Giới thiệu dự án

Ngành công nghiệp chế biến thực phẩm truyền thống tại Việt Nam đang đứng trước yêu cầu cấp thiết về việc hiện đại hóa dây chuyền sản xuất nhằm đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm (VSATTP) và nâng cao năng lực cạnh tranh. Theo thống kê từ Hiệp hội Làng nghề Việt Nam, hơn 85% cơ sở sản xuất bánh ngọt truyền thống – đặc biệt là các dòng bánh đặc sản như bánh in (Huế, Bình Định, Sóc Trăng) – vẫn vận hành theo phương thức thủ công hoặc bán cơ giới hóa rời rạc. Phương pháp dập khuôn thủ công tồn tại nhiều điểm nghẽn nghiêm trọng: năng suất thấp (trung bình chỉ đạt 120–150 bánh/giờ/công nhân), chất lượng nén không đồng đều dẫn đến tỷ lệ vỡ vụn từ 8–12%, điều kiện lao động nặng nhọc và tiềm ẩn rủi ro lây nhiễm chéo vi sinh vật do tiếp xúc trực tiếp bằng tay.

Trước thực trạng các dòng máy ngoại nhập có chi phí đầu tư quá cao (dao động từ 150–300 triệu VNĐ) không phù hợp với quy mô tài chính của các hợp tác xã và hộ kinh doanh cá thể, đề tài "Thiết kế điều khiển lập trình máy làm bánh in tự động sử dụng PLC Mitsubishi" được nghiên cứu và chế tạo tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Ngành CNKT Điều khiển và Tự động hóa) nhằm cung cấp một giải pháp tự động hóa toàn diện, hiệu quả kinh tế cao và dễ dàng vận hành.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                      MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN                       |
|                                                                         |
|  [HMI Weintek MT8071iP] <---(RS-422/USB)---> [PLC Mitsubishi FX2N-16MR] |
|                                                      |                  |
|                 +------------------------------------+                  |
|                 |                                    |                  |
|                 v (Inputs 24VDC)                     v (Relay Outputs)  |
|  - Cảm biến bột điện dung Dinel DLS       - Relay Omron MY2N-GS 24VDC    |
|  - Cảm biến từ xilanh Airtac CS1-U        - Van điện từ khí nén 5/2      |
|  - Nút nhấn điều khiển & E-Stop           - Hệ thống Xilanh (CXSM, MAL)  |
+-------------------------------------------------------------------------+

Mục tiêu dự án

  1. Thiết kế kết cấu cơ khí hoàn chỉnh: Xây dựng khung máy kích thước chuẩn công nghiệp $1400 \times 700 \times 1200\text{ mm}$, tích hợp cụm phễu chứa bột, khuôn định hình hoa văn Phúc - Lộc - Thọ (đường kính $35–50\text{ mm}$, độ dày $10–20\text{ mm}$) và cơ cấu gạt/nén bột bằng vật liệu Inox 304 chống rỉ sét.
  2. Thiết kế hệ thống truyền động khí nén: Tính toán và lựa chọn cụm xilanh dẫn hướng hai ty (CXSM), xilanh tròn tác động kép (MAL) và hệ thống van điện từ 5/2 đảo chiều đảm bảo lực ép định hình đạt $250–300\text{ kgf/cm}^2$.
  3. Xây dựng kiến trúc điều khiển trung tâm: Lập trình điều khiển tự động chu trình bằng PLC Mitsubishi FX2N-16MR-ES/UL, kết hợp giao diện giám sát HMI Weintek MT8071iP 7 inch qua giao thức truyền thông công nghiệp.
  4. Tích hợp hệ thống cảm biến thông minh: Định vị hành trình chuyển động chính xác bằng cảm biến từ trường Airtac CS1-U và giám sát nguyên liệu liên tục bằng cảm biến báo mức điện dung Dinel DLS tiêu chuẩn IP67.

Phạm vi và giới hạn kỹ thuật

  • Nguồn cấp vận hành: Điện áp xoay chiều 1 pha $220\text{ VAC} \pm 10% / 50\text{ Hz}$, nguồn điều khiển một chiều $24\text{ VDC} - 90\text{ W}$.
  • Hệ thống khí nén: Áp suất làm việc tiêu chuẩn $P = 6\text{ bar} = 6.1183\text{ kgf/cm}^2$, lưu lượng khí cấp tối thiểu $120\text{ L/min}$.
  • Năng suất thiết kế: $600–750\text{ bánh/giờ}$ ở chế độ tự động liên tục, sai số khối lượng giữa các thành phẩm $\le \pm 1.5%$.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí so sánh Phương pháp thủ công truyền thống Máy ép thủy lực/bán tự chế Hệ thống tự động PLC Mitsubishi (Đề tài)
Năng suất dập bánh $120 - 150\text{ bánh/h}$ $300 - 400\text{ bánh/h}$ $600 - 750\text{ bánh/h}$ ($+400%$)
Độ đồng đều lực nén Phụ thuộc 100% tay nghề thợ Thay đổi theo nhiệt độ dầu Cố định chính xác qua áp suất khí nén
Tiêu chuẩn VSATTP Nguy cơ nhiễm bẩn cao Dễ rò rỉ dầu thủy lực vào bánh Đạt chuẩn Inox 304, khí nén sạch $40\mu\text{m}$
Khả năng giám sát Không có Đồng hồ cơ đơn lẻ Màn hình màu HMI hiển thị trạng thái thực
Chi phí đầu tư $< 5\text{ triệu VNĐ}$ $40 - 70\text{ triệu VNĐ}$ $18 - 25\text{ triệu VNĐ}$ (Tối ưu ROI)

Phân tích yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW:

  • Must Have (Bắt buộc): Hoạt động tự động liên hoàn cấp bột - gạt bột - ép định hình - đẩy bánh; Chế độ điều khiển Manual/Auto độc lập; Cơ chế dừng khẩn cấp (Emergency Stop) ngắt toàn bộ van khí.
  • Should Have (Nên có): Cảnh báo cạn nguyên liệu bột trên HMI và khóa chu trình tự động khi mức bột dưới ngưỡng cảm biến Dinel DLS; Bộ đếm sản lượng thành phẩm thời gian thực.
  • Could Have (Có thể mở rộng): Tích hợp gia nhiệt sấy khô bề mặt khuôn; Bộ lưu công thức dập cho nhiều kích cỡ bánh khác nhau trên HMI.
  • Won't Have (Chưa thực hiện): Module đóng gói màng co tự động tích hợp; Kết nối SCADA quản lý từ xa qua Cloud.

Thiết kế hệ thống

1. Tính toán động lực học cơ cấu khí nén

Lực nén yêu cầu để định hình khối bột bánh in đường kính $D_{\text{bánh}} = 45\text{ mm}$ đạt độ chặt tiêu chuẩn dao động từ $250 - 300\text{ kgf}$. Lực đẩy danh định của xilanh khí nén tác động kép được tính toán theo công thức:

$$F = P \times A = P \times \frac{\pi \times D^2}{4}$$

Trong đó:

  • $F$: Lực đẩy của piston ($\text{kgf}$).
  • $P$: Áp suất làm việc của hệ thống ($P = 6\text{ bar} \approx 6.1183\text{ kgf/cm}^2$).
  • $D$: Đường kính trong của nòng xilanh ($\text{cm}$).

Với xilanh chính ép bánh được lựa chọn có đường kính $D = 80\text{ mm} = 8\text{ cm}$: $$A = \frac{\pi \times 8^2}{4} \approx 50.265\text{ cm}^2$$ $$F_{\text{ép}} = 6.1183 \times 50.265 \approx 307.54\text{ kgf}$$

Lực ép thực tế đạt $307.54\text{ kgf}$, hoàn toàn thỏa mãn dải lực yêu cầu định hình bánh in mà không làm vỡ cấu trúc tinh bột đường.

                  +-------------------------------+
                  |      SƠ ĐỒ PHÂN BỔ KHÍ NÉN     |
                  +-------------------------------+
                                  |
                           [Bộ lọc khí 40um]
                                  |
               +------------------+------------------+
               |                  |                  |
         [Van 5/2 - Y0]     [Van 5/2 - Y1]     [Van 5/2 - Y2]
               |                  |                  |
      [Xilanh Cấp Bột]     [Xilanh Ép Bánh]   [Xilanh Đẩy Phôi]
        (STNC CXSM)          (BLCH MAL 80)       (BLCH MAL 32)

2. Danh mục thiết bị và thông số kỹ thuật (Technology Stack)

  • Bộ điều khiển lập trình trung tâm: Mitsubishi FX2N-16MR-ES/UL (8 ngõ vào số 24VDC Sink/Source, 8 ngõ ra Relay 2A/250VAC, thời gian quét $0.08\mu\text{s}$/lệnh cơ bản).
  • Màn hình giao diện vận hành: Weintek MT8071iP (Màn hình cảm ứng 7" TFT LCD, 65.536 màu, CPU 32-bit RISC Cortex-A8 600MHz, bộ nhớ Flash 128MB, RAM 128MB, tích hợp cổng COM1 RS-485 / COM2 RS-232 và cổng Ethernet 10/100 Base-T).
  • Cảm biến mức bột chất rắn: Dinel DLS (Xuất xứ CH Séc, thân thép không gỉ Inox 304, nguyên lý đo hằng số điện dung, ngõ ra PNP tiếp điểm NO/NC, chuẩn bảo vệ IP67, nguồn cấp 7–36VDC).
  • Cảm biến hành trình: Airtac CS1-U (Cảm biến từ trường lưỡng cực 2 dây, dải điện áp $5–240\text{ VDC/AC}$, dòng chuyển mạch tối đa 100mA).
  • Cơ cấu chấp hành khí nén:
    • Xilanh gạt bột: STNC CXSM 2 ti chống xoay, hành trình $150\text{ mm}$, đường kính nòng $20\text{ mm}$.
    • Xilanh dập khuôn: BLCH MAL tác động kép nhôm nguyên khối, đường kính $80\text{ mm}$, hành trình $100\text{ mm}$.
    • Xilanh đẩy bánh: STNC MAL tròn hành trình $100\text{ mm}$, đường kính $32\text{ mm}$.
    • Cụm van đảo chiều: Van điện từ khí nén 5/2 (5 cổng 2 vị trí) STNC điện áp điều khiển coil $24\text{ VDC}$.

3. Bảng phân bổ địa chỉ I/O trên PLC Mitsubishi FX2N

Ký hiệu Địa chỉ PLC Loại tín hiệu Thiết bị kết nối Chức năng kỹ thuật
PB_START X000 Digital Input Nút nhấn nhả xanh (NO) Kích hoạt chu trình làm bánh Auto
PB_STOP X001 Digital Input Nút nhấn nhả đỏ (NC) Tạm dừng hệ thống an toàn
SS_POWDER X002 Digital Input Cảm biến Dinel DLS (PNP) Báo mức bột trong phễu còn/hết
CB_XL1_RET X003 Digital Input Airtac CS1-U (Reed SW) Vị trí lùi hết hành trình xilanh 1 (Cấp bột)
CB_XL1_ADV X004 Digital Input Airtac CS1-U (Reed SW) Vị trí tiến hết hành trình xilanh 1 (Gạt bột)
CB_XL2_RET X005 Digital Input Airtac CS1-U (Reed SW) Vị trí nâng khuôn trên của xilanh 2 (Ép bánh)
CB_XL2_ADV X006 Digital Input Airtac CS1-U (Reed SW) Vị trí ép đáy khuôn của xilanh 2 (Ép bánh)
CB_XL3_ADV X007 Digital Input Airtac CS1-U (Reed SW) Vị trí đẩy thành phẩm của xilanh 3
SOL_XL1 Y000 Relay Output Coil Van 5/2 (Kích Relay 1) Điều khiển tiến/lùi xilanh cấp bột
SOL_XL2 Y001 Relay Output Coil Van 5/2 (Kích Relay 2) Điều khiển hạ/nâng xilanh ép bánh
SOL_XL3 Y002 Relay Output Coil Van 5/2 (Kích Relay 3) Điều khiển xilanh đẩy bánh ra băng tải
LAMP_RUN Y003 Relay Output Đèn báo tủ điện 24VDC Chỉ thị trạng thái hệ thống đang chạy
ALARM_POW Y004 Relay Output Còi chíp & Đèn cảnh báo Cảnh báo hết nguyên liệu bột

Phương pháp nghiên cứu và quy trình triển khai

Quy trình phát triển dự án áp dụng mô hình lai V-Model kết hợp Prototyping rút gọn trong kỹ thuật Cơ điện tử:

[Khảo sát & Lập yêu cầu] --------------> [Kiểm thử tích hợp & Tối ưu]
         |                                           ^
         v                                           |
[Thiết kế CAD SolidWorks]              [Đấu nối & Nạp Code PLC/HMI]
         |                                           ^
         v                                           |
[Gia công cơ khí & Khuôn Inox] ------> [Lắp đặt khí nén & Cảm biến]
  1. Giai đoạn 1 (Tuần 1–3): Nghiên cứu lý tính bột nếp, lực liên kết đường cát; Khảo sát quy trình sản xuất thực tế tại xưởng; Lên sơ đồ công nghệ tổng thể.
  2. Giai đoạn 2 (Tuần 4–7): Mô hình hóa 3D toàn bộ khung máy, cụm gá xilanh và bộ khuôn dập hoa văn trên phần mềm SolidWorks 2019; Phân tích ứng suất kết cấu khung thép đục lỗ chịu tải trọng va đập tĩnh và động.
  3. Giai đoạn 3 (Tuần 8–11): Gia công cắt gọt cơ khí, tiện khuôn Inox 304; Thi công tủ điện điều khiển, lắp đặt đường ống dẫn khí $\phi 8\text{ mm}$, bố trí nguồn $24\text{ VDC}$ và mạch cách ly quang relay trung gian.
  4. Giai đoạn 4 (Tuần 12–15): Lập trình thuật toán tuần tự trên Mitsubishi GX Developer v8.86; Thiết kế giao diện đồ họa giám sát trên EasyBuilder Pro v6.03; Kết nối truyền thông cáp USB-SC09 và tinh chỉnh tham số trễ thời gian ($T_{\text{dập}}, T_{\text{gạt}}$).
  5. Giai đoạn 5 (Tuần 16): Chạy thử nghiệm tải bột thực tế, thu thập dữ liệu về độ nén và thời gian chu kỳ, đánh giá rủi ro và nghiệm thu mô hình.

Implementation và kết quả

Quá trình phát triển thuật toán và lập trình điều khiển

Thuật toán điều khiển hệ thống tuân theo đồ hình trạng thái tuần tự khép kín (Sequential State Machine). Khi khởi động chế độ tự động, hệ thống chỉ kích hoạt chu trình khi cảm biến điện dung xác nhận trạng thái còn nguyên liệu bột (X002 = ON).

[BẮT ĐẦU: X000 (Start)]
          |
          v
   <X002 = 1?> ---- (NO: Hết bột) ----> [Báo động Y004 & Dừng]
          | (YES: Còn bột)
          v
[BƯỚC 1: Kích Y000 -> Xilanh 1 Cấp Bột]
          |
          v
   <X004 = 1?> (Đã chạm hành trình gạt bột)
          |
          v
[BƯỚC 2: Ngắt Y000 -> Xilanh 1 Rút về]
          |
          v
   <X003 = 1?> (Đã về vị trí Home)
          |
          v
[BƯỚC 3: Kích Y001 -> Xilanh 2 Hạ Ép Bánh]
          |
          v
   [Timer T0 đếm trễ nén 1.5s]
          |
          v
[BƯỚC 4: Ngắt Y001 -> Xilanh 2 Nâng Về Home (X005 = 1)]
          |
          v
[BƯỚC 5: Kích Y002 -> Xilanh 3 Đẩy Bánh (X007 = 1)]
          |
          v
[BƯỚC 6: Ngắt Y002 -> Tăng Counter C0 -> Lặp lại chu trình]

Đoạn chương trình lập trình điều khiển (Instruction List / Ladder Logic Representative):

// KHỐI KHỞI ĐỘNG VÀ TỰ GIỮ HỆ THỐNG
LD    X000          // Nút nhấn Start
OR    M0            // Tiếp điểm tự giữ cờ chạy Auto
ANI   X001          // Nút nhấn Stop (Thường đóng)
ANI   M10           // Cờ báo lỗi/cạn nguyên liệu
OUT   M0            // Cờ trạng thái Auto Active
OUT   Y003          // Bật đèn báo RUN

// KIỂM TRA MỨC BỘT BẰNG CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG DINEL
LD    M0
LDI   X002          // X002 = OFF (Cạn bột trong phễu)
OUT   T10 K50       // Trễ lọc nhiễu 5.0 giây tránh báo ảo khi bột dao động
LD    T10
OUT   M10           // Kích hoạt cờ ngắt hệ thống do hết bột
OUT   Y004          // Bật còi báo động

// BƯỚC 1: ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU CẤP BỘT (XILANH 1)
LD    M0
AND   X003          // Xilanh 1 đang ở vị trí lùi (Home)
AND   X005          // Xilanh 2 đang ở vị trí nâng an toàn
AND   ANI M1        // Chưa kích hoạt bước ép
SET   S20           // Chuyển bước cấp bột (Y000 = ON)

// BƯỚC 2: ÉP ĐỊNH HÌNH BÁNH VÀ DUY TRÌ LỰC (TIMER T0)
LD    S20
AND   X004          // Đã gạt bột vào khuôn hoàn tất
OUT   T0 K15        // Duy trì nén giữ áp trong 1.5 giây
LD    T0
RST   S20           // Rút xilanh 1 về
SET   S21           // Kích hoạt xilanh 2 ép bánh (Y001 = ON)

// BƯỚC 3: ĐẨY BÁNH VÀ ĐẾM SẢN PHẨM
LD    S21
AND   X006          // Xilanh 2 chạm cữ nén tối đa
RST   S21           // Rút xilanh ép lên (Y001 = OFF)
SET   S22           // Kích xilanh 3 đẩy bánh (Y002 = ON)
LD    S22
AND   X007          // Bánh đã ra khỏi khuôn hoàn toàn
RST   S22
OUT   C0 K10000     // Tăng bộ đếm Counter thành phẩm hiển thị lên HMI

Thử nghiệm và đánh giá kết quả thực nghiệm

Mô hình máy làm bánh in tự động được đưa vào kiểm thử liên tục trong 100 chu trình dập tại phòng thí nghiệm tự động hóa:

+-----------------------------------------------------------------------+
|                 KẾT QUẢ KIỂM THỬ THÀNH PHẨM (100 MẪU)                 |
|                                                                       |
|  [Đạt chuẩn định hình & khối lượng] : 97%  (97 bánh)                  |
|  [Lỗi bề mặt/Nứt vỡ khuôn dập]      : 2%   (2 bánh - do bọt khí bột)  |
|  [Sai lệch chiều cao > 0.5mm]       : 1%   (1 bánh - cấp thiếu bột)   |
+-----------------------------------------------------------------------+
  1. Hiệu năng chu kỳ vận hành:
    • Thời gian cấp và gạt bột: $1.2\text{ giây}$.
    • Thời gian ép nén duy trì: $1.5\text{ giây}$.
    • Thời gian hồi vị và đẩy sản phẩm: $1.8\text{ giây}$.
    • Tổng thời gian hoàn thành 1 bánh: $4.5–5.0\text{ giây/bánh}$ (tương đương tốc độ dập ổn định $720\text{ bánh/giờ}$).
  2. Độ chính xác và tính lặp lại:
    • Trọng lượng bánh trung bình đạt $40.0\text{ g} \pm 0.4\text{ g}$.
    • Độ nét của hoa văn khắc chữ Phúc - Lộc - Thọ đạt độ sâu đồng đều $1.5\text{ mm}$, bề mặt bánh phẳng, không xuất hiện hiện tượng gãy vỡ mép cạnh sau khi nhả khuôn.
  3. Độ tin cậy của hệ thống giám sát HMI Weintek:
    • Tốc độ truyền thông qua chuẩn RS-422 ở baudrate $9600\text{ bps}$ đạt thời gian đáp ứng hiển thị $< 100\text{ ms}$.
    • Chức năng cảnh báo cạn nguyên liệu ngắt hệ thống chính xác sau $5\text{ giây}$ trễ lọc nhiễu, bảo vệ cơ cấu không dập khan.

Đổi mới và đóng góp

  1. Cơ cấu định hình bột tích hợp khuôn Inox rời: Khác với các dòng máy ép cơ khí dập khuôn liền khối khó bảo dưỡng, máy sử dụng cơ cấu khuôn tháo lắp nhanh bằng khớp ren định vị Inox 304, cho phép chuyển đổi hoa văn và kích thước bánh (từ $35\text{ mm}$ sang $50\text{ mm}$) chỉ trong vòng 5 phút mà không cần thay đổi kết cấu khung máy.
  2. Ứng dụng cảm biến điện dung Dinel chuyên dụng cho bột mịn: Giải quyết triệt để lỗi báo sai thường gặp của cảm biến quang học (do bụi bột bám mờ thấu kính), duy trì khả năng nhận diện hạt chất rắn chính xác ngay cả trong môi trường nhiều bụi bột nếp.
  3. Tối ưu hóa năng lượng và áp lực nén khí: Nhờ ứng dụng van đảo chiều 5/2 đóng ngắt dứt khoát kết hợp bộ xilanh đôi dẫn hướng, năng lượng khí nén tiêu hao giảm 30% so với việc duy trì bơm thủy lực liên tục, đồng thời loại bỏ hoàn toàn nguy cơ rò rỉ dầu khoáng vào thực phẩm.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Khả năng nhân rộng và phương án triển khai tại cơ sở sản xuất

Mô hình được tối ưu hóa theo dạng module hóa khối (Modular Design), cho phép dễ dàng vận chuyển và lắp đặt tại các xưởng sản xuất bánh mứt kẹo truyền thống có diện tích hạn chế ($< 20\text{ m}^2$).

               BẢNG TÍNH THỜI GIAN HOÀN VỐN ĐẦU TƯ (ROI)
+------------------------------------+----------------------------------+
| Hạng mục chi phí                   | Giá trị ước tính (VNĐ)           |
+------------------------------------+----------------------------------+
| Tổng chi phí chế tạo máy (Capex)   | 22.500.000 VNĐ                   |
| Chi phí nhân công tiết giảm/tháng  | 6.000.000 VNĐ (Giảm 1 nhân công) |
| Giá trị sản lượng tăng thêm/tháng  | 3.500.000 VNĐ (Tăng 300% sl)     |
| Chi phí điện khí nén vận hành/tháng| - 800.000 VNĐ                    |
+------------------------------------+----------------------------------+
| Lợi nhuận ròng tăng thêm/tháng     | 8.700.000 VNĐ                    |
| THỜI GIAN HOÀN VỐN (ROI)           | ~ 2.6 THÁNG                      |
+------------------------------------+----------------------------------+

Yêu cầu điều kiện vận hành tại hiện trường

  • Hệ thống cấp điện: Nguồn điện lưới dân dụng 1 pha $220\text{ VAC}$, aptomat bảo vệ $15\text{ A}$, có dây tiếp địa ($R_{\text{đất}} < 4\Omega$) để triệt tiêu tĩnh điện gây nhiễu PLC.
  • Hệ thống cấp khí nén: Máy nén khí piston hoặc trục vít công suất $\ge 2\text{ HP}$, bình tích áp $\ge 70\text{ L}$, áp suất cung cấp đầu vào $6–8\text{ bar}$, trang bị cụm lọc đôi tách nước và bụi bẩn hạt $40\mu\text{m}$.
  • Môi trường làm việc: Nhiệt độ phòng $15–35^\circ\text{C}$, độ ẩm không khí $< 75%$ nhằm chống vón cục bột nguyên liệu.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Cụm phễu cấp bột vẫn sử dụng trọng lực kết hợp gạt cơ khí, đối với các loại bột có hàm lượng đường cát và độ ẩm cao ($> 15%$) có thể xảy ra hiện tượng bám dính thành phễu nếu không được gõ rung định kỳ.
  • Hệ thống chưa tích hợp cơ cấu cấp vỏ bao bì và hàn miệng túi màng co tự động ở đầu ra thành phẩm.

Hướng phát triển mở rộng

  1. Tích hợp động cơ bước (Stepper Motor) hoặc trục vít Mechatronics: Cải tiến cụm định lượng bột bằng trục vít xoắn điều khiển vòng hở/vòng kín qua phát xung tốc độ cao từ PLC Mitsubishi (lệnh PLSY/PLSR), nâng cao độ chính xác khối lượng bột xuống sai số $< \pm 0.2\text{ g}$.
  2. Nâng cấp công nghệ IIoT và SCADA: Tận dụng cổng mạng Ethernet sẵn có trên màn hình HMI Weintek MT8071iP để kết nối giao thức Modbus TCP/IP hoặc MQTT, truyền dữ liệu sản lượng, thời gian dừng máy (downtime) lên Web Server giám sát trực tiếp qua điện thoại thông minh.
  3. Tích hợp hệ thống kiểm tra chất lượng bằng Camera (Machine Vision): Ứng dụng cảm biến hình ảnh nhận diện các vết nứt, khuyết tật hoa văn trên bề mặt bánh và phân loại tự động sản phẩm lỗi qua xilanh thổi khí phản hồi nhanh.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên ngành Tự động hóa/Cơ điện tử: Nắm bắt được tài liệu thiết kế thực tế từ tính toán khí nén, vẽ 3D SolidWorks đến kỹ năng lập trình tuần tự PLC FX2N và thiết kế SCADA/HMI trên phần mềm công nghiệp chuyên dụng.
  • Kỹ sư tích hợp hệ thống (System Integrators): Tham khảo mẫu thiết kế module khí nén kết hợp cảm biến tiệm cận chống nhiễu trong môi trường sản xuất thực phẩm nhiều bụi bẩn.
  • Chủ cơ sở sản xuất & Hộ kinh doanh bánh truyền thống: Sở hữu phương án công nghệ nội địa hóa với chi phí thấp ($< 25\text{ triệu VNĐ}$), tăng năng suất gấp 4 lần, hoàn vốn nhanh trong vòng 3 tháng và đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn khắt khe về VSATTP của Bộ Y tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống có yêu cầu nguồn điện 3 pha công nghiệp để vận hành không?

Không. Hệ thống máy được thiết kế tối ưu cho các xưởng vừa và nhỏ, sử dụng nguồn điện dân dụng 1 pha $220\text{ VAC} - 50\text{ Hz}$. Nguồn cấp được biến đổi qua bộ chuyển nguồn tổ ong công nghiệp sang $24\text{ VDC} - 90\text{ W}$ để nuôi toàn bộ mạch PLC, HMI, cảm biến và cuộn hút van điện từ, đảm bảo an toàn tuyệt đối chống giật điện cho người thao tác.

2. Khi xảy ra sự cố nghẹt bột hoặc kẹt khuôn, hệ thống xử lý như thế nào?

Hệ thống tích hợp nút dừng khẩn cấp (Emergency Stop) phần cứng ngắt tức thời nguồn cấp khí của các van điện từ $5/2$. Đồng thời, trong chương trình PLC có cài đặt các bộ định thời giám sát hành trình (Watchdog Timers). Nếu xilanh không chạm cảm biến Airtac CS1-U trong vòng $3\text{ giây}$, còi báo động Y004 sẽ hú và hệ thống tự động khóa trạng thái để bảo vệ cơ cấu cơ khí.

3. Có thể điều chỉnh độ dày và độ chặt của bánh trên màn hình HMI không?

Độ chặt của bánh được điều chỉnh trực tiếp và chuẩn xác thông qua núm xoay của van điều áp khí nén cấp vào xilanh ép chính MAL 80 hoặc thay đổi thời gian nén duy trì ($T_0$) trên màn hình HMI Weintek. Chiều dày của bánh có thể tinh chỉnh linh hoạt thông qua cữ hành trình cơ khí ở đáy khuôn định hình.

4. Bụi bột nếp có làm hỏng cảm biến hành trình xilanh khí nén không?

Cảm biến hành trình Airtac CS1-U hoạt động dựa trên nguyên lý từ trường (nhận diện vòng nam châm vĩnh cửu tích hợp sẵn bên trong piston xilanh) và được bảo vệ kín hoàn toàn bên trong rãnh nhôm thân xilanh, do đó bụi bột bám bên ngoài hoàn toàn không ảnh hưởng đến độ nhạy và độ chính xác của cảm biến.

5. Chi phí bảo trì, thay thế linh kiện định kỳ hàng năm ước tính khoảng bao nhiêu?

Hệ thống sử dụng các linh kiện khí nén và điện tự động hóa tiêu chuẩn quốc tế có sẵn trên thị trường. Chi phí bảo trì chủ yếu là thay thế phớt làm kín xilanh và lõi lọc khí nén định kỳ sau mỗi 500.000 chu trình dập, ước tính chi phí bảo dưỡng chỉ dao động từ $500.000–1.000.000\text{ VNĐ/năm}$.

Kết luận

Đề tài "Thiết kế điều khiển lập trình máy làm bánh in tự động sử dụng PLC Mitsubishi" đã giải quyết triệt để bài toán tự động hóa dây chuyền sản xuất bánh truyền thống với kết quả thực nghiệm ấn tượng: nâng cao năng suất lên $720\text{ bánh/giờ}$, tỷ lệ thành phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng $> 97%$, tối ưu hóa chi phí đầu tư ở mức $22.5\text{ triệu VNĐ}$ và rút ngắn thời gian thu hồi vốn dưới 3 tháng. Mô hình không chỉ minh chứng cho khả năng ứng dụng hiệu quả của bộ điều khiển khả trình PLC Mitsubishi FX2N và màn hình HMI Weintek trong hiện đại hóa nông nghiệp - thực phẩm, mà còn mở ra tiềm năng thương mại hóa rộng rãi cho các làng nghề truyền thống trên toàn quốc. Các doanh nghiệp và xưởng sản xuất quan tâm có thể tiếp nhận chuyển giao công nghệ hoặc tham khảo kiến trúc hệ thống để phát triển các dây chuyền dập thực phẩm tự động hóa tương tự.