Giới thiệu dự án

Ngành sản xuất bánh kẹo truyền thống tại Việt Nam, đặc biệt là các dòng bánh đặc sản như bánh in (nguồn gốc từ xứ Huế, Bình Định và Sóc Trăng), đang đứng trước thách thức lớn về năng suất và tiêu chuẩn hóa chất lượng. Hiện nay, hơn 85% cơ sở sản xuất bánh in vừa và nhỏ (SME) vẫn duy trì phương pháp thủ công hoặc bán thủ công thô sơ. Quy trình này tồn tại nhiều nhược điểm nghiêm trọng: lực nén bột bằng tay không đều dẫn đến bánh dễ vỡ hoặc quá cứng, nhiệt độ nướng than củi/lò thủ công dao động từ 15% đến 25% gây cháy hoặc sống bánh, và tỷ lệ hao hụt nguyên liệu lên tới 12-18%. Đồng thời, việc tiếp xúc trực tiếp bằng tay không đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm (HACCP, ISO 22000).

Đề tài tốt nghiệp "Điều khiển và giám sát hệ thống máy sản xuất bánh in bằng PLC hãng Siemens" của nhóm sinh viên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa - Trường Đại học Công nghệ TP.HCM (HUTECH) được thực hiện nhằm giải quyết triệt để bài toán tự động hóa dây chuyền sản xuất bánh in quy mô vừa và nhỏ với chi phí tối ưu.

Mục tiêu dự án cụ thể

  1. Thiết kế cơ cấu cơ khí và chấp hành tự động: Chế tạo hệ thống cấp phôi, khuôn ép bánh đường kính 30–50 mm, độ dày 15–20 mm, trọng lượng phôi 50g bằng hợp kim không gỉ và khí nén đồng bộ.
  2. Xây dựng hệ thống điều khiển tự động bằng PLC Siemens S7-1200 CPU 1212C: Lập trình đồng bộ 3 xilanh khí nén 2 tác động thông qua van điện từ 5/2 và động cơ băng tải DC.
  3. Phát triển thuật toán điều khiển nhiệt độ PID closed-loop: Điều khiển thanh gia nhiệt 1650W qua rơ le bán dẫn Solid State Relay (SSR) Fotek SSR-40DA, đảm bảo nhiệt độ buồng sấy ổn định trong ngưỡng sai số $\le \pm 1.5^\circ\text{C}$.
  4. Thiết kế giao diện SCADA/HMI trên TIA Portal V16: Cho phép giám sát trạng thái thời gian thực, chuyển đổi linh hoạt giữa chế độ Manual/Auto, đếm sản lượng và ghi nhận nhật ký lỗi.
  5. Đạt chỉ số vận hành mục tiêu: Năng suất đạt 15 sản phẩm/phút (900 sản phẩm/giờ), giảm tỷ lệ phôi hỏng xuống dưới 2%, tối ưu chi phí đầu tư phần cứng dưới 10 triệu VNĐ.

Phạm vi và giới hạn: Mô hình tập trung vào công đoạn nạp bột, ép định hình, đẩy phôi và sấy nhiệt liên tục trên băng tải cho sản phẩm bánh in đơn khuôn một tầng. Đề tài không bao gồm khâu trộn bột tự động và đóng gói màng ngũ sắc thành phẩm.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Thị trường máy làm bánh hiện nay phân cực rõ rệt giữa gia công thủ công và dây chuyền công nghiệp nhập khẩu giá thành rất cao:

Tiêu chí Phương pháp thủ công Máy bánh quy SKYWIN Dây chuyền HENG YUAN Hệ thống PLC S7-1200 (Đề tài)
Xuất xứ / Công nghệ Dụng cụ khuôn gỗ/nhôm thủ công Trung Quốc / Servo Delta + PLC Đài Loan / Thép SUS, SIKE Sensor Tự thiết kế / Siemens S7-1200
Năng suất 120 - 200 chiếc/giờ 1.800 - 2.700 chiếc/giờ 1.000 - 6.000 chiếc/giờ 900 chiếc/giờ (15 chiếc/phút)
Độ đồng đều kích thước Thấp ($\pm 15%$) Rất cao ($\pm 1%$) Rất cao ($\pm 1%$) Cao ($\pm 2.5%$)
Kiểm soát nhiệt độ Cảm quan / Lò than Bộ điều khiển PID công nghiệp Hệ thống sấy nhiệt tự động đa vùng PID Auto-tuning trên PLC + SSR
Công suất tiêu thụ 0 kW 4.5 kW 9.5 kW 1.75 kW
Chi phí đầu tư < 2 triệu VNĐ ~293 triệu VNĐ ($12,500) ~500 triệu VNĐ ($21,500) ~8.5 triệu VNĐ (~$360)
Mức độ phù hợp hộ SME Không hiệu quả lâu dài Chi phí quá cao, khó hoàn vốn Quá lớn, cồng kềnh (1950 kg) Tối ưu chi phí, nhỏ gọn, dễ bảo trì

Yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW

  • Must Have (Bắt buộc):
    • Khởi động/Dừng khẩn cấp an toàn (E-Stop).
    • Chu trình ép tự động đồng bộ: Cấp bột $\rightarrow$ Nén $\rightarrow$ Đẩy phôi $\rightarrow$ Băng tải đưa qua buồng nhiệt.
    • Kiểm soát nhiệt độ PID buồng sấy từ $60^\circ\text{C} - 120^\circ\text{C}$.
    • Chế độ Manual vận hành độc lập từng cơ cấu phục vụ căn chỉnh và bảo trì.
  • Should Have (Nên có):
    • Màn hình SCADA giám sát trực quan các cảm biến I/O.
    • Bộ đếm sản lượng tức thời và lưu trữ nhật ký báo lỗi.
  • Could Have (Có thể có):
    • Cảnh báo còi/đèn tín hiệu 3 màu khi nhiệt độ vượt ngưỡng an toàn.
  • Won't Have (Chưa thực hiện):
    • Module thị giác máy tính (Machine Vision) phân loại bánh nứt vỡ.

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc phần cứng và công nghệ

Hệ thống sử dụng bộ điều khiển trung tâm Siemens SIMATIC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC (Mã: 6ES7 212-1AE40-0XB0), tích hợp 8 cổng Digital Input 24VDC, 6 cổng Digital Output Transistor 24VDC và 2 cổng Analog Input 0–10V.

      [Inputs]   [Analog In]   [Outputs]  [Pulse/PWM]   [PROFINET]
          Thermocouple TADP (AI0)         Relay SSR Fotek (Q0.0)
                                          Thanh gia nhiệt 1650W

Bảng phân bổ tín hiệu I/O trên PLC S7-1200

Địa chỉ I/O Loại tín hiệu Tên thiết bị Mã hiệu / Thông số kỹ thuật Chức năng
I0.0 Digital In Nút nhấn Start IDEC YW1B-M2E10 (NO, Green) Khởi động chu trình tự động
I0.1 Digital In Nút nhấn Reset IDEC YW1B-M2E10 (NC, Red) Reset trạng thái và xóa cờ lỗi
I0.2 Digital In Nút Chạy kết thúc Pushbutton NO Hoàn thành chu trình hiện tại và dừng máy
I0.3 Digital In Cảm biến quang E3F-DS10C4 (NPN NO, 3–10cm) Xác định vị trí phôi trên băng tải
I0.5 Digital In Công tắc Auto/Man 2-Position Selector Switch Lựa chọn chế độ Tự động / Thủ công
AI0 Analog In Cảm biến nhiệt độ Dây đo nhiệt TADP S-24-120 Đọc tín hiệu nhiệt độ buồng sấy
Q0.0 Digital Out Tín hiệu PWM/PID Fotek SSR-40DA (3~32VDC) Kích mở bán dẫn cấp nguồn 220VAC điện trở
Q0.1 Digital Out Động cơ băng tải Bringsmar JGB37-3530 (24VDC) Điều khiển đóng/ngắt băng tải qua Relay
Q0.2 Digital Out Van khí nén Xilanh 2 Airtac 4V210-08 (5/2, Coil 24V) Điều khiển hành trình xilanh ép định hình
Q0.3 Digital Out Van khí nén Xilanh 1 Airtac 4V210-08 (5/2, Coil 24V) Điều khiển xilanh cấp bột phễu
Q0.4 Digital Out Van khí nén Xilanh 3 Airtac 4V210-08 (5/2, Coil 24V) Điều khiển xilanh đẩy đáy khuôn lên
Q0.5 Digital Out Đèn báo sự cố AD16-16SM (24VDC, Còi chớp) Cảnh báo lỗi kẹt xilanh hoặc quá nhiệt

Methodology

Quy trình phát triển dự án áp dụng mô hình V-Model cải tiến trong Kỹ thuật Tự động hóa:

  1. Phân tích động học và tính chọn cơ khí: Tính toán công suất động cơ kéo băng tải, lực đẩy xilanh khí nén đảm bảo ép chặt bột bánh.
  2. Thiết kế sơ đồ nguyên lý & Mạch động lực: Phân tách rõ ràng giữa mạch điều khiển 24VDC (bảo vệ bằng Aptomat Mitsubishi BH-D6 2P 2A 6kA, module hạ áp LM2596) và mạch công suất 220VAC cho lò nhiệt.
  3. Lập trình điều khiển logic và thuật toán PID: Cấu hình khối hàm PID_Compact trong TIA Portal V16.
  4. Mô phỏng PLCSIM & Thiết kế giao diện HMI: Kiểm tra chuỗi tuần tự trước khi nạp vào phần cứng thật.
  5. Tích hợp và hiệu chuẩn thực nghiệm: Tinh chỉnh hệ số $K_p, T_i, T_d$ cho lò nhiệt và điều chỉnh lưu lượng khí nén trên van tiết lưu.

Implementation và kết quả

Development process

1. Tính toán động học và lựa chọn thiết bị

a. Tính chọn động cơ băng tải:

  • Chiều dài băng tải: $L = 1.32\text{ m}$, chiều rộng $b = 0.4\text{ m}$, độ dày đai $h = 3\text{ mm}$, khối lượng riêng $\rho = 1250\text{ kg/m}^3$. Đường kính tang $D = 100\text{ mm} = 0.1\text{ m}$, hệ số ma sát $\mu = 0.3$.
  • Số sản phẩm đồng thời trên băng tải: $n = 15$ phôi, khối lượng mỗi phôi $P = 50\text{g} = 0.05\text{ kg} \Rightarrow m_{\max} = 0.75\text{ kg}$.
  • Năng suất $N = 15\text{ sp/phút} \Rightarrow$ Thời gian 1 sản phẩm đi hết băng tải $t = 12.5\text{ s}$.
  • Vận tốc tuyến tính của băng tải: $$v = \frac{L}{t} = \frac{1.32}{12.5} \approx 0.0204\text{ m/s} = 2.04\text{ cm/s}$$
  • Lực ma sát và lực căng ban đầu $F_t \ge 70.84\text{ N} \Rightarrow \text{Chọn } F_t = 71\text{ N}$.
  • Công suất làm việc trên trục tang: $$P_{lv} = F_t \cdot v = 71 \cdot 0.0204 = 1.448\text{ W}$$
  • Tính với hệ số quá tải $k_{qt} = 2$ và hiệu suất dẫn động $\eta = 0.90$: $$P_{dc} = \frac{P_{lv} \cdot k_{qt}}{\eta} = \frac{1.448 \cdot 2}{0.90} = 3.218\text{ W}$$
  • Số vòng quay trục tang: $$n_{tang} = \frac{v \cdot 60}{\pi \cdot D} = \frac{0.0204 \cdot 60}{\pi \cdot 0.1} \approx 3.89\text{ rpm}$$
  • Qua bộ truyền tỉ số truyền $u_{sb} = 15 \Rightarrow n_{dc} = 58.44\text{ rpm}$. $\Rightarrow$ Lựa chọn: Động cơ DC giảm tốc Bringsmar JGB37-3530 (24VDC, tốc độ định mức 66 rpm, dòng định mức $I_n = 0.9\text{A}$, đáp ứng dư tải an toàn).

b. Tính toán hệ thống khí nén:

  • Khối lượng phôi lớn nhất $m = 0.75\text{ kg}$, áp suất khí nén làm việc $p = 8\text{ bar} = 8 \cdot 10^5\text{ N/m}^2$.
  • Lực ma sát lớn nhất: $F_{ms\max} = f \cdot m \cdot g = 0.8 \cdot 0.75 \cdot 9.81 = 5.886\text{ N}$.
  • Lực đẩy cần thiết của xilanh: $$F = \frac{\pi \cdot D^2}{4} \cdot p \ge F_{ms\max} \Rightarrow D \ge \sqrt{\frac{4 \cdot 5.886}{\pi \cdot 8 \cdot 10^5}} \approx 3.06\text{ mm}$$ $\Rightarrow$ Lựa chọn tiêu chuẩn: Xilanh kép Koganei PBDAS16X150 đường kính trong $D = 16\text{ mm}$, hành trình $S = 150\text{ mm}$, tạo lực đẩy định mức $F \approx 160.8\text{ N}$ (đảm bảo ép chặt định hình bột bánh in đạt độ xốp tiêu chuẩn).

2. Cấu trúc chương trình PLC & Thuật toán điều khiển

Chương trình PLC được chia thành các khối hàm chức năng (Function Blocks - FB, Organization Blocks - OB):

  • OB1 (Main): Quản lý quét chu trình, chuyển đổi chế độ Auto/Manual.
  • OB30 (Cyclic Interrupt - 100ms): Thực thi vòng lặp thuật toán PID_Compact điều khiển nhiệt độ buồng sấy.
  • FC1 (Sequence Control): Chu trình điều khiển tuần tự các van điện từ 5/2.
  • FC2 (Alarm & HMI Diagnostics): Quản lý lỗi quá nhiệt, kẹt xilanh, cảnh báo đèn còi.
// =========================================================================
// SCL Algorithm: Trích đoạn điều khiển logic chu trình tuần tự (Sequence Control)
// =========================================================================
REGION Automatic_Cycle_Sequence
    IF "Tag_Mode_Auto" AND "Tag_Start_Btn" AND NOT "Tag_EStop" THEN
        CASE #StepIndex OF
            0: // Bước 0: Khởi tạo & Đẩy đáy khuôn về vị trí chuẩn bị
                "Out_Valve_Eject_Q04" := FALSE;
                "Out_Valve_Dosing_Q03" := FALSE;
                "Out_Valve_Press_Q02"  := FALSE;
                IF "Tag_Powder_Ready" THEN
                    #StepIndex := 10;
                END_IF;

            10: // Bước 1: Xylanh 1 tiến cấp bột từ phễu vào khuôn
                "Out_Valve_Dosing_Q03" := TRUE;
                #Timer_Dosing(IN := TRUE, PT := T#1200MS);
                IF #Timer_Dosing.Q THEN
                    #Timer_Dosing(IN := FALSE);
                    "Out_Valve_Dosing_Q03" := FALSE; // Xylanh cấp bột lùi về
                    #StepIndex := 20;
                END_IF;

            20: // Bước 2: Xylanh 2 ép định hình bánh
                "Out_Valve_Press_Q02" := TRUE;
                #Timer_Press(IN := TRUE, PT := T#1000MS);
                IF #Timer_Press.Q THEN
                    #Timer_Press(IN := FALSE);
                    "Out_Valve_Press_Q02" := FALSE; // Xylanh ép lùi về
                    #StepIndex := 30;
                END_IF;

            30: // Bước 3: Xylanh 3 đẩy bánh đã định hình lên mặt khuôn
                "Out_Valve_Eject_Q04" := TRUE;
                #Timer_Eject(IN := TRUE, PT := T#700MS);
                IF #Timer_Eject.Q THEN
                    #Timer_Eject(IN := FALSE);
                    #StepIndex := 40;
                END_IF;

            40: // Bước 4: Xylanh 1 gạt bánh sang băng tải & Xylanh 3 hạ xuống
                "Out_Valve_Dosing_Q03" := TRUE;
                "Out_Valve_Eject_Q04"  := FALSE;
                #Timer_PushOut(IN := TRUE, PT := T#900MS);
                IF #Timer_PushOut.Q THEN
                    #Timer_PushOut(IN := FALSE);
                    "Out_Valve_Dosing_Q03" := FALSE;
                    "Product_Counter" := "Product_Counter" + 1;
                    #StepIndex := 50;
                END_IF;

            50: // Bước 5: Kích hoạt băng tải đưa bánh qua buồng nhiệt PID
                "Out_Conveyor_Q01" := TRUE;
                IF "Sensor_Position_I03" THEN
                    #StepIndex := 0; // Lặp lại chu trình
                END_IF;
        END_CASE;
    ELSE
        // Reset toàn bộ ngõ ra khi Stop hoặc chuyển Manual
        "Out_Valve_Dosing_Q03" := FALSE;
        "Out_Valve_Press_Q02"  := FALSE;
        "Out_Valve_Eject_Q04"  := FALSE;
        #StepIndex := 0;
    END_IF;
END_REGION

// =========================================================================
// PID Thermal Control Loop Execution (OB30 - Cyclic 100ms)
// =========================================================================
REGION Thermal_PID_Control
    // Chuyển đổi tín hiệu Analog từ Dây đo nhiệt độ sang độ C
    #Temp_Real := SCALE_X(MIN := 0.0, MAX := 150.0, 
                          VALUE := NORM_X(MIN := 0, MAX := 27648, VALUE := "Input_Temp_AI0"));

    // Khối hàm PID_Compact tích hợp của Siemens S7-1200
    "PID_Compact_Heating"(
        Setpoint := "HMI_Temp_Setpoint",       // Cài đặt từ HMI: 85.0 °C
        Input := #Temp_Real,
        ManualEnable := FALSE,
        Output => #PWM_Output_Real             // Giá trị đầu ra 0.0 - 100.0%
    );

    // Điều chế độ rộng xung PWM kích Relay bán dẫn SSR Fotek SSR-40DA
    "PWM_Generator"(
        DutyCycle := #PWM_Output_Real,
        Period := T#2S,
        PulseOut => "Out_SSR_Heater_Q00"
    );
END_REGION

Testing và validation

Quá trình kiểm thử được tiến hành qua 3 giai đoạn: Kiểm tra không tải (Dry Run), Kiểm tra tải nguyên liệu bột thực tế (Wet Run), và Đánh giá độ ổn định nhiệt PID.

Nhiệt độ (°C)
    0   1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  12  13  14  15

1. Thông số đáp ứng điều khiển nhiệt độ PID lò sấy

  • Thông số cấu hình sau Auto-Tuning: Hệ số khuếch đại $K_p = 4.25$, Thời gian tích phân $T_i = 118\text{ s}$, Thời gian vi phân $T_d = 17.5\text{ s}$.
  • Thời gian đáp ứng (Rise Time): Đạt $85^\circ\text{C}$ sau 4.2 phút từ nhiệt độ phòng ($28^\circ\text{C}$).
  • Độ vọt lố (Overshoot): $\Delta T_{\max} = 3.2^\circ\text{C}$ (tương đương $3.76%$, nằm trong giới hạn cho phép $< 5%$).
  • Sai số xác lập tĩnh (Steady-state Error): $e_{ss} \le \pm 1.1^\circ\text{C}$ duy trì liên tục trong suốt ca vận hành 4 giờ.

2. Kết quả kiểm thử chu trình cơ cấu chấp hành

Hạng mục kiểm thử Giá trị thiết kế Kết quả thực nghiệm Sai lệch Trạng thái
Thời gian chu trình 1 bánh 4.0 giây 3.85 giây -0.15s Đạt (Vượt chỉ tiêu)
Năng suất tức thời 15 bánh/phút 15.58 bánh/phút +3.8% Đạt yêu cầu
Độ chính xác định lượng bột $50\text{g} \pm 2\text{g}$ $49.8\text{g} \pm 1.2\text{g}$ $\pm 2.4%$ Đạt độ đồng đều
Độ nén chặt định hình Bánh không nứt khi rơi từ độ cao 20cm Không vỡ, bề mặt láng mịn 0% vỡ Đạt chất lượng cảm quan
Tỷ lệ sản phẩm lỗi (1000 mẫu) $< 3.0%$ 1.6% (16 sản phẩm lỗi) -1.4% Đạt

Kết quả đạt được

Hệ thống đã chế tạo hoàn chỉnh phần khung cơ khí vững chắc từ thép hình và nhôm định hình, tủ điện điều khiển công nghiệp chống bụi, cùng giao diện SCADA trên TIA Portal V16 hiển thị đầy đủ:

  1. Giao diện điều khiển chính: Nút bấm Start, Stop, Pause, Reset, chuyển đổi Auto/Manual, hiển thị trạng thái từng xilanh.
  2. Giao diện cấu hình nhiệt độ: Đồ thị Trend thời gian thực hiển thị đường nhiệt độ thực tế bám sát Setpoint.
  3. Màn hình cảnh báo lỗi: Ghi nhận lịch sử 100 sự kiện gần nhất (Kẹt phôi, áp suất khí giảm dưới 4 bar, quá nhiệt $> 130^\circ\text{C}$).

Đổi mới và đóng góp

  1. Tích hợp cơ cấu ép – đẩy đáy – gạt phôi đồng trục linh hoạt: Giải quyết triệt để vấn đề bột bánh in có tính chất dính và dễ vỡ vụn khi chưa nướng. Việc sử dụng xilanh đẩy đáy kết hợp xilanh gạt ngang giúp triệt tiêu ma sát thành khuôn.
  2. Ứng dụng giải pháp điều khiển nhiệt lai (PLC PID + SSR Fotek): Thay thế hoàn toàn các bộ điều khiển nhiệt rời (như Autonics, Omron) đắt tiền, gom toàn bộ việc xử lý dữ liệu và giám sát tập trung về S7-1200, giảm chi phí linh kiện tủ điện hơn 35%.
  3. Tối ưu hóa chi phí đầu tư cho làng nghề: Tạo ra một giải pháp tự động hóa với tổng chi phí sản xuất phần cứng chỉ ~8.5 triệu VNĐ, thấp hơn 97% so với dây chuyền ngoại nhập, giúp các hộ sản xuất truyền thống dễ dàng tiếp cận.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng thực tế

  • Cơ sở bánh truyền thống quy mô 3–5 nhân công: Thay thế 3 nhân công thủ công ở khâu ép và nướng bánh, giải phóng sức lao động và đảm bảo vệ sinh 100%.
  • Mô hình đào tạo thực hành tại các trường Đại học/Cao đẳng: Làm mô hình giảng dạy tích hợp đa môn học: Khí nén thủy lực, Lập trình PLC Siemens, Kỹ thuật cảm biến và Điều khiển nhiệt độ PID.
         (Tuần 1 - 2)                   (Tuần 3 - 5)                 (Tuần 6 - 7)
     (Tuần 11 - 12)                 (Tuần 9 - 10)                    (Tuần 8)

Phân tích hiệu quả kinh tế (ROI)

  • Chi phí đầu tư ban đầu: 8,500,000 VNĐ.
  • Tiết kiệm chi phí nhân công: Giảm 2 nhân công đứng máy ép thủ công (tiết kiệm ước tính: $2 \times 6,000,000 = 12,000,000\text{ VNĐ/tháng}$).
  • Thời gian hoàn vốn (Payback Period): $$\text{Thời gian hoàn vốn} = \frac{\text{Chi phí đầu tư}}{\text{Lợi nhuận ròng tiết kiệm hàng tháng}} = \frac{8,500,000}{12,000,000 - 1,500,000\text{ (tiêu thụ điện, bảo trì)}} \approx 0.81\text{ tháng (~25 ngày)}.$$

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Phễu nạp bột vẫn cần người bổ sung thủ công định kỳ sau mỗi 200 sản phẩm.
  • Khuôn ép hiện tại là dạng đơn (1 bánh/lần ép), chưa tích hợp cụm mâm xoay đa khuôn (Rotary Table) để nâng cao vượt bậc năng suất.
  • Băng tải sử dụng dây đai tiêu chuẩn, chưa bọc teflon chịu nhiệt cao trên $150^\circ\text{C}$ cho các loại bánh đòi hỏi nướng chín sâu.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Tích hợp cảm biến Loadcell: Tự động cân định lượng bột trước khi xilanh ép hoạt động để đảm bảo độ đồng đều khối lượng đạt $\pm 0.5%$.
  • Nâng cấp mâm xoay 4–8 vị trí: Tăng năng suất lên 60–90 sản phẩm/phút.
  • Mở rộng kết nối Industrial IoT (IIoT): Sử dụng giao thức OPC UA hoặc MQTT trên S7-1200 để đẩy dữ liệu sản lượng lên Web Server/Cloud phục vụ quản trị từ xa qua điện thoại thông minh.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Tự động hóa / Cơ điện tử: Tài liệu tham khảo toàn diện về tính toán cơ cấu chấp hành khí nén, thiết kế mạch điện công nghiệp và kỹ thuật viết code SCL/PID trên TIA Portal V16.
  • Kỹ sư tích hợp hệ thống (System Integrators): Tham khảo kiến trúc kết hợp tối ưu giữa PLC cỡ nhỏ và rơ le bán dẫn SSR trong bài toán điều khiển nhiệt độ quán tính lớn.
  • Chủ cơ sở sản xuất bánh kẹo truyền thống: Giải pháp khả thi về mặt tài chính để hiện đại hóa sản xuất, đáp ứng tiêu chuẩn vệ sinh và bứt phá doanh thu trong các dịp cao điểm lễ Tết.
  • Nhà nghiên cứu / Giảng viên: Mô hình thực nghiệm mẫu phục vụ nghiên cứu các thuật toán điều khiển phi tuyến, mờ hóa (Fuzzy-PID) trong công nghiệp chế biến thực phẩm.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống yêu cầu nguồn cấp và điều kiện hạ tầng thế nào để vận hành?

Hệ thống sử dụng nguồn điện dân dụng 1 pha 220VAC/50Hz (công suất tổng ~1.75kW) và một máy nén khí mini cung cấp áp suất khí nén từ 0.4 đến 0.8 MPa (lưu lượng khí tối thiểu 40 lít/phút).

2. Làm thế nào để thay đổi kích thước và hình dáng hoa văn của bánh in?

Người vận hành chỉ cần tháo 2 ốc định vị cụm khuôn dập để thay đổi khuôn mẫu (tròn, vuông, hoa sen) trong thời gian dưới 5 phút; hành trình xilanh được tự động điều chỉnh linh hoạt thông qua cảm biến hành trình từ tính gắn trên thân Koganei PBDAS16X150.

3. Tại sao chọn Relay bán dẫn SSR thay vì Relay cơ khí thông thường để điều khiển thanh gia nhiệt?

Relay cơ khí có tần số đóng cắt thấp và phát sinh tia lửa điện gây mòn tiếp điểm chỉ sau vài chục nghìn lần tác động. Relay bán dẫn Fotek SSR-40DA đóng cắt bằng linh kiện bán dẫn (Triac/Optocoupler) với tần số cao (chu kỳ PWM 1–2 giây), không gây ồn, không phát tia lửa và có tuổi thọ trên 10 triệu chu kỳ, đáp ứng hoàn hảo cho thuật toán PID.

4. Hệ thống xử lý thế nào khi xảy ra sự cố kẹt bánh hoặc quá nhiệt?

Khi cảm biến vị trí không nhận tín hiệu sau khoảng thời gian Timeout (cài đặt 5s) hoặc nhiệt độ buồng sấy vượt quá $130^\circ\text{C}$, PLC sẽ lập tức ngắt toàn bộ van khí nén, ngắt kích SSR điện trở, bật còi chớp AD16-16SM và khóa liên động (Interlock) cho đến khi người vận hành nhấn nút Reset (I0.1).

5. Chi phí bảo trì định kỳ của máy ước tính bao nhiêu?

Chi phí bảo trì rất thấp, ước tính khoảng 300,000 – 500,000 VNĐ/năm, chủ yếu cho việc châm dầu bôi trơn khí nén, vệ sinh lọc khí và kiểm tra độ căng đai băng tải.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Điều khiển và giám sát hệ thống máy sản xuất bánh in bằng PLC hãng Siemens" đã chứng minh tính khả thi vượt trội trong việc ứng dụng công nghệ tự động hóa hiện đại vào hiện đại hóa các ngành nghề truyền thống tại Việt Nam. Bằng việc kết hợp chính xác giữa bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-1200, thuật toán điều khiển nhiệt độ PID closed-loop qua SSR và hệ thống cơ cấu khí nén đồng bộ, đề tài đã giải quyết trọn vẹn các điểm nghẽn về năng suất, chất lượng đồng đều và an toàn vệ sinh thực phẩm. Với tổng mức kinh phí chế tạo tối ưu cùng thời gian hoàn vốn dưới 1 tháng, mô hình sẵn sàng để chuyển giao và ứng dụng thực tiễn rộng rãi tại các cơ sở sản xuất trên toàn quốc.