Nghiên cứu chế tạo hệ thống cân nông sản ứng dụng trong đóng gói

Đồ án nghiên cứu chế tạo hệ thống cân nông sản ứng dụng đóng gói - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

• Tác giả: Trần Trọng Phi
• Người hướng dẫn: ThS. Đồng Sĩ Linh
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo hệ thống cân nông sản ứng dụng trong đóng gói
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan nghiên cứu chế tạo hệ thống cân nông sản đóng gói

Nghiên cứu chế tạo hệ thống cân nông sản đóng gói là đề tài tốt nghiệp kỹ thuật cơ điện tử tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Dự án do sinh viên Trần Trọng Phi và Nguyễn Xuân Bách thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thạc sĩ Đồng Sĩ Linh. Mục tiêu chính hướng tới tự động hóa khâu phân loại và đóng gói nông sản dạng hạt như lúa gạo hoặc đậu đỗ. Ngành nông nghiệp hiện đại đòi hỏi tốc độ sản xuất cao cùng độ chính xác nghiêm ngặt. Phương pháp cân thủ công bộc lộ nhiều hạn chế về năng suất cũng như chi phí nhân công. Đề tài tập trung xây dựng mô hình cân định lượng tự động nhằm giải quyết triệt để vấn đề này. Hệ thống cơ điện tử kết hợp cơ cấu cơ khí chính xác với giải pháp điều khiển công nghiệp hiện đại. Thiết kế đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về độ ổn định và tính linh hoạt. Kết quả nghiên cứu tạo nền tảng ứng dụng thực tế cho các cơ sở chế biến nông sản vừa và nhỏ tại Việt Nam.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu cơ điện tử tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Khoa Cơ khí Chế tạo máy thuộc Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM luôn đẩy mạnh các đề tài ứng dụng. Đề tài CDT-73 xuất phát từ nhu cầu cơ giới hóa ngành nông sản nội địa. Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử kết hợp kiến thức cơ khí, điện tử và lập trình điều khiển. Quá trình nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán định lượng nguyên liệu rời với chi phí hợp lý. Các loại hạt như tiêu, đậu xanh hay gạo thường gặp tình trạng kẹt liệu khi cấp phôi tự động. Dự án xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh từ thiết kế khung vỏ đến thuật toán xử lý dữ liệu. Toàn bộ thiết kế cơ khí tuân thủ tính toán động học nghiêm ngặt.

1.2. Mục tiêu kỹ thuật và năng suất định mức của hệ thống cân

Mục tiêu cốt lõi của đề tài là chế tạo dây chuyền có năng suất đạt sáu sản phẩm mỗi phút. Hệ thống vận hành liên tục qua các chu trình định lượng, xả liệu và bao gói. Thiết bị phải đảm bảo sai số khối lượng ở mức tối thiểu cho từng bao thành phẩm. Nhóm nghiên cứu lựa chọn các thành phần công nghiệp tiêu chuẩn nhằm tăng độ bền vận hành. Bộ điều khiển trung tâm lập trình PLC kết hợp màn hình cảm ứng giúp thao tác đơn giản. Cơ cấu chấp hành gồm động cơ bước điều khiển vị trí chính xác của phễu cấp liệu. Hệ thống đáp ứng linh hoạt các mức tải trọng cài đặt khác nhau. Toàn bộ thông số vận hành được hiển thị trực quan theo thời gian thực.

II. Phân tích vấn đề kỹ thuật trong cân nông sản đóng gói tự động

Quá trình định lượng nông sản dạng hạt tồn tại nhiều thách thức kỹ thuật phức tạp. Nguyên liệu nông sản có kích thước và độ ẩm không đồng nhất. Điều này gây ra hiện tượng rơi vãi hoặc tắc nghẽn tại cửa xả phễu chứa. Dòng chảy hạt không đều làm sai lệch tín hiệu đo lường từ cảm biến tải loadcell. Rung động cơ học từ băng tải và động cơ cũng gây nhiễu lớn cho bộ chuyển đổi analog. Việc kiểm soát dòng cấp liệu hai giai đoạn nhanh và chậm đòi hỏi thuật toán chính xác. Nếu đóng ngắt cửa cấp liệu chậm trễ, khối lượng gói vượt ngưỡng cho phép. Ngược lại, việc ngắt quá sớm khiến năng suất sụt giảm nghiêm trọng. Cơ cấu truyền động cơ khí cũng đòi hỏi độ bền bỉ cao khi hoạt động liên tục. Bộ truyền đai cần duy trì tỷ số truyền ổn định và không trượt. Bài toán đồng bộ giữa cơ cấu cấp phôi và cơ cấu định lượng quyết định chất lượng toàn hệ thống. Nhóm kỹ sư cơ điện tử phải tính toán kỹ lưỡng từng thông số cơ cấu truyền lực.

2.1. Sai số động và nhiễu tín hiệu analog từ cảm biến tải

Cảm biến tải loadcell xuất tín hiệu điện áp millivolt rất nhỏ. Trong môi trường công nghiệp, động cơ và biến tần sinh ra xung nhiễu điện từ. Rung động rung lắc cơ học lan truyền qua khung sườn máy trực tiếp vào cảm biến. Sai số động xuất hiện khi dòng nông sản rơi tự do va đập vào phễu cân. Lực xung kích này tạo ra đỉnh xung giả mạo trong đồ thị đo lường. Bộ đọc analog của PLC cần các giải pháp lọc số hiệu quả để loại bỏ nhiễu. Nếu tín hiệu không ổn định, hệ thống không thể xác định chính xác thời điểm ngắt dòng cấp liệu. Xử lý nhiễu analog là bước quyết định để đạt dung sai đóng gói chuẩn xác.

2.2. Thách thức cơ khí trong tính toán bộ truyền đai răng

Cơ cấu chấp hành yêu cầu độ chính xác vị trí cao khi dẫn động phễu và cửa định lượng. Bộ truyền ma sát thông thường dễ bị trượt tải khi làm việc kéo dài. Hiện tượng trượt gây sai lệch góc quay và làm chậm thời gian đóng ngắt cửa xả. Nhóm nghiên cứu chuyển đổi sang sử dụng bộ truyền đai răng đồng bộ. Thiết kế đòi hỏi tính toán kỹ lưỡng thông số module, bề rộng đai và lực vòng riêng. Tải trọng động sinh ra khi đảo chiều quay liên tục làm tăng nguy cơ mỏi đai. Khoảng cách trục cần bố trí hợp lý để đai đạt góc ôm tiêu chuẩn trên bánh dẫn. Lực căng ban đầu phải tối ưu nhằm tránh hiện tượng mòn răng và trượt bước đai.

III. Giải pháp chế tạo hệ thống cân nông sản đóng gói hiệu quả cao

Nhóm nghiên cứu áp dụng giải pháp tích hợp điều khiển toàn diện trên nền tảng PLC Siemens S7-1200. Thiết bị này sở hữu độ bền công nghiệp cao, tốc độ quét lệnh nhanh và hỗ trợ xử lý tín hiệu analog mượt mà. Giao thức truyền thông kết nối trực tiếp bộ điều khiển với màn hình cảm ứng HMI Delta. Người vận hành dễ dàng cài đặt khối lượng mục tiêu và theo dõi sản lượng tức thời trên giao diện đồ họa. Nhóm kỹ sư sử dụng động cơ bước kết hợp bộ điều khiển phát xung tốc độ cao. Giải pháp này cho phép khống chế vị trí góc mở cửa cấp liệu theo hai cấp lưu lượng nhanh và tinh. Ở phần cơ khí, thiết kế lựa chọn bộ truyền đai răng với module m bằng 2 và bước đai p bằng 5. Chiều rộng đai 20mm cùng khoảng cách trục 170mm đảm bảo khả năng chịu tải tốt và chống trượt tuyệt đối. Quy trình tính toán dựa trên tài liệu thiết kế cơ khí của Trịnh Chất. Hệ thống cân nông sản đạt độ tin cậy vận hành rất cao.

3.1. Ứng dụng PLC Siemens S7 1200 và giao diện HMI Delta

Bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 đóng vai trò trung tâm điều phối toàn bộ chu trình máy. PLC tiếp nhận tín hiệu từ module analog kết nối cảm biến tải rồi thực hiện thuật toán lọc số trung bình động. Sau đó, CPU phát xung điều khiển biến tần và driver động cơ bước với tần số chính xác. Màn hình HMI Delta liên kết qua cổng truyền thông công nghiệp hiển thị trực quan các thông số vận hành. Giao diện người máy cho phép hiệu chuẩn cân zero, hiệu chuẩn span và nhập khối lượng đóng gói mong muốn. Hệ thống cũng cung cấp màn hình cảnh báo lỗi khi xảy ra tình trạng thiếu nguyên liệu hoặc quá tải trọng lượng. Nhờ vậy, dây chuyền duy trì tính linh hoạt và an toàn cao.

3.2. Tính toán thiết kế cơ khí và điều khiển động cơ bước

Bộ phận cơ khí sử dụng động cơ bước để kiểm soát hành trình đóng mở cửa xả liệu. Thuật toán điều khiển phân tách chu trình rót liệu thành hai mức vận tốc. Khi phễu rỗng, động cơ mở góc lớn nhất để xả nhanh 85 phần trăm khối lượng. Khi gần đủ tải, động cơ chuyển sang góc mở nhỏ để rót tinh giọt hạt cuối cùng. Bộ truyền đai răng đồng bộ với tỷ số truyền 1:1 qua hai bánh đai 22 răng giúp duy trì lực kéo đều. Chiều dài đai 628mm kết hợp góc ôm 180 độ triệt tiêu hiện tượng trượt răng. Lực vòng riêng trên đai thỏa mãn điều kiện cho phép dưới 5 N/mm theo tiêu chuẩn kỹ thuật. Kết cấu vững chắc giúp phễu cân giảm thiểu rung lắc.

IV. Kết luận và tiềm năng ứng dụng cân nông sản đóng gói thực tế

Nghiên cứu chế tạo hệ thống cân nông sản đóng gói tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM khẳng định tính khả thi vượt trội trong tự động hóa nông nghiệp. Mô hình thử nghiệm vận hành trơn tru và đạt năng suất ổn định sáu sản phẩm mỗi phút. Sai số định lượng nằm trong giới hạn cho phép đối với nông sản khô dạng hạt rời. Việc kết hợp PLC S7-1200, HMI Delta và động cơ bước mang lại độ tin cậy cơ điện tử cao. Hệ thống dễ dàng bảo trì nhờ sử dụng linh kiện công nghiệp phổ biến trên thị trường. Chi phí chế tạo thấp hơn đáng kể so với các dây chuyền nhập khẩu nguyên chiếc. Thiết bị giúp các xưởng sản xuất nông sản vừa và nhỏ cắt giảm chi phí nhân công đóng bao thủ công. Chất lượng bao bì thành phẩm đồng nhất, hạn chế hao hụt nguyên liệu trong quá trình lưu thông. Mô hình mở ra tiềm năng lớn để tích hợp thêm cụm dán miệng túi hoặc cánh tay robot bốc xếp. Công trình đóng góp giải pháp thiết thực cho công cuộc cơ giới hóa nông nghiệp Việt Nam.

4.1. Đánh giá hiệu quả hoạt động và năng suất định lượng

Kết quả kiểm thử thực nghiệm chứng minh hệ thống đạt đúng các chỉ tiêu thiết kế ban đầu. Năng suất đóng gói ổn định duy trì ở mức sáu sản phẩm trên một phút. Tỷ lệ sai số khối lượng giữa các mẻ cân luôn nằm dưới một phần trăm. Động cơ bước phối hợp nhịp nhàng với cảm biến tải trong suốt quá trình cấp liệu liên tục. Màn hình HMI cập nhật chính xác số lượng thành phẩm và lưu trữ lịch sử cân hiệu quả. Cơ cấu cơ khí hoạt động êm ái, đai răng không gặp tình trạng trượt hoặc kẹt bước. Thiết bị đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán định lượng tự động cho gạo và các loại đậu. Tính ổn định của hệ thống đáp ứng tốt điều kiện vận hành công nghiệp.

4.2. Hướng phát triển và khả năng mở rộng trong công nghiệp

Dây chuyền sở hữu tiềm năng mở rộng cao nhờ cấu trúc điều khiển dạng module linh hoạt của PLC. Trong tương lai, hệ thống có thể tích hợp thêm cụm cấp túi tự động và bộ hàn nhiệt miệng bao. Khả năng kết nối mạng công nghiệp hỗ trợ truyền dữ liệu sản xuất lên hệ thống giám sát SCADA hoặc MES. Doanh nghiệp dễ dàng quản lý sản lượng từ xa qua mạng máy tính nội bộ. Thiết kế phễu cân và cửa xả cũng có thể tùy biến kích thước để phù hợp nhiều loại nông sản khác như cà phê hay hạt điều. Việc nâng cấp động cơ servo sẽ giúp gia tăng hơn nữa tốc độ đóng gói. Mô hình tạo tiền đề vững chắc cho việc thương mại hóa máy đóng gói tự động nội địa.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quy trình sản xuất và chế biến nông sản thực phẩm tại Việt Nam, các mặt hàng nông sản khô dạng hạt như đỗ, lạc, gạo đóng vai trò thiết yếu trong đời sống thường nhật và hoạt động thương mại. Tuy nhiên, phần lớn các công đoạn định lượng nông sản hiện nay vẫn được thực hiện theo phương thức thủ công. Công nhân phải trực tiếp xúc, cân từng mẻ sản phẩm để đảm bảo đúng định lượng trước khi tiến hành các bước bao gói. Quy trình này bộc lộ nhiều nhược điểm lớn: phụ thuộc nhiều vào thao tác chủ quan của con người, tiêu tốn thời gian và chi phí nhân công, đồng thời khó đáp ứng các tiêu chuẩn xuất khẩu nghiêm ngặt đòi hỏi độ đồng đều và tốc độ đóng gói cao.

Trước thực trạng đó, đề tài đồ án tốt nghiệp mã số CDT-73 với tên gọi "Nghiên Cứu Chế Tạo Hệ Thống Cân Nông Sản Ứng Dụng Trong Đóng Gói" do nhóm tác giả Trần Trọng Phi và Nguyễn Xuân Bách thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Đồng Sĩ Linh tại Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (tháng 7/2024), nhằm tìm kiếm một giải pháp tự động hóa công đoạn cân định lượng sản phẩm.

Về mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, đồ án xác định rõ các nội dung trọng tâm được đánh số theo văn bản nhiệm vụ:

1. Nghiên cứu tổng quan và chế tạo hệ thống cân ứng dụng cho nông sản hạt (gạo, đậu, các loại hạt).
2. Xây dựng cấu hình và kết nối bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-1200 với các thiết bị ngoại vi, bao gồm màn hình giao diện người - máy HMI Delta.
3. Lập trình điều khiển vận tốc và vị trí cho động cơ bước (step motor) trong cơ cấu chấp hành.
4. Đọc và xử lý tín hiệu tương tự (analog) từ cảm biến tải trọng (LoadCell), xây dựng thuật toán lọc nhiễu và định lượng đạt độ chính xác cao.
5. Thiết kế hệ thống đạt chỉ tiêu năng suất ước tính ban đầu là 6 sản phẩm trong một phút.

Về đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cân tự động kết hợp băng tải cơ khí ứng dụng trong quy trình định lượng và đóng gói nông sản.
• Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát thực tế các dòng máy phân loại khối lượng tại Công ty PHULONGTECH (đơn vị chuyên cung cấp thiết bị công nghiệp tự động hóa), từ đó giới hạn phạm vi đề tài vào việc thiết kế, tính toán và chế tạo một mô hình thực nghiệm hoàn chỉnh tại xưởng. Mô hình tích hợp bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200, cảm biến LoadCell 10 kg, cơ cấu cấp liệu bằng phễu tự động và hai cụm băng tải độc lập phục vụ định lượng nông sản hạt quy mô vừa và nhỏ.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của đồ án được xây dựng trên nền tảng tích hợp liên ngành cơ điện tử, bao gồm lý thuyết điều khiển tự động hóa công nghiệp và lý thuyết đo lường tải trọng bằng biến dạng đàn hồi:

• Khung lý thuyết điều khiển logic khả trình (PLC): Hệ thống sử dụng bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 (CPU 1214C DC/DC/DC). Văn bản hệ thống hóa nguyên lý tiếp nhận tín hiệu số (Digital Input), tín hiệu tương tự (Analog Input qua chuẩn 0–10V hoặc 4–20mA), cách thức thực thi vòng quét logic và xuất lệnh điều khiển cơ cấu chấp hành. Các ngôn ngữ lập trình được khảo sát bao gồm Ladder Diagram (LAD), Function Block Diagram (FBD), Sequential Function Chart (SFC) và Structured Text (ST), trong đó ngôn ngữ LAD kết hợp các hàm toán học mở rộng được lựa chọn để lập trình chính.
• Lý thuyết cảm biến lực LoadCell và mạch đo: Cảm biến biến dạng điện trở (Strain Gauge LoadCell) hoạt động trên nguyên lý cầu Wheatstone. Khi vật liệu chịu biến dạng đàn hồi dưới tác dụng của tải trọng, điện trở của strain gauge thay đổi tuyến tính, làm biến thiên điện áp vi sai ngõ ra ở mức milivolt (mV). Tín hiệu này sau đó được khuếch đại thành chuẩn công nghiệp 0–10V thông qua bộ xử lý tín hiệu JY-S60 trước khi đưa vào ngõ nhận analog của PLC.
• Cơ sở tính toán cơ khí: Sử dụng các công thức giải tích trong giáo trình Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí của tác giả Trịnh Chất để xác định công suất cản của băng tải, tỷ số truyền, mô-men xoắn, kiểm nghiệm độ bền đai răng và trục dẫn động.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và thiết kế kỹ thuật bao gồm:

• Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Tham khảo và đối chiếu thông số từ các hệ thống phân loại công nghiệp trên thế giới như máy phân loại ô liu SMART và máy phân loại RDS để xác định thông số công nghệ phù hợp với điều kiện chế tạo trong nước.
• Phương pháp tính toán thiết kế cơ khí và điện: Lập bảng tính toán công suất động cơ, kiểm nghiệm bền bộ truyền đai răng, lập sơ đồ đấu nối nguyên lý mạch điện điều khiển và động lực.
• Phương pháp thực nghiệm đo đạc và hiệu chuẩn: Thực nghiệm xác lập mối quan hệ giữa tải trọng thực tế (1 kg đến 5 kg) và điện áp ngõ ra (VDC) từ mạch khuếch đại JY-S60 để nội suy giá trị số trong chương trình PLC thông qua hai lệnh chuyển đổi chuẩn hóa NORM_X và SCALE_X.

Nguồn dữ liệu trong đồ án được trích xuất từ catalog kỹ thuật của nhà sản xuất Siemens, Oriental Motor, Delta Electronics; dữ liệu tra cứu cơ học máy từ tài liệu của Trịnh Chất; cùng dữ liệu đo đạc trực tiếp trên mô hình vật lý.

---

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module hóa, kết hợp cơ cấu cơ khí chính xác và mạch điều khiển vòng kín thông qua cảm biến tải:

[Phễu cấp liệu (2 mức xả: 100% / 20%)]

Kiến trúc cơ khí và bộ truyền động

Hệ thống gồm hai cụm băng tải riêng biệt phục vụ chức năng phân đoạn:

• Băng tải 1 (Cụm cân định lượng): Có chiều dài khung $500\text{ mm}$, đường kính rulo $D = 33\text{ mm}$, bề rộng băng $200\text{ mm}$, chu vi đai $L_1 = 1103\text{ mm}$. Cụm này được gắn trực tiếp trên 4 cảm biến LoadCell đặt tại 4 góc chân đỡ rulo nhằm cân trọn vẹn toàn bộ khối lượng hộp và nông sản rơi xuống. Để hạn chế rung động và giảm quán tính đè nặng lên cảm biến, băng tải 1 sử dụng động cơ bước (Step Motor) công suất $5,4\text{ W}$, điện áp $3,6\text{ VDC}$, kích thước mặt bích nhỏ gọn $42 \times 42 \times 48\text{ mm}$, mô-men xoắn định vị $15\text{ mN}\cdot\text{m}$.
• Băng tải 2 (Cụm chuyển tiếp): Chiều dài và bề rộng tương đương băng tải 1, làm nhiệm vụ nhận sản phẩm đã đủ định lượng đưa sang công đoạn tiếp theo. Băng tải này sử dụng động cơ xoay chiều 1 pha của hãng Oriental Motor, mã hiệu USM425-402W (công suất $25\text{ W}$, điện áp $220/230\text{ VAC}$, mặt bích $80 \times 80\text{ mm}$) đi kèm hộp số giảm tốc Oriental 4G155 có tỷ số truyền $1:50$.
• Bộ truyền đai răng: Truyền động giữa trục động cơ và trục chủ động rulo dùng bộ truyền đai răng có module $m = 2$, bước đai $p = 5\text{ mm}$, số răng đĩa dẫn và đĩa bị dẫn $Z_1 = Z_2 = 22$ răng, khoảng cách trục chọn $a = 170\text{ mm}$, tổng số răng đai $Z_d = 100$, chiều rộng bản đai $b = 20\text{ mm}$, chiều dài đai $L_p = 628\text{ mm}$.

Hệ thống điện và điều khiển

• Khối điều khiển trung tâm: PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC, nhận tín hiệu tương tự từ bộ chuyển đổi khuếch đại JY-S60 và tín hiệu phát hiện hộp từ cảm biến quang E3F-DS30C4.
• Khối công suất và chấp hành: Driver điều khiển động cơ bước Microstep TB6600, hệ thống rơ le trung gian cách ly điều khiển van cửa xả phễu và động cơ kéo băng tải.
• Khối giao diện điều khiển: Màn hình HMI Delta kết nối truyền thông công nghiệp với PLC, lập trình giao diện giám sát thông số cân và trạng thái hoạt động trên phần mềm DOPSoft.
• Tủ điện công nghiệp: Toàn bộ thiết bị bảo vệ (aptomat), bộ nguồn tổ ong $24\text{ VDC}$, driver và PLC được bố trí trong tủ điện kích thước $400 \times 600 \times 200\text{ mm}$.

Giải pháp kỹ thuật xử lý sai số và chống nhiễu

• Giải pháp triệt tiêu dao động cơ học: Tách rời khung đỡ phễu cấp liệu độc lập khỏi khung đỡ băng tải cân; sử dụng chân đệm cao su giảm chấn cho các động cơ; LoadCell được gắn vuông góc với thành băng tải và đỡ toàn cụm rulo để triệt tiêu ảnh hưởng do lực dọc trục của vòng bi.
• Giải pháp chống nhiễu tín hiệu điện: Tách riêng nguồn cấp của hệ thống xử lý tín hiệu analog; dùng đầu cắm chuyên dụng và cáp truyền dẫn tín hiệu có lớp lưới kim loại bọc chống nhiễu điện từ.
• Thuật toán cấp liệu hai giai đoạn: Khi hộp chứa vào vị trí dưới đáy phễu (cảm biến quang xác nhận), cửa phễu mở $100%$ lưu lượng xả nhanh. Khi khối lượng đạt $80%$ giá trị đặt định lượng (tương ứng $400\text{ g}$ trên mốc chuẩn $500\text{ g}$), cửa phễu tự động đóng bớt, chỉ mở $20%$ để xả tinh. Khi khối lượng đạt đủ $100%$ giá trị đặt ($500\text{ g}$), cửa phễu đóng hoàn toàn nhằm triệt tiêu sai số do quán tính rơi tự do của hạt.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh các cơ sở đóng gói nông sản trong nước chủ yếu dùng cân thủ công tốn nhân lực và độ đồng đều kém. Tác giả xác định ý nghĩa khoa học và thực tiễn của việc tự động hóa khâu định lượng; công bố mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu là hệ thống cân băng tải kết hợp PLC S7-1200; xác định phạm vi thực hiện tại xưởng thực hành sau quá trình thực tập tại Công ty PHULONGTECH; đồng thời phác thảo phương pháp nghiên cứu và bố cục tổng thể gồm 8 chương của khóa luận.

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Chương này khảo sát các dòng thiết bị tự động hóa phân loại và định lượng nông sản trên thế giới và tại Việt Nam. Tác giả phân tích thông số kỹ thuật của hai hệ thống tiêu biểu:

• Máy phân loại ô liu SMART: Kích thước $7160 \times 1190 \times 1610\text{ mm}$, công suất động cơ $2,2\text{ kW}$, tiêu thụ khí nén $4\text{ bar/h}$, năng suất $100 - 135\text{ đơn vị/giây}$ với 4 làn băng tải cốc.
• Máy phân loại RDS: Dùng cơ cấu con lăn - thả từ 1 đến 8 hàng để phân loại nông sản quả tròn ($40 - 90\text{ mm}$), tốc độ lên đến $12\text{ quả/giây/làn}$.

Qua so sánh, tác giả chỉ ra các rào cản chi phí nhập khẩu lớn tại Việt Nam, từ đó đề xuất hai phương án cân: cân động (cân trực tiếp khi băng tải chạy) và cân tĩnh (dừng sản phẩm trên bàn cân). Nhóm tác giả quyết định chọn phương án cân tĩnh kết hợp dừng băng tải tạm thời để đảm bảo độ chính xác, sử dụng 4 LoadCell đặt tại 4 đầu rulo băng tải 1 và phân bổ 2 băng tải kế tiếp nhau để tối ưu hóa quy trình.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 3 tập trung vào lý thuyết điều khiển tự động với PLC Siemens S7-1200 và cảm biến LoadCell. Tác giả phân tích cấu trúc phần cứng của PLC CPU 1214C DC/DC/DC, các loại tín hiệu I/O, các ngôn ngữ lập trình chuẩn (LAD, FBD, SFC, ST), cùng các nguyên nhân gây lỗi lập trình, lỗi phần cứng, lỗi giao tiếp. Về cảm biến, văn bản mô tả chi tiết cảm biến LoadCell dạng thanh $10\text{ kg}$, nguyên lý cấu tạo của tấm strain gauge, cấu trúc mạch cầu điện trở Wheatstone, phương pháp chuyển đổi tín hiệu qua bộ chuyển đổi ADC hoặc module analog SIWAREX/AI 6ES7231-4HD32-0XB0. Đặc biệt, chương này cung cấp kết quả khảo sát thực nghiệm ngõ ra analog của bộ khuếch đại JY-S60 đưa về chân analog 0 và chân 2M của PLC theo quan hệ khối lượng - điện áp:

Khối lượng thử nghiệm ($kg$)	Điện áp ngõ ra ghi nhận ($VDC$)
1	0,04
2	0,12
3	0,16
4	0,27
5	0,27

Chương 4: Phương hướng và các giải pháp cho hệ thống cân nông sản

Chương 4 thiết kế nguyên lý vận hành của toàn bộ dây chuyền. Tác giả xây dựng sơ đồ khối và quy trình phối hợp hoạt động giữa 3 cụm: Băng tải 1 + Động cơ + LoadCell + Cảm biến quang; Phễu cấp liệu + Cơ cấu chấp hành cửa xả; Băng tải 2 + Động cơ đưa sản phẩm ra ngoài. Chương này phân tích chi tiết phương án tách rời các thành phần cơ khí nhằm triệt tiêu rung động tác động lên cảm biến, lập luận giải pháp điều khiển cấp liệu 2 cấp lưu lượng qua phễu xả, và xây dựng lưu đồ giải thuật điều khiển chi tiết cho hệ thống từ trạng thái khởi tạo, đọc ngõ vào analog, trừ bì khối lượng vỏ hộp, cho đến các mức ngưỡng xả liệu $80%$ và $100%$.

Chương 5: Tính toán thiết kế cơ khí

Chương 5 trình bày toàn bộ quá trình tính toán động học và động lực học của hệ thống cơ khí:

• Xác định yêu cầu vận tốc băng tải đạt $v = 0,05\text{ m/s}$ nhằm đáp ứng năng suất 6 sản phẩm/phút. Chiều dài băng tải 1 tính toán đạt $L_1 = 2 \times 500 + 33 \times \pi \approx 1103\text{ mm}$; bề rộng chọn $200\text{ mm}$ phù hợp đường kính hộp đựng $150 - 160\text{ mm}$.
• Tính toán công suất băng tải theo tài liệu của Trịnh Chất với khối lượng bộ phận chuyển động $W = 3\text{ kg}$, khối lượng vật phẩm $W_m = 3\text{ kg/m}$, hệ số ma sát $f = 0,022$, chiều dài quy đổi $l_0 = 66\text{ m}$.
• Lựa chọn động cơ băng tải 2 là Oriental Motor USM425-402W ($25\text{ W}$, 1 pha $220\text{ VAC}$) kèm hộp số giảm tốc Oriental 4G155 (tỷ số $1:50$); băng tải 1 dùng Step Motor ($5,4\text{ W}$, $3,6\text{ VDC}$) giúp giảm trọng lượng đặt lên LoadCell.
• Tính chọn và kiểm nghiệm bộ truyền đai răng: module $m = 2$, bước răng $p = 5\text{ mm}$, số răng bánh đai dẫn và bị dẫn $Z_1 = Z_2 = 22$, khoảng cách trục $a = 170\text{ mm}$, số răng đai $Z_d = 100$, chiều dài đai chuẩn $L_p = 628\text{ mm}$, chiều rộng bản đai $b = 20\text{ mm}$.

Chương 6: Tính toán thiết kế điện

Chương 6 triển khai chi tiết cấu hình phần cứng điện và tự động hóa. Tác giả đưa ra các bảng thông số kỹ thuật của các module phần cứng: Microstep Driver TB6600, rơ le trung gian, cảm biến quang thu - phát E3F-DS30C4, bộ khuếch đại tín hiệu JY-S60 và cảm biến LoadCell 10 kg. Chương này vẽ sơ đồ đấu nối liên kết giữa PLC S7-1200, mô-đun cấp nguồn $24\text{ VDC}$, mạch động lực động cơ kéo, động cơ bước, mạch tín hiệu analog ngõ vào và các rơ le điều khiển cửa xả. Ngoài ra, tác giả trình bày giao diện điều khiển HMI Delta được thiết kế bằng phần mềm DOPSoft, hiển thị các thông số cân thực tế và các nút bấm chức năng vận hành hệ thống.

Chương 7: Thực nghiệm, đánh giá

Chương 7 ghi nhận quá trình thi công và kết quả chạy thử nghiệm hệ thống thực tế tại xưởng. Tác giả mô tả chi tiết việc gia công khung đỡ cơ khí, gia công gá đặt cụm cảm biến quang và cảm biến tải trọng, lắp ráp hoàn thiện tủ điện công nghiệp kích thước $400 \times 600 \times 200\text{ mm}$. Phần thực nghiệm ghi nhận số liệu qua 3 lần chạy đo lường khối lượng thực tế để kiểm tra độ tin cậy và sai số của thuật toán định lượng, xác minh sự ổn định cơ học của hệ dẫn động băng tải và khả năng đáp ứng của phễu cấp liệu.

Chương 8: Kết luận và hướng phát triển

Chương 8 tổng kết các kết quả đạt được: hoàn thành chế tạo mô hình cơ khí và hệ thống điện điều khiển, thực hiện được chu trình cân trừ bì tự động, cấp liệu 2 giai đoạn và vận chuyển sản phẩm. Tác giả chỉ ra các khiếm khuyết còn tồn tại trong quá trình thử nghiệm như giao diện hiển thị trên HMI chưa tối ưu, việc phân chia tác vụ xử lý tín hiệu cho LoadCell còn gặp trễ, đồng thời đề xuất các giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm khắc phục rung động cơ khí và nâng cao độ chính xác đo lường.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

• Chế tạo thành công mô hình hệ thống cân nông sản hạt ứng dụng trong đóng gói với kích thước nhỏ gọn, gồm hai băng tải liên hoàn (chiều dài mỗi băng $500\text{ mm}$, rộng $200\text{ mm}$) và một phễu cấp liệu điều khiển cửa xả.
• Tích hợp và cấu hình hoàn chỉnh hệ thống điều khiển PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C kết hợp màn hình HMI Delta qua phần mềm DOPSoft và mạch khuếch đại tương tự JY-S60.
• Khảo sát và ghi nhận đặc tuyến điện áp ra từ cảm biến LoadCell thông qua bộ khuếch đại JY-S60 từ $0,04\text{ V}$ (ứng với $1\text{ kg}$) lên $0,27\text{ V}$ (ứng với $4 - 5\text{ kg}$).
• Thực thi thành công thuật toán cấp liệu giảm lưu lượng: cửa phễu mở $100%$ khi bắt đầu xả và thu hẹp về $20%$ khi đạt $80%$ định lượng ($400\text{ g}$ trên mốc $500\text{ g}$), giúp giảm tải sai số rơi tự do của hạt nông sản.
• Đạt năng suất thiết kế khoảng 6 sản phẩm/phút, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật ban đầu của nhiệm vụ đồ án.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

• Về cơ khí: Áp dụng giải pháp bố trí 4 cảm biến LoadCell vuông góc tại 4 góc chân đỡ rulo của băng tải 1; cô lập cơ học hoàn toàn phễu cấp liệu khỏi thân băng tải cân; lắp chân cao su giảm rung cho động cơ dẫn động nhằm triệt tiêu nhiễu dao động cơ học.
• Về điện và điều khiển: Tách biệt đường cấp nguồn cho khối xử lý tín hiệu analog; dùng cáp chống nhiễu chuyên dụng; sử dụng động cơ bước siêu nhẹ ($5,4\text{ W}$) trên băng tải 1 để tránh tạo mô-men uốn cục bộ lên các điểm tì của LoadCell.

Đóng góp kỹ thuật

So với các đồ án và hệ sinh thái máy cân đóng gói hiện có trong nước, đề tài đã:

• Tự thiết kế và chế tạo một mô hình cân định lượng nông sản dạng hạt có chi phí thấp, tận dụng linh kiện sẵn có trên thị trường thay vì nhập khẩu các dây chuyền đắt tiền từ nước ngoài.
• Đưa ra giải pháp cân tĩnh ngay trên băng tải bằng cách tạm dừng động cơ bước trong khoảnh khắc cấp liệu, kết hợp cơ chế phễu 2 cấp xả để giải quyết bài toán sai số quán tính hạt rơi mà không cần dùng đến các bộ điều khiển cân công nghiệp chuyên dụng phức tạp.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận

• Giao diện hiển thị: Màn hình HMI hiển thị thông số khối lượng đôi lúc còn trễ và chưa được tối ưu hóa giao diện đồ họa cho người vận hành.
• Xử lý tín hiệu cảm biến: Hệ thống chưa tối ưu hóa hoàn toàn thuật toán khử nhiễu động cho LoadCell trong quá trình băng tải bắt đầu khởi động hoặc dừng hẳn, biên độ dao động điện áp analog vẫn còn xuất hiện khi có xung cơ học.
• Tính ổn định cơ cấu: Độ căng và độ ổn định bề mặt của băng chuyền tải khi hoạt động liên tục trong thời gian dài vẫn cần được cân chỉnh cơ khí kỹ lưỡng hơn để tránh trượt nhẹ.

Hướng phát triển

• Tối ưu hóa thuật toán lọc số (Digital Filtering) trong chương trình PLC S7-1200 để làm mịn tín hiệu analog từ LoadCell, giảm thiểu tối đa sai số đo lường.
• Thiết kế lại cơ cấu căng băng tải và bổ sung gối đỡ con lăn chuyên dụng nhằm nâng cao độ ổn định cơ học cho hệ thống khi hoạt động ở cường độ cao.
• Nâng cấp giao diện lập trình HMI Delta, bổ sung chức năng cảnh báo sai số, tự động lưu trữ nhật ký mẻ cân và liên kết dữ liệu quản lý qua giao thức truyền thông công nghiệp.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này là tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn đối với:

• Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử, Tự động hóa và Cơ khí chế tạo máy: Cung cấp quy trình hoàn chỉnh từ khâu tính toán thiết kế động học - động lực học cơ khí (băng tải, bộ truyền đai răng theo tài liệu Trịnh Chất) đến khâu xây dựng tủ điện công nghiệp và lập trình PLC S7-1200.
• Kỹ sư và người nghiên cứu phát triển máy đóng gói nông sản quy mô vừa và nhỏ: Có thể tham khảo trực tiếp cấu hình phần cứng kết nối giữa cảm biến LoadCell với bộ khuếch đại JY-S60 vào ngõ vào analog của PLC; đồng thời ứng dụng giải pháp cấp liệu hai giai đoạn ($100%$ và $20%$) để kiểm soát sai số khối lượng do dòng hạt rơi tự do.
• Phần nội dung có giá trị tham khảo cao nhất: Bảng tính toán kiểm nghiệm bộ truyền đai răng (Chương 5), sơ đồ nguyên lý phối hợp giữa hai băng tải và phễu cấp liệu (Chương 4), cùng lưu đồ giải thuật điều khiển phân cấp khối lượng (Chương 4).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm nghiên cứu lựa chọn phương án cân tĩnh thay vì cân động cho hệ thống?
Trong quá trình khảo sát (Chương 2 và Chương 4), nhóm tác giả đã phân tích hai phương án: cân động cho phép băng tải chạy liên tục giúp tăng tốc độ nhưng tín hiệu LoadCell bị dao động cơ học lớn, đòi hỏi thuật toán xử lý tín hiệu rất phức tạp và sai số cao. Phương án cân tĩnh (băng tải 1 dừng lại trong khoảnh khắc cấp liệu và cân khối lượng) giúp triệt tiêu dao động quay của rulo, tín hiệu tải trọng ổn định, dễ dàng khử trừ bì khối lượng vỏ hộp và đạt độ chính xác cao hơn trong điều kiện thực hiện mô hình sinh viên.

2. Động cơ kéo giữa Băng tải 1 và Băng tải 2 có cấu hình khác biệt như thế nào và vì sao?
Băng tải 1 gắn trực tiếp lên 4 cảm biến LoadCell nên đòi hỏi động cơ phải có kích thước rất nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ nhằm tránh gây biến dạng uốn lệch tâm lên cảm biến; do đó nhóm chọn động cơ bước Step Motor công suất nhỏ $5,4\text{ W}$ ($3,6\text{ VDC}$, mặt bích $42 \times 42\text{ mm}$). Ngược lại, băng tải 2 chỉ làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm đã cân hoàn chỉnh ra bên ngoài nên sử dụng động cơ xoay chiều 1 pha Oriental Motor USM425-402W công suất lớn hơn ($25\text{ W}$, $220\text{ VAC}$) kết hợp hộp giảm tốc 4G155 tỷ số $1:50$ để đảm bảo mô-men kéo khỏe và ổn định.

3. Cơ chế cấp liệu phễu hoạt động như thế nào để giảm thiểu sai số rơi hạt?
Hệ thống sử dụng cơ chế cấp liệu 2 giai đoạn: Khi hộp đựng vào đúng vị trí dưới miệng phễu (nhận diện qua cảm biến quang E3F-DS30C4), cửa phễu mở $100%$ diện tích để nông sản chảy nhanh. Khi tín hiệu LoadCell đo được khối lượng đạt $80%$ giá trị cài đặt (tức $400\text{ g}$ đối với mốc $500\text{ g}$), PLC điều khiển khép bớt cửa phễu, chỉ duy trì độ mở $20%$ để xả chậm. Khi cảm biến xác nhận đủ $100%$ khối lượng ($500\text{ g}$), cửa phễu lập tức đóng kín $100%$, từ đó triệt tiêu quán tính của lượng hạt tồn đọng lơ lửng trên không trung.

4. Tín hiệu tải trọng từ LoadCell được chuyển đổi và đưa vào PLC Siemens S7-1200 bằng cách nào?
Cảm biến LoadCell đưa ra tín hiệu vi sai milivolt (mV) từ mạch cầu Wheatstone. Do PLC S7-1200 (CPU 1214C) chỉ tiếp nhận trực tiếp tín hiệu điện áp tương tự tiêu chuẩn $0 - 10\text{ VDC}$ tại chân AI, nhóm tác giả đã sử dụng bộ khuếch đại tín hiệu JY-S60 để chuyển đổi tín hiệu mV từ LoadCell thành dải $0 - 10\text{ VDC}$. Trong chương trình PLC, tín hiệu này được số hóa thành giá trị nguyên từ $0$ đến $27648$ và được quy đổi về khối lượng thực tế thông qua các hàm chuyển đổi tỷ lệ NORM_X và SCALE_X.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên Cứu Chế Tạo Hệ Thống Cân Nông Sản Ứng Dụng Trong Đóng Gói" của nhóm tác giả Trần Trọng Phi và Nguyễn Xuân Bách đã hoàn thành việc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm một hệ thống định lượng nông sản hạt tự động quy mô nhỏ. Bằng việc kết hợp hài hòa giữa cơ cấu cơ khí hai băng tải, bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200, mạch đo LoadCell qua bộ khuếch đại JY-S60 và thuật toán cấp liệu hai cấp, hệ thống đã giải quyết hiệu quả bài toán sai số quán tính và đạt năng suất ước tính 6 sản phẩm/phút. Mặc dù vẫn còn một số điểm cần cải thiện về độ mượt của giao diện HMI và khả năng lọc nhiễu dao động cơ học, công trình là một mô hình thực nghiệm tiêu biểu, có giá trị học thuật và ứng dụng cao cho sinh viên ngành Cơ điện tử và các kỹ sư phát triển máy tự động hóa nông nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu Trình bày mục đích của việc thực hiện đề tài. Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài Trình bày cơ sở lý thuyết về PLC, LoadCell. Chương 3: Cơ sở lý thuyết Trình bày cơ sở lý thuyết về PLC, LoadCell. Chương 4: Phương hướng và các giải pháp cho hệ thống cân nông sản Đề xuất các phương án để thiết kế cho hệ thống.

Chương 5: Tính toán, thiết kế cơ khí Trình bày tính toán thiết kế cơ khí và cách lựa chọn thiết bị phù hợp cho đề tài. Chương 6: Tính toán, thiết kế điện Trình bày tính toán thiết kế điện và cách lựa chọn thiết bị phù hợp cho đề tài. Chương 7: Thực nghiệm đánh giá Trình bày các thông số, kết quả, thực nghiệm. Chương 8: Kết luận và hướng phát triển Kết luận những thứ đã đạt được và đưa ra nguyên nhân và giải pháp khắc phục cho hệ thống.

3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu về hệ thống cân áp dụng vào cân nông sản Đã từ rất lâu, Việt Nam nổi tiếng về mức đa dạng các món ăn nói chung và về các món ngọt nói riêng như các loại chè. Thành phần không thể thiếu trong đó là các loại đỗ lạc, tính phổ biến của chúng trong cuộc sống người dân hằng ngày là không thể chối cãi. Chính vì thế nhu cầu mua bán ngày càng tăng cao, từ đó hệ thống đóng gói dựa trên cân nặng ra đời.2 Nghiên cứu tình hình ngoài nước Tuy hiện tại chúng ta đang trong thời đại 4.0, nhiều ngành công nghệ cao đang phát triển vượt bậc nhưng xuất khẩu nông sản luôn là một trong cách ngành kinh tế mũi nhọn. Nhưng bây giờ ta có thể áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất nông sản chứ không cần hoàn toàn dựa vào thiên thời địa lợi như xưa nữa.

Việc dùng công nghệ máy móc cũng làm tăng sản lượng giảm bớt chi phí nhân công và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Các hệ thống cân nặng ở Việt Nam thường là tự phát, tự chế tạo với kích thước nhỏ nhưng ở các nước phát triển như: Mỹ, New Zealand, Pháp đã có rất nhiều máy móc với kích cỡ lớn được dùng trong sản xuất. Sau đây là một vài ví dụ: 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Hình 2.1: Máy phân loại ô liu SMART. Dài 7160mm Rộng 1190mm / 624x498mm Cao 1610mm Tiêu thụ nước 300 kg/h Tiêu thụ không khí 4 bar/h Công suất động cơ 2,2kw Lối thoát sản phẩm 12 Units Công suất (Tối thiểu / Tối đa) 100 - 135 Units - sec Băng tải sản phẩm có cốc 4 Làn Bộ điều khiển Máy tính Tùy chọn Hệ thống bôi trơn tự động - Hệ thống rửa tự động Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật máy phân loại ô liu SMART.

[17] 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Hình 2.2: Máy phân loại RDS Mục đích/Ứng dụng Phân loại điện tử sản phẩm Trái cây và rau quả hình quả bóng với kích thước từ 40 Sản phẩm đến 90 mm Từ 1 đến 8 hàng Mô-đun trọng lượng Mô-đun kích thước Mô-đun màu Mô-đun chất lượng bên ngoài và bên trong Băng tải ở lối ra Lựa chọn Đơn vị thu nước Tốc độ tối đa lên đến 12 chiếc mỗi giây trên một làn Hiệu quả thực tế được tính theo công thức sau: Trọng lượng sản phẩm trung bình (200g) x 12 miếng/giây x 60 giây x 60 phút. Hệ thống con lăn – thả Tính năng Thiết kế compat hiện đại của máy Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của RDS sorting machine. [18] 6 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.3 Nghiên cứu tình hình trong nước Để tăng năng suất, sản xuất hiệu quả và giảm giá thành sản phẩm là yếu tố sống còn của một doanh nghiệp. Việc ứng dụng công nghệ cao và mới vào hoạt động sản xuất là bước đi cần thiết của các doanh nghiệp trong nước để phát triển khoa học công nghệ ở Việt Nam.

Việc ứng dụng tự động hóa vào trong công nghiệp đặc biệt là công nghiệp sản xuất và chế biến nông sản vô cùng cần thiết. Hiện tại, Việt Nam hầu như chưa có đơn vị nào ứng dụng tự động hoá vào quá trình sản xuất và cân nông sản do giá thành cao từ việc nhập khẩu thiết bị, máy móc của nước ngoài. Việc ứng dụng công nghệ này vào trong các dây chuyền sản xuất phân loại nông sản là yếu tố cần thiết mà các doanh nghiệp phải làm để tiếp cận những thị trường nước ngoài có yêu cầu kỹ thuật cao.4 Kết quả  Dựa vào những tìm hiểu trên thì nhóm thực hiện đề tài chia làm hai phương án cân động và cân tĩnh. - Cân tĩnh: một LoadCell sẽ được bố trí tại một bàn cân cố định để xác định khối lượng, sau đó nông sản sẽ được di chuyển đến nơi phân loại.

Ưu điểm là khối lượng cân ra sẽ được có độ chính xác cao nhưng đổi lại phần cơ khí sẽ phức tạp hơn. - Cân động: LoadCell dùng để cân khối lượng sẽ được bố trí hai bên rulo băng tải chạy, nông sản sẽ theo băng tải đi qua tác động lên LoadCell trả về khối lượng sau đó đến phần băng tải phân loại nông sản theo tiêu chuẩn qui định sẵn. Ưu điểm của phương pháp này không cần quá phức tạp về phần cơ khí. Khuyết điểm sẽ là độ chính xác sẽ không được cao và phải xử lý thuật toán phức tạp.

 Để giải quyết được yếu tố tiết kiệm thời gian thì nhóm thực hiện đề tài sẽ chọn phương pháp cân tĩnh để áp dụng vào đồ án.  Trong hệ thống cân tĩnh, thì vị trí đặt LoadCell là một điều khó quan trọng Các vị trí đặt và bố trí LoadCell gồm có: - Đặt trên một đoạn của băng tải: Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng ít LoadCell, dể dàng lắp đặt. tuy nhiên vẫn còn nhiều bất cập, do đặt trên một đoạn của băng tải nên khó có thể tính toán và triệt tiêu sai số. - Đặt dưới chân để cân toàn bộ hệ thống băng tải: Ưu điểm là phương pháp này sai số thấp, nhưng đòi hỏi nhiều LoadCell hơn cách đặt trên một đoạn băng tải, thiết kế phức tạp.

- Đặt vào trong rulo của hệ băng tải: Ưu điểm là dễ lắp đặt, sử dụng ít LoadCell, bên cạnh đó vẫn có nhưng khuyết điểm có thể không cân hết được sản phẩm, sai số và xử lý tín 7 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI hiệu khó hơn.  Qua các yếu tố trên, nhóm thực hiện đề tài chọn phương pháp đặt LoadCell hai bên rulo, để giải quyết các yếu điểm của phương pháp này thì nhóm thực hiện đề tài sử dụng 4 LoadCell đặt ở mỗi đầu rulo để đảm bảo rằng sản phẩm có thể đè hoàn toàn trên LoadCell.  Số lượng băng tải tùy vào mục đích mà có thể chọn một hai hay 3 băng tải  Ở đây nhóm thực hiện đề tài chọn hai băng tải vì mỗi băng tải có một công dụng riêng - Băng tải 1: Nhận nhiệm vụ cân sản phẩm. - Băng tải 2: Đưa sản phẩm hoàn thành qua phân đoạn khác.

8 CHƯƠNG 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Tổng quan về ngành tự động hóa 3.1 Khái niệm về PLC Ngành tự động hóa (Automation Industry) là một lĩnh vực quan trọng trong công nghiệp và công nghệ, nơi các hệ thống và quy trình được thiết kế và kiểm soát để hoạt động một cách tự động, giảm thiểu sự can thiệp của con người. Ngành tự động hóa có sự ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển và hiện đại hóa của nền công nghiệp. Dưới đây là một tổng quan về ngành tự động hóa: - Lý do ra đời : Ngành tự động hóa ra đời để cải thiện hiệu suất, đảm bảo tính chính xác, giảm rủi ro và tiết kiệm thời gian và nguồn lực trong quy trình sản xuất và điều khiển các hệ thống công nghiệp. - Các yếu tố cơ bản: Ngành tự động hóa sử dụng nhiều yếu tố cơ bản bao gồm thiết bị điều khiển tự động (PLC, DCS), máy tính công nghiệp, cảm biến, hệ thống điều khiển logic, và hệ thống điều khiển thông minh.

- Ứng dụng rộng rãi: Ngành tự động hóa được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp sản xuất, năng lượng, điện tử, hóa chất, dầu khí, ô tô, thực phẩm và nông nghiệp, y tế, và nhiều ứng dụng khác. - Công nghệ tự động hóa: Ngành tự động hóa giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, tăng cường hiệu suất, giảm thiểu sai sót con người, cải thiện an toàn, giám sát từ xa, và quản lý dữ liệu hiệu quả. - Tiến bộ trong ngành: Ngành tự động hóa liên tục phát triển với sự ra đời của các công nghệ mới và cải tiến đáng kể trong khả năng kết nối và tích hợp các hệ thống tự động hóa. - Thách thức và cơ hội: Mặc dù ngành tự động hóa mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng đối mặt với thách thức như an ninh mạng và vấn đề về nguồn nhân lực.

Tuy nhiên, nó cũng tạo ra nhiều cơ hội cho sự phát triển và tạo ra giá trị trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và kỹ thuật.  Ngành tự động hóa chiếm một vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và quản lý quy trình sản xuất một cách hiệu quả. Nó đóng góp đáng kể vào sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp và là một phần quan trọng trong việc hiện đại hóa nền công nghiệp hiện đại. 9 CHƯƠNG 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 3.1: Ngành tự động hóa đang phát triển mạnh mẽ ở những năm gần đây 3.2 Khái niệm về PLC PLC (Programmable Logic Controller) là một hệ thống điều khiển tự động thông qua việc lập trình, thường được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp để kiểm soát và giám sát các quy trình sản xuất.

Đây là một công nghệ quan trọng giúp tối ưu hóa hoạt động, tăng hiệu suất và đảm bảo tính ổn định và an toàn của các hệ thống tự động.2: Các hãng PLC nổi tiếng.3 PLC SIEMENS PLC Siemens: Bộ điều khiển logic có thể lập trình được PLC Siemens là một bộ điều khiển logic có thể lập trình được, được sử dụng để điều khiển các thiết bị và quy trình trong tự động hóa công nghiệp. PLC Siemens nổi tiếng với độ bền cao, tính linh hoạt và khả năng mở rộng, biến chúng thành lựa chọn hàng đầu cho nhiều ứng dụng khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp. PLC Siemens hoạt động dựa trên nguyên lý logic. Các đầu vào của PLC sẽ nhận tín hiệu từ các thiết bị, chẳng hạn như cảm biến, công tắc,.