Đặt vấn đề Trong thời đại công nghiệp 4.0, tự động hóa ngày càng khẳng định vai trò tiên quyết tronng việc nâng cao giá trị và chất lượng hàng hoá. Đặc biệt, đối với lĩnh vực chế biến lương thực thực phẩm, việc áp dụng công nghệ tự động hóa vào dây chuyền sản xuất mang lại nhiều lợi ích to lớn, từ việc tiết kiệm chi phí, tăng năng suất đến đảm bảo an toàn thực phẩm. Vì vậy, việc phát triển các mô hình tự động đang trở thành xu hướng tất yếu và cần thiết.1 Lò sấy công nghiệp Khi xác định được nhu cầu cụ thể và đọc tài liệu liên quan, sinh viên nhận thấy việc ứng dụng mô hình sản xuất sấy chuối tự động sẽ mang lại lợi ích rất lớn. Đề tài này không chỉ phù hợp với các hộ kinh doanh gia đình nhỏ lẻ mà còn có tiềm năng phát triển để ứng dụng cho các doanh nghiệp chế biến lớn.
Mô hình sản xuất sấy chuối tự động sẽ giải quyết các vấn đề được đưa ra, đồng thời nâng tầm giá trị cho sản phẩm. Việc nghiên cứu và chế tạo mô hình này giúp góp phần phát triển ngành chế biến, đặc biệt là lĩnh vực trái cây sấy khô. BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trên cơ sở những lý do trên, nhóm sinh viên xin phép trình bày và thực hiện ý tưởng về đề tài " Điều khiển mô hình hệ thống sấy chuối tự động ". Đây là một đề tài có ứng dụng cao vào thực tế của thị trường.1 Công nghệ sấy trên thế giới Trên thế giới có nhiều phương pháp sản xuất NN khác nhau, ở các nước phát triển và đang phát triển có sự khác nhau.
Sản xuất NN ở các nước phát triển như Mỹ, Australia, châu Âu mang tính tập trung kích thước lớn, TDH cao. Vì vậy, công nghệ sấy nông sản ở các nước phát triển có hàm lượng kỹ thuật cao, quy mô lớn và tập trung. Các công nghệ như sấy tháp, sấy tầng sôi,… được sử dụng rộng rãi. Đối với những nước đang phát triển, chủ yếu là các nước Đông Nam Á như Philippines, Lào, Indonesia,… sản xuất nông nghiệp với quy mô nhỏ nên sản phẩm công nghệ sấy NN chỉ là những công nghệ sấy đơn giản, nhưng cũng đã mang lại nhiều hiệu quả thiết tiễn, kết quả là tiết kiệm rất nhiều chi phí cho nông dân như sử dụng khí nóng để sấy đảo chiều.
Ngoài ra, những đơn vị sản xuất lớn hiện nay đang áp dụng các công nghệ tiên tiến hơn với quy mô lớn hơn và có mức độ tự động cao hơn. “Bên cạnh đó, việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ sấy tiết kiệm năng lượng, mang yếu tố bảo vệ môi trường, phục vụ phát triển nông nghiệp bền vững cũng đang nhận được sự quan tâm trên thế giới, ví dụ như ở Ấn Độ, Thái Lan và Việt Nam cũng đã nghiên cứu và triển khai ứng dụng một số loại máy sấy sử dụng năng lượng mặt trời làm nguồn nhiệt hỗ trợ. Những nông sản chủ yếu đã được ứng dụng sấy bằng năng lượng mặt trời như chuối, ớt, cá, tôm, nui, nấm” [1].2 Nhà sấy nông sản sử dụng năng lượng mặt trời ở Ấn Độ và Thái Lan BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.3 Ống thu năng lượng mặt trời cấp nhiệt cho quá trình sấy 1.2 Công nghệ sấy ở Việt Nam Việt Nam là một nước NN với những sản lượng chủ lực như lúa gạo, cà phê, hồ tiêu cùng một số loại nông sản khác. Cùng xu thế hội nhập quốc tế với những thị trường đòi hỏi chất lượng cao, công nghệ máy sấy cũng đã và đang được phát triển theo hướng đảm bảo chất lượng, TDH cao, năng suất lớn, tiết kiệm năng lượng và bền vững.
Đảm bảo chất lượng: Nhằm phục vụ nhu cầu của thị trường về chất lượng nông sản, với xu thế hội nhập thị trường quốc tế. Quy mô lớn: Đối với các loại nông sản hiện nay phần lớn nông dân sẽ bán ngay sau khi gặt hái, do đó việc sấy chủ yếu tại các nhà máy xay xát hoặc các xưởng sấy thuê tập kết. Vì vậy, quy mô rất lớn lên đến vài trăm tấn/ngày. Với kích thước lớn như vậy thì nhu cầu về TDH là rất cần thiết.
Tính bền vững, bảo vệ năng lượng cao: Việc đánh giá công nghệ dựa vào hiệu suất sấy và bảo vệ năng lượng trở thành yếu tố quan trọng, khi nguồn vật liệu ngày càng mất dần và giá thì tăng cao. Ngoài ra, việc sử dụng nguồn năng lượng sạch thay thế cho nguồn hoá thạch được xem là khuynh hướng không thể tránh khỏi, nhằm giảm chất thải gây ảnh hưởng đến hiệu ứng nhà kính và tăng cường tính vững bền trong sản xuất NN. BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.4 Hệ thống dây chuyền sấy của Vinamit “Để có thể có tạo ra sản phẩm đúng ý, ông chủ công ty Vinamit quyết định tiếp tục bỏ tiền ra đầu tư rất nhiều máy sấy của nước ngoài về để xem công nghệ của họ đã làm đến đâu và cùng các cộng sự mày mò tháo lắp, nghiên cứu. Nhằm đảm bảo điều kiện thí nghiệm cũng như đẩy nhanh thời gian tìm ra công nghệ mới, công tác R&D (nghiên cứu và phát triển) được ông Viên kết hợp với các nhà khoa học bên Đài Loan thực hiện để đánh giá tính khả thi, rồi sau đó cho chạy pilot (thử nghiệm quy mô lớn) và thiết kế, chế tạo toàn bộ thiết bị ở Việt Nam.
Trong thiết kế chế tạo chiếc máy sấy đông khô ấy, ông Viên phải kết hợp rất nhiều ứng dụng công nghệ - kỹ thuật, từ điện khí lạnh cho tới điện toán, chân không” [2]. Máy sấy lạnh đã được tối ưu hơn so với máy sấy thông thường chủ yếu là do có thể hạ thấp nhiệt độ khi sấy. Vì vậy, máy sấy lạnh ra đời với mong muốn đóng góp nhằm nâng cao chất lượng cho nông sản. BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.5 Máy sấy lạnh SASAKI 1.
Mục tiêu Tìm hiểu lý thuyết, kỹ thuật có liên quan cũng như tìm hiểu các phương pháp cắt, rải và sấy chuối hiện có. Từ đó phân tích các nguyên lý hoạt động trong ngành chế biến thực phẩm. Tìm hiểu chính xác và trực quan nhất về công nghệ xử lí sấy khô nông sản. Lên kế hoạch và thi công sơ đồ hệ thống sấy chuối tự động.
Đưa ra các thành phần cơ khí, điện tử và phần mềm cần thiết cho hệ thống. Mục tiêu đề ra như sau: - Thiết kế cơ khí và hệ thống điện cho máy sấy chuối. - Viết chương trình điều khiển hệ thống. - Nghiên cứu và tối ưu hóa các thông số: nhiệt độ, độ ẩm và thời gian sấy.
- Đánh giá về mặt chất lượng nhằm ứng dụng vào thực tiễn. BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Giới hạn Đề tài mới dừng lại ở bước thiết kế thử nghiệm, thực hành và lắp đặt trên mô hình có kích cỡ nhỏ, vận hành với các yêu cầu kỹ thuật, các thông số vận hành cơ bản đã đề ra. Nội dung nghiên cứu Những nội dung và kết quả nghiên cứu chính của báo cáo được đưa ra trong các phần như sau: Chương 1: Tổng Quan Nội dung: Tổng quan về đặt vấn đề, mục tiêu, giới hạn của đề tài, nội dung nghiên cứu.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết Nội dung: Trình bày cơ sở lý thuyết về các công nghệ sấy, PLC hãng Siemens, SCADA. Chương 3: Thi công mô hình Nội dung: Chương này sẽ nói về những thiết bị cần thiết thi công mô hình. Chương 4: Giải thuật điều khiển Nội dung: Mô tả hoạt động của hệ thống, giải thuật điều khiển. Trình bày chi tiết các lệnh sử dụng Chương 5: Kết quả - Nhận xét – Đánh giá Nội dung: Trình bày kết quả đạt, đưa ra nhận xét và đánh giá.
Chương 6: Kết luận – Hướng phát triển Nội dung: Đưa ra kết luận, hướng phát triển thực tế. BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2. CỞ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tìm hiểu về nguyên liệu sấy 2.
- Đông Nam Á: Việt Nam, Indo và Thái Lan. - Châu Phi: Các quốc gia như Cameroon, Ghana và Bờ Biển Ngà - Trung Mỹ: Costa Rica, Panama,… - Nam Mỹ: Ecuador 2. Có 3 loại chính ở Việt Nam: - Chuối tiêu (chuối già) Hình 2.1 Chuối tiêu - Chuối gòng ( chuối tây) Hình 2.2 Chuối Tây BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Chuối bơm Hình 2.3 Cấu trúc của quả chuối.4 Tính chất vật lý cơ bản của chuối quả. - “Khối lượng riêng: p = 977 kg/m3 - Nhiệt dung riêng: c = 1.0269 kJ/kgK - Hệ số dẫn nhiệt: = 0.52 W/mK - Kích thước của quả chuối: d = 2 5 cm, l = 8 ÷ 20 cm - Khối lượng: 50 200 gram - Độ ẩm vật liệu sấy: Độ ẩm của chuối trước khi đưa vào sấy: 1 = 75 80% Độ ẩm của chuối sau khi sấy: 2 = 15 20% - Nhiệt độ sấy cho phép: t = (60 90) 0C” [3].
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.5 Thành phần hóa học cơ bản của chuối quả.1 Thành phần cơ bản của chuối Nước 76.6 Nguyên nhân ảnh hưởng đến chuối sấy - Biến đổi về mặt cơ học: dạng, nứt, gãy, độ cứng,… - Biến đổi lý hoá: sự biến đổi hệ keo bởi vì pha rắn (protein, tinh bột, glucose, .) bị thoái hoá thuộc về những biến đổi lý hoá. - Biến đổi hoá sinh: Các biến đổi hoá sinh trong quá trình sấy đã tạo ra melanoidin, caramen và đã làm cho các hợp chất polifenol bị oxi hoá và polyme hóa, vitamin bị phân giải và sắc tố màu thay đổi. Hàm lượng vitamin trong chuối sau khi sấy thường nhỏ hơn so với chuối tươi (do bị huỷ hoại trong quá trình sấy và xử lý trước khi sấy). Axit ascorbic và carotene bị mất do oxi hoá, riboflavin bị ảnh hưởng bởi ánh sáng.
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Để lánh hoặc làm chậm quá trình chuyển biến không thuận nghịch ấy, cũng như tạo điều kiện để độ ẩm thoát ra ngoài quả một cách tự nhiên, cần có chế độ sấy thích hợp đối với từng loại sản phẩm. Công nghệ sấy nông sản hiện nay Trong quá khứ, người nông dân sau khi gặt hái các loại nông sản thường sử dụng phương pháp phơi hay hong để bảo quản.