Điều khiển và giám sát hệ thống cân và đóng gói gạo tự động

Đồ án điều khiển và giám sát hệ thống cân đóng gói gạo tự động - Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

• Tác giả: Phan Trần Kiều Phi
• Người hướng dẫn: TS. Trần Vi Đô
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Điều khiển và giám sát hệ thống cân và đóng gói gạo tự động
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống cân và đóng gói gạo tự động

Hệ thống cân và đóng gói gạo tự động là đề tài nghiên cứu trọng điểm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Công trình do sinh viên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa phát triển dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Trần Vi Đô. Ngành nông nghiệp Việt Nam đứng hàng đầu thế giới về xuất khẩu gạo. Tuy nhiên, quy trình đóng bao truyền thống vẫn phụ thuộc nhiều vào nhân công. Phương pháp thủ công làm giảm tốc độ xuất xưởng và gây sai số khối lượng hạt. Mô hình nghiên cứu ra đời nhằm giải quyết triệt để bài toán tự động hóa dây chuyền nông sản. Hệ thống liên kết chặt chẽ giữa cơ cấu cơ khí, bộ điều khiển PLC Siemens và cảm biến đo lường. Thiết bị vận hành khép kín từ khâu nạp nguyên liệu, cân định lượng đến hàn nhiệt bao bì thành phẩm. Các thao tác diễn ra liên tục với chu kỳ ngắn. Tỷ lệ hao hụt nguyên liệu giảm rõ rệt. Năng suất lao động tại xưởng chế biến tăng cao. Hệ thống là giải pháp kỹ thuật tiêu biểu, đáp ứng mục tiêu hiện đại hóa công nghệ sau thu hoạch tại Việt Nam.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu đề tài tại HCMUTE

Đề tài tốt nghiệp được thực hiện tại Khoa Đào tạo Chất lượng cao thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Hai sinh viên Phan Trần Kiều Phi và Hồ Quang Hiệp đảm nhận thiết kế chế tạo hệ thống. Mục tiêu chính là làm chủ công nghệ điều khiển tự động trong sản xuất nông sản. Mô hình kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết điều khiển tự động và thực tiễn cơ khí chính xác. Đề tài tập trung tối ưu hóa cơ cấu chiết rót, định lượng và đóng gói gạo hạt. Nghiên cứu mang tính ứng dụng thực tế cao, phục vụ giảng dạy chuyên ngành và tạo tiền đề phát triển các thiết bị công nghiệp quy mô lớn.

1.2. Vai trò tự động hóa trong chế biến gạo

Tự động hóa giữ vị trí then chốt trong chuỗi cung ứng nông sản xuất khẩu hiện đại. Quy trình đóng bao truyền thống thường gặp sự cố sai lệch khối lượng và rách mép túi. Áp dụng hệ thống cân tự động giúp duy trì độ chính xác cao cho từng mẻ hàng. Cơ chế cấp liệu tự động kiểm soát dòng chảy hạt gạo trơn tru. Bộ phận gia nhiệt ép mép túi tạo mối hàn kín và thẩm mỹ. Nhà máy tiết kiệm đáng kể chi phí thuê nhân công trực tiếp. Thời gian đóng gói trên từng đơn vị sản phẩm rút ngắn tối đa. Doanh nghiệp gia tăng năng lực cạnh tranh và đảm bảo tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm quốc tế.

II. Thách thức trong hệ thống cân và đóng gói gạo tự động

Thiết kế hệ thống đóng gói gạo tự động đối mặt với nhiều rào cản kỹ thuật phức tạp. Trở ngại hàng đầu nằm ở độ trễ quán tính của dòng hạt rời khi rơi tự do vào phễu cân. Lượng gạo còn lơ lửng trong không khí sau khi ngắt van nạp luôn tạo sai số khối lượng. Nếu không bù trừ kịp thời, mẻ sản phẩm sẽ không đồng đều. Ngoài ra, rung động cơ khí từ động cơ và băng tải dễ gây nhiễu tín hiệu cân. Tín hiệu điện áp xuất ra từ cảm biến Loadcell rất nhỏ, ở mức milivolt. Tín hiệu này dễ bị méo do từ trường xung quanh các thiết bị đóng cắt nguồn. Khâu hàn nhiệt bao bì cũng đòi hỏi khả năng kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt. Nhiệt độ thấp khiến mép bao nylon không dính chặt, làm lọt khí và hỏng gạo. Nhiệt độ quá cao lại gây cháy xém màng nhựa và tạo khuyết tật bao bì. Cơ cấu chấp hành khí nén cần phản hồi dứt khoát tại từng chu kỳ kẹp mép. Việc điều phối nhịp nhàng giữa cân tải, nạp liệu và xả liệu yêu cầu thuật toán điều khiển tin cậy. Sai lệch trong khâu lập trình có thể làm gián đoạn toàn bộ chuỗi sản xuất.

2.1. Sai số định lượng và nhiễu tín hiệu cảm biến

Độ chính xác định lượng hạt gạo chịu tác động mạnh bởi hiện tượng nhiễu môi trường. Trong quá trình nạp, dòng hạt rơi liên tục tạo lực xung kích cơ học lên mặt cân. Tác động ngoại lực này làm cảm biến Loadcell dao động điện áp bất thường. Bản thân tín hiệu ra từ cầu điện trở Loadcell chỉ đạt biên độ vài milivolt. Tín hiệu biên độ nhỏ rất nhạy cảm với can nhiễu từ nguồn điện lưới và động cơ kéo. Nếu không qua mạch khuếch đại chuyên dụng và lọc số, giá trị thu nhận về PLC sẽ biến động liên tục. Hậu quả là khối lượng từng túi gạo bị chênh lệch lớn ngoài ngưỡng cho phép.

2.2. Khó khăn trong đồng bộ cơ cấu đóng bao hàn kín

Sự đồng bộ giữa các cơ cấu chấp hành cơ khí là thách thức lớn. Hệ thống bao gồm xilanh kẹp miệng bao bì, bộ gia nhiệt ép dán và băng tải xả hàng. Thời gian xilanh tác động phải khớp chuẩn xác với thời điểm gạo xả hết khỏi phễu. Nếu kẹp mép quá sớm, hạt gạo văng ra ngoài gây thất thoát. Ngược lại, kẹp mép quá trễ làm giảm nhịp độ vận hành toàn dây chuyền. Bên cạnh đó, việc điều hòa thời gian dẫn nhiệt trên màng nhựa đòi hỏi độ ổn định cao. Sai lệch chỉ một vài mili-giây cũng làm biến dạng bao bì hoặc gây hở mối hàn miệng bao.

III. Giải pháp thiết kế hệ thống cân và đóng gói gạo tự động

Giải pháp kỹ thuật của nhóm nghiên cứu tập trung vào mô hình hóa 3D trên SolidWorks và tích hợp phần cứng công nghiệp. Cấu trúc cơ khí khung sắt vững chắc triệt tiêu rung chấn trong khi vận hành. Trung tâm điều khiển là bộ lập trình PLC Siemens kết hợp môi trường TIA Portal V17. Cảm biến Loadcell tải trọng 5kg dạng thanh song song đảm nhận đo lường khối lượng với ngưỡng thử nghiệm tối đa 700g. Để khử nhiễu tín hiệu đo, hệ thống tích hợp bộ chuyển đổi tín hiệu JY-S85. Mạch JY-S85 khuếch đại điện áp milivolt thành tín hiệu tương tự ổn định rồi truyền về module analog của PLC. Khâu ép miệng túi sử dụng thanh hàn nhiệt trở kết hợp xilanh khí nén tác động kép. Các van điện từ 24VDC điều phối luồng khí nén chuẩn xác theo lệnh từ chương trình PLC. Giao diện người máy Siemens Simatic HMI kết nối Ethernet thời gian thực với PLC. Màn hình HMI hiển thị thông số khối lượng, số lượng bao bì và các nút thao tác điều khiển. Băng tải dẫn động bởi động cơ DC đảm nhận đưa thành phẩm vào thùng chứa một cách ổn định và liên tục.

3.1. Cấu hình phần cứng và giải pháp xử lý tín hiệu

Hệ thống sử dụng cảm biến Loadcell hợp kim nhôm tải trọng 5kg dạng thanh song song. Cảm biến kết nối với bộ chuyển đổi JY-S85 qua 4 dây tín hiệu và dây chống nhiễu. JY-S85 trang bị bộ khuếch đại vi sai chuyên dụng và điện trở hệ số nhiệt thấp. Nhờ đó, thiết bị đảm bảo tính tuyến tính và triệt tiêu trôi nhiệt độ môi trường. Điện áp ngõ ra của bộ JY-S85 được đưa trực tiếp vào chân nhận tín hiệu analog của PLC Siemens. Toàn bộ chuỗi thu thập dữ liệu duy trì tốc độ lấy mẫu cao. Thuật toán lọc nội tại trên PLC làm mượt giá trị đọc trước khi kích hoạt cửa xả gạo.

3.2. Thuật toán điều khiển PLC và giao diện giám sát HMI

Chương trình điều khiển được biên soạn trên nền tảng TIA Portal V17 theo cấu trúc tuần tự rõ ràng. PLC quản lý chu trình nạp liệu, so sánh giá trị cân thực tế với ngưỡng đặt 700g và điều khiển xilanh cấp liệu. Khi đạt đủ khối lượng, xilanh xả đáy mở để gạo rơi vào bao bì. Tiếp theo, cơ cấu xilanh ép nhiệt kích hoạt hàn mép túi theo thời gian thiết lập. Màn hình Siemens Simatic HMI giao tiếp qua chuẩn truyền thông cáp mạng Ethernet công nghiệp. Người vận hành dễ dàng theo dõi số mẻ hoàn thành, hiệu chỉnh thông số định lượng và xử lý cảnh báo khi xảy ra sự cố phát sinh.

IV. Đánh giá ứng dụng hệ thống cân và đóng gói gạo tự động

Hệ thống cân và đóng gói gạo tự động tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đạt kết quả thử nghiệm khả quan. Toàn bộ chu trình từ cân đo, kẹp miệng túi, hàn nhiệt đến vận chuyển bao thành phẩm hoạt động đồng bộ và ổn định. Sai số định lượng nằm trong ngưỡng sai lệch cho phép đối với nông sản đóng gói. Cơ cấu hàn nhiệt đảm bảo mép túi kín khít, phẳng phiu và không xảy ra rò rỉ nguyên liệu. Tốc độ đóng gói đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật đề ra cho mô hình xưởng thực nghiệm. Thành công của đề tài khẳng định tính khả thi cao khi mở rộng ra quy mô công nghiệp. Doanh nghiệp chế biến có thể nâng cấp tải trọng Loadcell để phục vụ đóng gói bao 5kg, 10kg hoặc 50kg. Việc sử dụng biến tần điều khiển động cơ ba pha sẽ thay thế động cơ DC khi tải trọng tăng cao. Mô hình còn là giáo cụ trực quan giá trị phục vụ công tác giảng dạy chuyên sâu ngành Tự động hóa. Dự án chứng minh năng lực sáng tạo và kỹ năng ứng dụng công nghệ hiện đại của sinh viên kỹ thuật.

4.1. Hiệu quả vận hành và độ chính xác thực nghiệm

Quá trình vận hành thực nghiệm chứng minh độ bền bỉ của cơ cấu cơ khí và tính chuẩn xác của cảm biến đo lường. Hệ thống hoàn tất một chu trình định lượng và hàn mép bao bì trong thời gian ngắn. Sai số cân trên mẫu thử 700g đạt độ ổn định cao, đáp ứng các tiêu chuẩn thương mại thông thường. Cơ cấu hàn nhiệt kiểm soát tốt độ dính kết của màng bao nylon mà không gây thủng mép túi. Sự liên động giữa van điện khí nén và PLC diễn ra trơn tru. Hệ thống giảm thiểu triệt để hiện tượng vương vãi hạt gạo ra sàn trong mọi ca vận hành.

4.2. Tiềm năng thương mại hóa và mở rộng công nghiệp

Mô hình sở hữu tính linh hoạt cao nhờ kiến trúc điều khiển module hóa từ Siemens. Thiết kế cho phép dễ dàng tích hợp thêm các trạm tự động kế tiếp như đóng thùng carton hay xếp bao lên pallet. Khi ứng dụng tại các nhà máy quy mô lớn, hệ thống có thể chuyển đổi sang cảm biến Loadcell công suất cao hơn. Cơ cấu băng tải cũng dễ dàng nâng cấp sang động cơ xoay chiều ba pha đi kèm biến tần để chịu tải nặng. Đề tài mở ra tiềm năng hợp tác chuyển giao công nghệ giữa Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM và các doanh nghiệp chế biến nông sản trong nước.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia sản xuất và xuất khẩu nông sản hàng đầu thế giới với các mặt hàng chủ lực như lúa gạo, cà phê và các loại hạt. Trong dây chuyền chế biến và đóng gói nông sản công nghiệp, công đoạn định lượng đóng vai trò thiết yếu nhằm xác định chính xác tỷ lệ nguyên liệu thô, bán thành phẩm và thành phẩm. Thực tế tại các phân xưởng đóng gói truyền thống cho thấy, quá trình cân đong và đóng gói thường đòi hỏi bố trí từ hai đến ba nhân công phụ trách cho mỗi cụm máy để tiếp liệu, đóng bao và giám sát vận hành. Phương thức bán tự động hoặc thủ công này bộc lộ nhiều hạn chế về năng suất, phát sinh sai số do thao tác người lao động, làm gia tăng chi phí vận hành và giảm tính cạnh tranh của doanh nghiệp. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn về việc tự động hóa khâu định lượng nhằm đảm bảo khối lượng tiêu chuẩn đồng nhất, đề tài "Control and monitoring the automatic weighing and packing rice system" (Điều khiển và giám sát hệ thống cân và đóng gói gạo tự động) đã được thực hiện.

Mục tiêu nghiên cứu và các thông số kỹ thuật cốt lõi được tác giả xác định bao gồm:

1. Thiết kế và chế tạo mô hình cơ khí hệ thống cân và đóng gói gạo tự động có kích thước bao tổng thể: dài 80 cm, rộng 60 cm, cao 110 cm.
2. Thực hiện định lượng đóng gói cho mỗi bao gạo trong phạm vi khối lượng từ 200 gam đến 400 gam tùy thuộc vào giá trị cài đặt.
3. Đảm bảo sai số khối lượng thành phẩm trong giới hạn cho phép là 5%.
4. Đạt năng suất vận hành thiết kế là 60 bao/giờ.
5. Đối tượng vật liệu định lượng: hạt gạo; loại bao bì sử dụng: túi nylon kích thước 17 x 27 cm (loại túi 1 kg không có quai xách).
6. Tích hợp chức năng tự động đếm tổng số lượng bao thành phẩm hoàn thành.
7. Xây dựng giao diện màn hình Siemens Simatic HMI phục vụ công tác giám sát, cài đặt thông số và điều khiển vận hành cho người dùng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ định lượng khối lượng hạt gạo bằng cảm biến lực (loadcell) và cơ cấu hàn nhiệt niêm phong miệng túi; hệ thống điều khiển tự động sử dụng khả trình PLC Siemens S7-1200 và giao diện giám sát HMI.
• Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thực nghiệm quy mô phòng thí nghiệm (chỉ sử dụng trong nhà - indoor use only). Hệ thống giới hạn ở khâu cân định lượng hạt gạo nhỏ hơn 400 gam và dán kín miệng túi nylon; quá trình cấp túi rỗng vẫn cần người thao tác đưa vào bằng tay (chưa tích hợp cơ cấu cấp túi tự động); hệ thống không tích hợp chức năng kiểm tra và phát hiện lỗi khuyết tật trên bao bì thành phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình kỹ thuật tác giả áp dụng:

• Nguyên lý đo lường khối lượng điện tử: Sử dụng cảm biến lực loadcell dạng thanh biến dạng (strain gauge parallel beam). Loadcell đóng vai trò bộ chuyển đổi cơ - điện, chuyển đổi ứng suất biến dạng cơ học dưới tác dụng của trọng lực thành tín hiệu điện thế nhỏ (đơn vị mV/V). Do tín hiệu ngõ ra có biên độ thấp, tác giả sử dụng bộ chuyển đổi và khuếch đại tín hiệu tải trọng JY-S85 (hoặc khối hiển thị OM402LC) để chuẩn hóa thành tín hiệu điện áp tuyến tính tương thích ngõ vào Analog của PLC.
• Cơ chế hàn nhiệt bao bì nhựa (Heat-sealing method): Sử dụng thanh hàn nhiệt gia nhiệt cục bộ kết hợp với lực ép từ xi lanh khí nén nhằm làm nóng chảy lớp màng nylon tại miệng túi, ép dính các phân tử polymer lại với nhau tạo đường hàn kín, ngăn chặn sự xâm nhập của không khí và vi khuẩn.
• Lý thuyết điều khiển logic lập trình: Ứng dụng cấu trúc điều khiển tập trung trên nền tảng PLC (Programmable Logic Controller), hoạt động theo chu kỳ quét vòng lặp (đọc ngõ vào, thực thi chương trình logic, cập nhật ngõ ra) để điều phối đồng bộ các cơ cấu chấp hành khí nén và động cơ truyền động.

Phương pháp nghiên cứu thực tế đã triển khai:

• Phương pháp thiết kế cơ khí 3D: Toàn bộ kết cấu khung giá đỡ, các phễu chứa, giá đỡ cảm biến và vị trí bố trí thiết bị được mô hình hóa và lắp ráp ảo trên phần mềm SOLIDWORKS 2021 trước khi gia công thực tế.
• Phương pháp tính toán và thiết kế hệ thống khí nén: Tính toán lực đẩy của xi lanh dựa trên định luật ma sát $F > F_{ms_max} = \mu \cdot N$, tính toán lưu lượng khí $C_v$ và thời gian hành trình để lựa chọn xi lanh khí nén tác động kép và van phân phối khí 5/2 phù hợp.
• Phương pháp lập trình và tích hợp hệ thống: Xây dựng chương trình điều khiển theo chu trình trạng thái (gồm chế độ tự động - Auto và chế độ bằng tay - Manual) trên phần mềm TIA Portal V17; thiết kế giao diện vận hành và phân quyền truy cập trên màn hình cảm ứng Siemens Simatic HMI qua giao thức mạng Ethernet.

Nguồn dữ liệu nghiên cứu: Dữ liệu nghiên cứu được trích xuất từ các tài liệu hướng dẫn kỹ thuật chính thức (datasheets) của Siemens (PLC S7-1200 CPU 1214C, HMI KTP 4 inch), tài liệu cảm biến tải trọng 5kg, bộ khuếch đại JY-S85, thiết bị khí nén SMC và Koganei, cùng các tài liệu sáng chế và bài báo chuyên ngành về máy định lượng dùng loadcell và máy hàn túi nhựa.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế phân tầng không gian cơ học gồm 4 tầng chức năng hoạt động theo chiều thẳng đứng từ trên xuống dưới:

• Tầng 1: Phễu nạp và xả nguyên liệu thô (chứa khối lượng hạt gạo lớn chuẩn bị định lượng).
• Tầng 2: Cụm cân định lượng gồm phễu tròn hứng gạo gắn trên cơ cấu giá chữ U liên kết với cảm biến loadcell 5kg.
• Tầng 3: Cơ cấu kẹp giữ miệng bao bì và ngàm ép hàn nhiệt niêm phong miệng túi nylon.
• Tầng 4: Tấm đỡ đáy túi, cơ cấu xi lanh đẩy sản phẩm thành phẩm ra băng tải dẫn động bằng động cơ DC, kết hợp cảm biến quang đếm số lượng bao đưa vào thùng chứa.

Cấu trúc phần cứng và thiết bị điện - khí nén được lựa chọn và tính toán cụ thể:

STT	Tên thiết bị / linh kiện	Mã hiệu / Quy cách kỹ thuật	Số lượng	Chức năng trong hệ thống
1	Bộ điều khiển khả trình (PLC)	Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC (6ES7214-1AG40-0XB0)	01	Bộ điều khiển trung tâm (14 DI 24VDC, 10 DO 24VDC, 2 AI 0-10VDC)
2	Màn hình giao diện (HMI)	Siemens Simatic HMI 4 inch (6AV2123-2DB03-0AX0)	01	Cài đặt thông số, giám sát cảnh báo và biểu đồ xu hướng
3	Cảm biến tải trọng (Loadcell)	5kg Parallel Beam Type (vật liệu hợp kim nhôm)	01	Cảm nhận trọng lượng hạt gạo trong phễu định lượng
4	Bộ chuyển đổi tín hiệu cân	JY-S85 Weight Transmitter	01	Khuếch đại tín hiệu loadcell đưa về ngõ vào Analog PLC
5	Bộ nguồn xung công nghiệp	Nguồn tổ ong 24V - 20A có quạt tản nhiệt	01	Cấp nguồn một chiều cho PLC, HMI, cảm biến và cuộn hút van
6	Động cơ kéo băng tải	Động cơ giảm tốc DC DS400 (Điện áp 24VDC)	01	Dẫn động băng tải dài 44 cm, rộng 10 cm vận chuyển bao gạo
7	Cảm biến phát hiện bao gạo	Cảm biến quang phản xạ khuếch tán E3F-DS10C4	01	Đếm số lượng bao gạo thành phẩm đã hoàn thành
8	Rơ le bán dẫn (SSR)	RM1A48D50 (50A, điện áp tải 42 - 530VAC)	01	Đóng cắt mạch cấp nhiệt cho ngàm hàn miệng túi
9	Rơ le trung gian kiếng	Omron MY4N 14 chân (Cuộn hút 24VDC, tải tiếp điểm 3A)	Nhiều bộ	Cách ly và đệm công suất điều khiển thiết bị ngoại vi
10	Aptomat (Aptomat/CB)	BS1112TV	01	Bảo vệ đóng cắt an toàn toàn bộ nguồn điện hệ thống
11	Nút nhấn & Đèn báo	LA38-11BN (1NO+1NC); Đèn AD16-22D/S 22mm 24V	Đầy đủ	Vận hành tại chỗ trên tủ điện điều khiển

Hệ thống khí nén sử dụng tổng cộng 8 xi lanh khí nén tác động kép kết hợp hệ thống van điện từ 5/2, phân bổ chi tiết như sau:

STT	Loại xi lanh	Mã hiệu kỹ thuật	Số lượng	Nhiệm vụ thực thi
1	Xi lanh trượt ngang	CXSL15-10 (Áp suất 0.5 MPa, tải 1 kg)	02	Đóng và mở nắp trượt đáy phễu cấp gạo chính
2	Xi lanh trượt ngang	CXSL10-30 (Áp suất 0.5 MPa, tải 0.7 kg)	01	Đóng và mở đáy xả của phễu định lượng khối lượng
3	Xi lanh kẹp	CXSM10-10-Y7BW	02	Kẹp giữ cố định miệng túi nylon trong quá trình rót gạo
4	Xi lanh ngàm ép	AIRTAC TN 16x100	02	Điều khiển chuyển động tịnh tiến ép ngàm hàn nhiệt dán miệng bao
5	Xi lanh đẩy sản phẩm	CXSM15-100	01	Đẩy bao gạo thành phẩm từ bàn đỡ sang băng tải

Về điều khiển khí nén, nhóm tác giả bố trí cụm 4 van điện từ SMC SYJ3143-5LOZ để điều khiển các xi lanh cơ cấu cơ học và 1 van Koganei A110-4E1-83-PSL chuyên biệt dùng cho xi lanh ngàm ép nhiệt nhằm thuận tiện trong việc giám sát nhiệt độ và áp suất tiếp xúc miệng bao.

Về phương án truyền động băng tải: Ban đầu tác giả xem xét phương án sử dụng động cơ xoay chiều 3 pha Siemens 1LA3182-2YK60 công suất 3 HP kết hợp biến tần Siemens Micromaster MM420 (giao tiếp RS-485/Profibus). Tuy nhiên, qua tính toán thực tế với tải trọng bao gạo nhẹ (tối đa 700 gam đến 1 kg) và quãng đường băng chuyền ngắn (dài 44 cm, rộng 10 cm, đường kính trục con lăn 33 mm, chu vi 103,6 mm, tốc độ 63 vòng/phút), việc dùng biến tần là không cần thiết và gây tốn kém chi phí. Do đó, nhóm tác giả đã tối ưu thiết kế bằng cách chuyển đổi sang sử dụng động cơ một chiều giảm tốc DS400 24VDC có cấu tạo đơn giản, giá thành thấp và điều khiển trực tiếp qua tiếp điểm rơ le.

Tổng kinh phí dự toán linh kiện phục vụ gia công, chế tạo hệ thống được thống kê chính xác là 15.535.000 VNĐ (trong đó thiết bị PLC chiếm 6.000.000 VNĐ, HMI chiếm 5.500.000 VNĐ, bộ phận hàn nhiệt 1.215.000 VNĐ, khung cơ khí 750.000 VNĐ, vỏ tủ điện 730.000 VNĐ, dây nối và ốc vít 700.000 VNĐ, bộ chuyển đổi loadcell 550.000 VNĐ, bộ nguồn 300.000 VNĐ, động cơ DC 200.000 VNĐ và các chi tiết phụ trợ khác).

Nội dung chính theo từng chương

Chapter 1. Overview

Chương này tổng quan về vị thế ngành sản xuất nông nghiệp xuất khẩu của Việt Nam và tầm quan trọng của hệ thống cân định lượng động trong nhà máy chế biến. Tác giả phân loại máy đóng gói tự động theo cấp độ tự động hóa (tự động, bán tự động), theo chức năng và theo ngành hàng (dược phẩm, đồ uống giải khát, bánh kẹo, hóa chất bảo vệ thực vật). Xác lập đề tài nghiên cứu cụ thể cho đối tượng hạt gạo đóng túi nylon bằng phương pháp dán nhiệt. Đồng thời, chương 1 công bố toàn bộ mục tiêu kỹ thuật (kích thước máy, năng suất 60 bao/giờ, dải cân 200g - 400g, sai số 5%), cấu trúc 6 chương của khóa luận, các giới hạn đề tài và phân tích khả năng ứng dụng thực tế vào dây chuyền sản xuất nhằm giảm nhân công, giảm lỗi thao tác.

Chapter 2. Background

Chương 2 tập trung khảo cứu các tài liệu khoa học liên quan đến cấu tạo nguyên lý cân điện tử sử dụng cảm biến lực loadcell dựa trên mạch cầu strain gauge và các phương pháp dán nhiệt miệng bao bì nhựa màng mỏng. Phân tích nguyên lý vận hành hai chế độ: Auto (hệ thống tự động thực hiện chuỗi tuần tự từ nạp, cân, trút gạo vào bao, hàn miệng và đẩy ra băng tải) và Manual (cho phép kỹ sư điều khiển độc lập từng xi lanh để phục vụ căn chỉnh, sửa chữa). Phân tích cấu trúc hệ thống giám sát trên màn hình HMI Siemens Simatic với các trang chức năng: hiển thị trạng thái đèn báo thiết bị, bảng thông báo lỗi hệ thống (Alarm) và màn hình đồ thị xu hướng (Trend) giúp theo dõi độ ổn định của giá trị cân từ loadcell nhằm phát hiện sai lệch kịp thời. Thiết lập sơ đồ khối chức năng hoàn chỉnh của hệ thống bao gồm: Khối nguồn 24V, Khối điều khiển trung tâm PLC S7-1200, Khối hiển thị HMI, Khối nhận tín hiệu ngoại vi (nút bấm, cảm biến quang, bộ khuếch đại loadcell) và Khối cơ cấu chấp hành đầu ra (van khí nén điều khiển xi lanh, ngàm hàn nhiệt, động cơ DC băng tải).

Chapter 3. Design system on SOLIDWORK

Trình bày chi tiết bản vẽ thiết kế 2D và mô hình hóa 3D hệ thống trên phần mềm SOLIDWORKS 2021. Khung máy chính có kích thước 20 x 20 x 110 cm, sử dụng 14 thanh nhôm định hình 20x20 dài 20 cm và 4 thanh dài 110 cm liên kết bằng ốc ren và ke góc nhôm. Phễu cấp gạo chính phía trên được ghép từ các tấm nhựa mica gồm 2 tấm mặt trước - sau, 2 tấm mặt bên và 1 tấm đáy trượt đóng mở. Phễu cân định lượng bên dưới được thiết kế dạng hình phễu tròn để dòng gạo chảy vào túi đều đặn không bị ứ đọng; thiết kế thanh gá chữ U riêng biệt để gắn loadcell 5kg nhằm triệt tiêu lực rung tác động khi xi lanh đóng mở cửa xả. Trình bày chi tiết bản vẽ bố trí thiết bị bên trong tủ điện (các góc chiếu Top view, Front view, Inside view). Tính toán lựa chọn các phần tử: tải trọng băng tải (lực kéo 40N, vận tốc băng chuyền dựa trên trục đường kính 33 mm quay 63 rpm), kiểm nghiệm lực đẩy của xi lanh đẩy sản phẩm $F > F_{ms_max} = 0,8 \times (0,7 \times 9,8) \approx 5,49\text{ N}$. Lựa chọn van đảo chiều 5/2 SMC SYJ3143-5LOZ và Koganei A110-4E1-83-PSL dựa trên công thức tính lưu lượng dòng khí qua hệ số $C_v$ và diện tích lòng xi lanh. Sơ đồ kết nối chân chức năng của bộ khuếch đại JY-S85 với 5 chân vào phía cảm biến (+SIG, -SIG, +EXC, -EXC, SHLD) và 5 chân ra phía PLC/Nguồn (Vin, GND, Io, Vo, SHLD). Bảng thống kê chi tiết toàn bộ danh mục vật tư thiết bị và kinh phí thực hiện dự án.

Chapter 4. Software design

Nội dung chương trình bày quy trình xây dựng phần mềm điều khiển trên TIA Portal V17. Thiết lập cấu hình phần cứng kết nối mạng giữa PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC và HMI Siemens Simatic qua cổng truyền thông Ethernet. Lập trình thuật toán điều khiển tổng thể cho toàn hệ thống, cấu trúc các khối chương trình con (subroutines) riêng biệt quản lý chu trình chạy tự động (Auto running program) và chế độ vận hành bằng tay (Manual running program). Thiết kế cấu trúc cây giao diện HMI gồm các trang: Trang chủ (Home), Trang điều khiển vận hành (Operation), Trang giám sát giá trị cân và biểu đồ (Trend screen), Trang hiển thị nhật ký sự kiện/cảnh báo (Alarm screen). Xây dựng cơ chế phân quyền bảo mật thành hai cấp độ người dùng riêng biệt: quyền kỹ sư (Authorization of Engineers - can thiệp cài đặt các thông số hệ thống, thời gian hàn nhiệt, ngưỡng cân) và quyền người vận hành (Authorization of Users - chỉ thực hiện thao tác cơ bản như bấm nút chạy, dừng và giám sát số lượng bao thành phẩm).

Chapter 5. Experimental results

Chương này đánh giá kết quả thực nghiệm sau khi hoàn thiện chế tạo mô hình thực tế. Đánh giá chất lượng gia công lắp ráp phần cứng cơ khí, độ kín khít của các phễu mica và cơ cấu trượt của các xi lanh khí nén. Đánh giá độ tin cậy của phần mềm điều khiển trên TIA Portal V17 và tính đáp ứng của giao diện HMI trong việc hiển thị dữ liệu thời gian thực từ loadcell. Phân tích kết quả vận hành đóng gói bao bì hạt gạo thực tế, kiểm tra chất lượng đường hàn dán miệng bao nylon đảm bảo kín, bền chắc, không làm cháy xém biến dạng vật liệu nhựa. Bảng thống kê số liệu chạy thử nghiệm thực tế hệ thống qua nhiều mẻ cân liên tục nhằm đo lường sai số khối lượng và năng suất định lượng đóng gói đạt được.

Chapter 6. Conclusion and recommendations

Tổng kết toàn bộ các kết quả thiết kế, chế tạo và thử nghiệm đạt được so với các mục tiêu kỹ thuật ban đầu đề ra của đồ án tốt nghiệp. Phân tích các mặt hạn chế còn tồn tại do giới hạn về mặt thời gian, kinh phí chế tạo và trình độ chuyên môn của sinh viên. Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và hướng mở rộng nghiên cứu tiếp theo nhằm nâng cấp hệ thống đạt mức độ tự động hóa hoàn toàn để ứng dụng hiệu quả trong môi trường sản xuất công nghiệp thực tế.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính của đề tài:

• Chế tạo thành công mô hình hệ thống cơ - điện tử hoàn chỉnh theo bản vẽ SOLIDWORKS 2021 với kết cấu khung nhôm định hình 20x20 vững chắc, kích thước hệ thống gọn gàng phù hợp môi trường nghiên cứu thực hành.
• Hệ thống thực hiện chuẩn xác chu trình định lượng và đóng gói gạo trong dải khối lượng thiết kế từ 200 gam đến 400 gam/bao, đáp ứng sai số thành phẩm nằm trong ngưỡng thiết kế 5%.
• Năng suất đóng gói thực tế đạt mức thiết kế 60 bao/giờ; các cơ cấu xi lanh khí nén vận hành nhịp nhàng; cảm biến quang E3F-DS10C4 ghi nhận và đếm chính xác từng bao gạo sau khi được đẩy ra băng tải.
• Bộ ngàm dán nhiệt điều khiển qua rơ le bán dẫn kết hợp xi lanh AIRTAC TN 16x100 cho mối hàn dán miệng túi nylon 17 x 27 cm phẳng đẹp, bám dính chắc chắn, không xuất hiện vệt đen hay hiện tượng cháy thủng bề mặt túi.
• Xây dựng hoàn chỉnh chương trình điều khiển logic trên TIA Portal V17 với 2 chế độ Auto/Manual và giao diện HMI Siemens 4 inch trực quan, hỗ trợ tốt chức năng hiển thị đồ thị sai số (Trend) và cảnh báo vận hành (Alarm).

Đóng góp kỹ thuật do nhóm tác giả tự xác định:

• Đã giải quyết được bài toán tích hợp liên hoàn giữa cân định lượng động hạt nông sản rời và công đoạn bao gói, dán miệng túi trên cùng một hệ thống cơ khí 4 tầng nhỏ gọn.
• Thiết kế kết cấu thanh gá chữ U độc lập cho cảm biến lực loadcell, giúp loại bỏ ảnh hưởng tiêu cực của lực va đập và rung động khi xi lanh đóng mở cửa xả đến độ nhạy và độ chính xác của cảm biến lực.
• Đưa ra giải pháp tối ưu hóa kinh tế - kỹ thuật hợp lý: thay thế phương án dùng động cơ 3 pha kèm biến tần đắt tiền bằng động cơ DC giảm tốc 24VDC chuyên dụng, giúp giảm đáng kể chi phí chế tạo (tổng ngân sách chỉ ở mức 15.535.000 VNĐ) mà vẫn đáp ứng đầy đủ yêu cầu công nghệ của hệ thống tải nhẹ.
• Xây dựng hệ thống giao diện HMI có phân quyền tài khoản rõ ràng (Engineers và Users), nâng cao tính an toàn và tiện lợi trong quản lý sản xuất.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Các hạn chế được nhóm tác giả ghi nhận trong văn bản:

• Hệ thống chưa có cơ cấu cấp túi tự động: người vận hành vẫn phải trực tiếp lồng túi nylon vào ngàm kẹp bằng tay ở từng chu kỳ đóng gói.
• Phạm vi hoạt động của mô hình chỉ thiết kế giới hạn cho môi trường trong nhà (indoor use only), chưa có khả năng kháng ẩm, chống bụi công nghiệp theo các tiêu chuẩn khắc nghiệt.
• Hệ thống mới dừng lại ở việc cân và đóng gói theo tải trọng đặt trước, hoàn toàn chưa có chức năng tự động kiểm tra lỗi bao bì (như phát hiện mép hàn bị hở, rách hoặc tự động loại bỏ các bao có khối lượng không đạt chuẩn ra khỏi băng tải).

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo được tác giả đề xuất:

• Nghiên cứu thiết kế và tích hợp thêm cụm cơ cấu cấp và mở miệng túi nylon tự động (sử dụng giác hút chân không hoặc cơ cấu tay gắp) để loại bỏ hoàn toàn thao tác thủ công của con người.
• Nghiên cứu cải tiến thuật toán điều khiển cân định lượng trên PLC (như thuật toán bù trừ lượng rơi tự do của dòng hạt gạo khi xi lanh vừa đóng cửa xả) nhằm giảm thiểu sai số đo lường xuống mức thấp hơn 5%.
• Bổ sung cụm cảm biến kiểm tra độ kín của đường hàn nhiệt và cơ cấu xi lanh gạt phân loại tự động để loại bỏ sản phẩm lỗi trước khi thành phẩm rơi vào thùng chứa.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận tốt nghiệp này là nguồn tham khảo kỹ thuật hữu ích đối với:

• Sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử, Kỹ thuật Chế tạo máy đang thực hiện đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp liên quan đến hệ thống tự động hóa quá trình định lượng, đóng gói sản phẩm rời.
• Kỹ sư thiết kế hệ thống tự động quy mô nhỏ cần tham khảo phương pháp kết nối, xử lý tín hiệu analog từ cảm biến lực loadcell thông qua bộ khuếch đại JY-S85 về đầu vào analog của PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C.

Các nội dung kỹ thuật có giá trị tham khảo cao trong khóa luận:

• Cách thức bố trí không gian phân tầng cơ khí 4 tầng trên mô hình nhôm định hình 20x20 và phương pháp cách ly lực rung cho loadcell bằng giá đỡ chữ U trên SOLIDWORKS 2021.
• Toàn bộ phương pháp tính toán lực ma sát, lực đẩy xi lanh khí nén, tính lưu lượng van khí $C_v$, sơ đồ đấu nối mạch điện động lực và mạch điều khiển PLC chi tiết.
• Cấu trúc chương trình điều khiển hai chế độ Auto/Manual, thuật toán xử lý tín hiệu cân và cách thiết kế giao diện HMI chuẩn công nghiệp (gồm màn hình Trend và Alarm, phân cấp quyền truy cập Engineers/Users).

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả quyết định thay thế động cơ xoay chiều 3 pha kèm biến tần MM420 bằng động cơ DC giảm tốc DS400 24VDC cho băng tải?
Trong thiết kế ý tưởng ban đầu, nhóm tính đến động cơ 3 pha Siemens 3 HP và biến tần Siemens Micromaster MM420. Tuy nhiên, do mô hình thực nghiệm có kích thước nhỏ, quãng đường vận chuyển bao gạo ngắn (băng tải dài 44 cm, rộng 10 cm) với tải trọng sản phẩm nhẹ (chỉ từ 200g đến 700g), băng tải chỉ có nhiệm vụ đưa sản phẩm vào thùng gom mà không cần điều chỉnh dải tốc độ phức tạp. Việc sử dụng động cơ DC giảm tốc DS400 24VDC giúp đơn giản hóa mạch điện, giảm kích thước và tiết kiệm đáng kể chi phí lắp đặt mà vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

2. Hệ thống sử dụng tổng cộng bao nhiêu xi lanh khí nén và phân bổ chức năng cụ thể như thế nào?
Hệ thống sử dụng tổng cộng 8 xi lanh khí nén tác động kép, phân bổ theo các nhiệm vụ:

• 02 xi lanh trượt CXSL15-10: Đóng và mở nắp trượt xả gạo của phễu cấp chính phía trên.
• 01 xi lanh trượt CXSL10-30: Đóng và mở cửa xả đáy của phễu cân định lượng.
• 02 xi lanh CXSM10-10-Y7BW: Kẹp giữ chắc chắn miệng túi nylon trong quá trình xả gạo.
• 02 xi lanh AIRTAC TN 16x100: Ép ngàm hàn nhiệt dán kín miệng túi.
• 01 xi lanh CXSM15-100: Đẩy bao gạo thành phẩm từ tấm đỡ ra băng tải sau khi hoàn tất dán miệng túi.

3. Tín hiệu đo lường từ cảm biến lực Loadcell 5kg được chuyển đổi và kết nối với PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C ra sao?
Cảm biến lực Loadcell 5kg (loại song song, hợp kim nhôm, 4 dây) xuất tín hiệu vi sai điện áp rất nhỏ dạng mV/V. Tín hiệu này được đưa vào bộ chuyển đổi khuếch đại tín hiệu tải trọng JY-S85 qua các chân +SIG, -SIG cùng nguồn nuôi kích thích +EXC, -EXC. Mạch khuếch đại JY-S85 sử dụng bộ khuếch đại chuyên dụng và điện trở hệ số nhiệt thấp để chuyển đổi tín hiệu sang dạng điện áp tương tự tuyến tính 0 - 10VDC (chân Vo và GND) và truyền trực tiếp vào ngõ vào tương tự Analog Input (AI) tích hợp sẵn trên CPU PLC S7-1200 để xử lý tính toán khối lượng.

4. Giao diện giám sát Siemens Simatic HMI cung cấp những tính năng quản trị và hiển thị đặc thù nào?
Giao diện HMI được thiết kế các tính năng chuyên biệt gồm:

• Màn hình đồ thị xu hướng (Trend screen): Theo dõi trực quan sự biến thiên khối lượng của lượng gạo đang cân theo thời gian thực, giúp giám sát độ ổn định và phát hiện sai số định lượng.
• Màn hình thông báo sự cố (Alarm screen): Bảng thông báo chi tiết trạng thái vận hành và cảnh báo lỗi tức thời để người vận hành xử lý kịp thời.
• Phân quyền bảo mật hai cấp: Quyền Kỹ sư (Engineers) có quyền cài đặt ngưỡng khối lượng định lượng, chỉnh thời gian hàn nhiệt và tham số hệ thống; quyền Người vận hành (Users) chỉ được phép thao tác nút chạy/dừng cơ bản và quan sát số liệu sản phẩm.

5. Tổng dự toán kinh phí để hoàn thành mô hình hệ thống là bao nhiêu?
Tổng chi phí dự toán linh kiện để hoàn thành hệ thống là 15.535.000 VNĐ. Trong đó, chi phí lớn nhất thuộc về các thiết bị tự động hóa chính hãng bao gồm bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-1200 (6.000.000 VNĐ) và màn hình Siemens Simatic HMI (5.500.000 VNĐ).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Phan Trần Kiều Phi và Hồ Quang Hiệp đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công mô hình hệ thống điều khiển và giám sát cân định lượng và đóng gói gạo tự động ứng dụng PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C và HMI Simatic. Hệ thống vận hành ổn định ở dải định lượng 200g - 400g/bao, sai số dưới 5%, năng suất đạt 60 bao/giờ và hoàn thành tốt chu trình hàn nhiệt dán kín miệng túi nylon kết hợp đếm thành phẩm tự động. Mô hình đáp ứng trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm, giải quyết hài hòa bài toán tối ưu chi phí kỹ thuật và là tài liệu tham khảo có giá trị cao cho sinh viên cùng các kỹ sư chuyên ngành Điều khiển và Tự động hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION THESIS AUTOMATION AND CONTROL ENGINEERING TECHNOLOGY CONTROL AND MONITORING THE AUTOMATIC WEIGHING AND PACKING RICE SYSTEM $'9,625 : TRAN VI DO, Ph.D STUDENTS: PHAN TRAN KIEU PHI HO QUANG HIEP  SKL011320 Ho Chi Minh City, JuQH 202 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING -----------------⸙∆⸙----------------- GRADUATION PROJECT CONTROL AND MONITORING THE AUTOMATIC WEIGHING AND PACKING RICE SYSTEM Student 1: PHAN TRAN KIEU PHI Student’s ID: 19151083 Student 2: HO QUANG HIEP Student’s ID: 19151055 Major: AUTOMATION AND CONTROL ENGINEERING TECHNOLOGY Advisor: TRAN VI DO, Ph.D Ho Chi Minh City, June 27th, 2023 THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, , 2023 GRADUATION PROJECT ASSIGNMENT Student name: Phan Tran Kieu Phi Student ID: 19151083 Student name: Ho Quang Hiep Student ID: 19151055 Major: Automation and Control Engineering Technology Class: 1915CLA Advisor: Ph.D Tran Vi Do Phone number: 0866 408 284 Date of assignment: 06/02/2023 Date of submission: 30/06/2023 1. Project title: Control and monitoring the automatic weighing and packing rice system 2. Initial materials provided by the advisor:  Datasheet of Siemens Simatic HMI.  How to use loadcell, sealing part.

Content of the project:  The system designed on SOLIDWORKS software.  Selection of suitable equipment for the system.  Realistic model construction with iron hardware using PLC control device, Loadcell weighing system and packing by heat sealing method.  Write a program for the system in Tia Portal V17 software.

 Siemens Simatic HMI control interface design.  Graduation thesis report. Final product:  System model design on SOLIDWORKS.  The automatic weighing and packing rice system.

 Program to control system on Tia Portal V17 software, monitoring interface on Siemens Simatic HMI. CHAIR OF THE PROGRAM ADVISOR (Sign with full name) (Sign with full name) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, , 2023 ADVISOR’S EVALUATION SHEET Student name: Phan Tran Kieu Phi Student ID: 19151083 Student name: Ho Quang Hiep Student ID: 19151055 Major: Automation and Control Engineering Technology Project title: Control and monitoring the automatic weighing and packing rice system Advisor: Ph.D Tran Vi Do EVALUATION 1. Content of the project:. Approval for oral defense? (Approved or denied).

Ho Chi Minh City, (month day, year) ADVISOR (Sign with full name) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, , 2023 PRE-DEFENSE EVALUATION SHEET Student name: Phan Tran Kieu Phi Student ID: 1 9 1 5 1 0 8 3 Student name: Ho Quang Hiep Student ID: 1 9 1 5 1 0 5 5 Major: Automation and Control Engineering Technology Project title: Control and monitoring the automatic weighing and packing rice system Name of Reviewer: EVALUATION 1. Content and workload of the project. Approval for oral defense? (Approved or denied). Reviewer questions for project valuation .) Ho Chi Minh City, (month day, year) REVIEWER (Sign with full name) Declaration Of Authorship I hereby declare that this thesis was carried out by ourself under the guidance and supervision of Ph.D Tran Vi Do; and that the work contained and the results in it are true by author and have not violated research ethics.

The data and figures presented in this thesis are for analysis, comments, and evaluations from various resources by my own work and have been duly acknowledged in the reference part. In addition, other comments, reviews and data used by other authors, and organizations have been acknowledged, and explicitly cited. I will take full responsibility for any fraud detected in my thesis. Ho Chi Minh City, day month year Author 1 (signature and full name) Author 2 (signature and full name) Acknowledgment The graduation thesis is the last big project we have to complete in order to graduate and become an engineer.

This is a project that applies all the knowledge we have learned during our four years of university.