảm biến, công tắc và nhiều nguồn đầu vào thế giới thực khác Đầu vào từ cácnguồn được kết nối với PLC thông qua đường ray đầu nối đầu vào Phần đầu ra hoặcmô-đun đầu ra có thể là một động cơ , solenoid hoặc 1 cái đèn có chức năng được điềukhiển bằng cách thay đổi các tín hiệu đầu vào.

CPU: (Central Processing Unit) là đơn vị xử lý trung tâm Nó là một bộ vi xử lýmà có thể kết hợp với các hoạt động của hệ thống PLC CPU xử lý các tín hiệu I/O vàđược nối trực tiếp đến các thiết bị I/O.

Thiết bị lập trình: Đây là nền tảng mà chương trình hoặc logic điều khiển đượcviết Nó có thể là một thiết bị cầm tay hoặc một máy tính xách tay hoặc một máy tínhchuyên dụng.

Nguồn cung cấp: Nó thường hoạt động trên một nguồn cung cấp điện khoảng 24V, được sử dụng để cung cấp năng lượng đầu vào và các đầu ra.

Bộ nhớ: Bộ nhớ được chia thành hai phần – Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chươngtrình Thông tin chương trình hoặc logic điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ ngườidùng hoặc bộ nhớ chương trình từ nơi CPU tìm nạp các lệnh chương trình Tín hiệuđầu vào và đầu ra và tín hiệu bộ định thời và bộ đếm được lưu trữ trong bộ nhớ hìnhảnh đầu vào và đầu ra tương ứng.

Hiện nay có rất nhiều hãng PLC nổi tiếng và ứng dụng rộng rãi như Omron,Siemens, Mitsubishi và được phân loại theo nhiều cách khác nhau: về hình dạng, về sốlượng ngõ vào/ra, phân loại theo hãng sản xuất và sản phẩm Nhóm quyết định chọnhãng PLC Siemens vì tính đa dạng và phổ biến cao.PLC Siemens là dạng PLC gồmnhiều module riêng biệt với chức năng khác nhau PLC phân loại theo nhiều cáchnhưng với các dòng của hãng Siemens thì hãng này phân loại sản phẩm tới nhu cầungười sử dụng là phân loại theo số cổng vào/ra bao gồm:

Micro PLC là loại có dưới 32 kênh vào/ ra.PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ ra.

PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ ra PLC cỡ lớn có trên 1024 kênh vào/ra.

Đầu tiên phải kể đến PLC S7-200 : một thiết bị điều khiển lập trình cỡ nhỏ, mininput/output là 6/4 và max là 24/16, có 2 kiểu ngõ ra là Relay và Transistor cấp dòng.Loại này có thêm các module mở rộng, có cổng truyền thông nối tiếp RS485, thườngđược ứng dụng trong điều khiển logic, tuần tự, ở các ứng dụng nhỏ và vừa.

Tiếp theo là PLC S7-300 đây là module PLC nhỏ cho dải đặc tính làm việc nhỏđến trung bình, có thế mở rộng để thích nghi với các yêu cầu điều khiển tăng thêm,thân thiện người dùng vì thiết kế không qua phức tạp CPU có bộ nhớ chương trìnhtrung bình đến lớn và số lượng kết cấu sử dụng tùy chọn trong công cụ kỹ thuật PlCS7-300 có thể kết nối với nhiều chuẩn mạng khác nhau như PROFIBUS, CAN,DeviceNet, ASi PLC S7-300 gồm có bộ điều khiển trung tâm, module DigitalInput/Output, Analog Input/Output, module truyền thông, module công nghệ.

PLC S7-400 là loại PLC được thiết kế cho các giải pháp tích hợp hệ thống trongcác nhà máy sản xuất và tự động hoá quá trình sử dụng trong các hệ thống vừa và nhỏvới các yêu cầu hiệu suất trung bình.Module truyền thông kết nối point-to-point và kếtnối tới PROFIBUS và Ethernet công nghiệp.Tương tự như S7-300, S7-400 có cácmodule như: bộ điều khiển trung tâm, module Digital Input/Output, AnalogInput/Output, module truyền thông, module công nghệ.

So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội hơn.S7-1200 được thiết kếnhỏ gọn, chi phí thấp và một tập lệnh mạnh giúp những giải pháp hoàn hảo hơn choứng dụng sử dụng với S7-1200 S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩnEthernet và TCP/IP.PLC S7-300 bao gồm các thành phần: 3 bộ điều khiển nhỏ gọn vớisự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặcDC phạm vi rộng, 2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làmgiảm chi phí sản phẩm,13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (moduleSM và SB ) 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP, Bổsung 4 cổng Ethernet Về tổng quan chung, để sử dụng được cho hệ thống thì từ S7-300trở lên là được.

Ứng dụng của PLC:

Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trongcông nghiệp và dân dụng Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ cóchức năng đóng/mở (ON/OFF) thông thường đến các úng dụng cho các lĩnh vực phức tạp,đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất.

Hình 2.6: Ứng dụng của PLC

Vì hệ thống không đòi hỏi điều khiển chuyên sâu nên các PLC trên là đã đủmodule để thiết lập điều khiển, hiển thị.Nhóm chọn cấu hình PLC S7-1200 để điềukhiển và giám sát vì nhận thấy module PLC này là đầy đủ chức năng và tính năng cầnthiết để mở rộng sau này.

2.2.2 Phần mềm WinCC

WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạytrên nền Windows) là một phần mềm chuyển dụng để xây dựng giao diện điều khiểnHMI cũng như phục vụ việc xử lý và lưu trữ dữ liệu trong hệ thống SCADA.

WinCC là sự kết hợp của 2 công ty là Siemens (một trong những công ty hàngđầu trong tự động hóa quá trình) và Microsoft (công ty hàng đầu trong việc phát trỉênphần mềm cho PC).

Với WinCC, ta có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau cho để giải quyết côngviệc từ thiết kế cho hệ thống có quy mô nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực hiện sảnxuất – MES (Manufacturing Excution System) WinCC có thể mô phỏng bằng hìnhảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng chuổi sự kiện Để đáp ứngyêu cầu công nghệ ngày càng phát triển WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng chomục đích hiển thị, thông báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, các tham số côngthức, và là một trong những chương trình thiết kế giao diện Người và Máy – HMIđược tin dùng nhất hiện nay.

Tùy theo chức năng sử dụng mà người dùng có thể chọn các gói khác nhau củaWinCC như là một trong các lựa chọn của sản phẩm Các gói cơ bản của WinCC chialàm hai loại như sau:

-WinCC Runtime Package (Viết tắt là RT): chứa các chức năng ứng dụng dùngđể chạy các ứng dụng của WinCC như hiển thị, điều khiển, thông báo các trạng thái,các giá trị điều khiển và làm các báo cáo.

-WinCC Complete Package (Viết tắt là RC): bao gồm bản quyền để xây dựng cấuhình hệ thống (configuration licence) và bản quyền để chạy ứng dụng (Runtime).

Các gói này có các phiên bản khác nhau tùy theo số lượng các tham số làm việc(Powertag) mà nó có thể đáp ứng: 128, 256, 1024, 65536 Powertags Powertag là cáctham số làm việc mà bộ điều khiển theo dõi giá trị của nó bằng việc nối ghép với quátrình và thiết bị mà nó điều khiển hoặc giám sát Trong trường hợp người sử dụngmuốn nâng cấp từ một phiên bản có số powertag nhỏ lên cấp lớn hơn, họ có thể muacác phiên bản chuyên để năng cấp gọi là WinCC Powerpacks.

Ngoài các gói phần mềm cơ bản trên, WinCC còn có các mô đun nâng cao dànhcho những ứng dụng cấp cao hơn (WinCC Options) và các mô đun mở rộng đặc biệt(WinCC Add-on) Các WinCC Option là sản phẩm của Siemens Automation and Drive(A&D) Các WinCC Add-on là các sản phẩm của các bộ phận khác của Siemens haycác đối tác của Siemens xây dựng lên nhằm mở rộng chức năng hay để phù hợp vớitừng loại ứng dụng.

Do hệ thống của nhóm chúng em là hệ thống quy mô tương đối nhỏ, sử dụng đểhiển thị điều khiển trên màn hình đơn giản nên nhóm quyết định chọn WinCC RuntimeAdvanced để hiển thị điều khiển lưu trữ và thông báo.

Hình 2.7: Phần mềm SIMATIC S7 WinCC RT Professional- 6AV2105-0BA05-0AA0

2.2.3 Các phương thức giao tiếp giữa PLC và máy tính

Là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều nhất là2 thiết bị , chiều dài kết nối lớn nhất cho phép để đảm bảo dữ liệu là 12.5 đến 25.4m, tốcđộ 20kbit/s đôi khi là tốc độ 115kbit/s với một số thiết bị đặc biệt Ý nghĩa của chuẩntruyền thông nối tiếp nghĩa là trong một thời điểm chỉ có một bit được gửi đi dọc theođường truyền Bộ truyền gửi một bit bắt đầu (bit start) để thông báo cho bộ nhận biết mộtkí tự sẽ được gửi đến trong lần truyền bit tiếp theo Bit này luôn bắt đầu bằng mức

0 Tiếp theo đó là các bit dữ liệu (bits data) được gửi dưới dạng mã ASCII (có thể là5,6,7 hay 8 bit dữ liệu) Sau đó là một Parity bit (Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) và cuốicùng là bit dừng - bit stop có thể là 1, 1,5 hay 2 bit dừng.

Ưu điểm của chuẩn RS485: Như đã đề cập, RS485 là sản phẩm kế thừa củaRS232, chúng ra đời nhằm để khắc phục những nhược điểm còn tồn tại trên chuẩn giaotiếp RS232 trước đó RS485 so với các chuẩn giao tiếp khác có lẽ là chuẩn duy nhất cókhả năng kết nối nhiều máy phát và máy thu trong cùng một mạng Khi kết nối cácthiết bị với khoảng cách xa, chúng ta dùng thêm bộ lặp để tăng thêm số lượng thiết bịkết nối vào đường mạng và giúp tín hiệu ổn định, tránh nhiễu Ngoài ra, với sự sắp xếphai dây cho mỗi tín hiệu, tín hiệu có thể được truyền nhanh hơn trên khoảng cách lớn.

 Chuẩn Ethernet

Ethernet là 1 công nghệ mạng cục bộ (LAN) nhằm chuyển thông tin giữa các máytính với tốc độ từ 10 đến 100 triệu bit một giây (Mbps) Hiện thời công nghệ Ethernetthường được sử dụng nhất là công nghệ sử dụng cáp đôi xoắn 10-Mbps Công nghệtruyền thông 10-Mbps sử dụng hệ thống cáp đồng trục cỡ lớn, hoặc cáp đôi, cáp sợiquang Tốc độ chuẩn cho hệ thống Ethernet hiện nay là 100-Mbps.

Hình 2.9: Cáp Ethernet2.2.4 Các loại Sensors

Ngày nay việc sử dụng cảm biến vào các hệ thống sản xuất công nghiệp dần trởlên phổ biến nhằm tăng độ chính xác, tính tự động, nâng cao năng suất và chất lượngsản phẩm,…

Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái, quá trình vật lý hay hóahọc ở môi trường cần khảo sát và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin vềtrạng thái hay quá trình đó Thông tin được xử lý để rút ra tham số định tính hoặc địnhlượng của môi trường, phục vụ các nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh

và gọi ngắn gọn là đo đạc, phục vụ trong truyền và xử lý thông tin hay trong điều khiểncác quá trình khác.

Các đại lượng cần đo thường không có tính chất điện như nhiệt độ, áp suất,… tácđộng lên cảm biến cho ta một đại lượng đặc trưng mang tính chất điện như điện tích,điện áp, dòng điện,… chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đo.

Cảm biến thường được đặt trong các vỏ bảo vệ tạo thành đầu thu hay đầu dò, cóthể có kèm các mạch điện hỗ trợ.

Trên thực tế có vô vàn những loại cảm biến khác nhau và chúng ta có thể chia cáccảm biến thành hai nhóm chính:

Cảm biến vật lí: có thể kể đến một vài ví dụ dễ hình dung như sóng điện từ, ánhsáng, hồng ngoại, tia X, hạt bức xạ, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, từ trường, gia tốc,…

Cảm biến hóa học: thường thấy như độ ẩm, độ PH, ion, khói,….Ngoài ra ta cũng có một số hình thức phân chia khác.

Nhìn chung đối với các bài toán điều khiển hệ thống tự động hóa nói chung và điềukhiển quá trình nói riêng thì cảm biến có vai trò vô cùng quan trọng Nó giúp chúng ta cảmnhận được tín hiệu vào ra, đo đạc giá trị, cảm nhận với đại lượng vật lý cần đo,

Với hệ thống giám sát điều khiển quy trình sấy nông sản mà nhóm thiết kế, để hệthống đạt được yêu cầu, hoạt động hiệu quả, chính xác thì cần sử dụng các loại cảmbiến loadcell, cảm biến nhiệt độ để có thể cân đúng dung lượng và nhiệt độ từ đó cho rathành phẩm đạt yêu cầu chất lượng.

2.2.4.1.Cảm nhận vật thể

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều cảm biến có khả năng cảm nhận được vậtthể như cảm biến quang, cảm biến tiệm cận.

 Cảm biến quang điện

Cảm biến quang điện thực chất là do các linh kiện điện tử quang điện tạo thành.Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổitính chất Tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điệntử ở cực Cathode khi có một lượng ánh sáng chiếu vào.