LỜI MỞ ĐẦU Ở Việt Nam, việc ứng dụng Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa vào hoạt động sản xuất công nghiệp là hướng phát triển đem lại nhiều ưu điểm vượt bậc, công nghệ này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn giúp nâng cao chất lượng và hiệu suất của sản phẩm công nghiệp. Sản phẩm chè khô Việt Nam nói chung và đặc sản chè khô Thái Nguyên nói riêng là sản phẩm không đơn thuần mang giá trị về thương mại, mà còn là nét đặc trưng, một đặc sản văn hóa truyền thống đặc sắc mang đậm hương vị quê hương. Nhờ ứng dụng của công nghệ tự động hóa ta có thể sản xuất chè khô tối ưu hóa và nâng cao chất lượng bằng việc kiểm soát các yếu tố về nhiệt độ, độ ẩm trong quá trình sản xuất, kiểm soát được lượng khí thải công nghiệp nhằm đảm bảo sức khỏe cho người lao động. Điều này giúp đảm bảo sự ổn định và đồng đều trong quá trình sản xuất và từ đó cải thiện chất lượng của sản phẩm.
Với kiến thức của sinh viên Trường Đại học Thủy Lợi và nhu cầu tìm hiểu về hệ thống tự động trong sản xuất, em chọn đề tài “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ VÀ KIỂM SOÁT LƯỢNG KHÍ THẢI TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CHÈ KHÔ THÁI NGUYÊN” để nghiên cứu và tìm hiểu. Trong thời gian thực hiện đề tài, em đã nhận được sự giúp đỡ của các quý thầy cô và các bạn, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy TS.Ngô Quang Vĩ đã giúp cho em hoàn thành đề tài này một cách tốt nhất. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những người đã giúp đỡ và hỗ trợ em trong quá trình thực hiện đề tài! Hà Nội, ngày…tháng…năm 2025 Đỗ Thành Long iii MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG. 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH.
TỔNG QUAN HỆ THỐNG SAO CHÈ THÁI NGUYÊN .1 Sản xuất chè khô thủ công tại Thái Nguyên .2 Bất cập trong sản xuất chè khô thủ công .3 Mô hình sản xuất chè khô tự động .4 Sơ đồ cấu trúc tổng quan hệ thống. LỰA CHỌN THIẾT BỊ .1 Lựa chọn thiết bị mạch điều khiển. Cảm biến đo nhiệt độ. Cảm biến đo nồng độ khí CO2.
Cảm biến độ ẩm. Rơ le trung gian .2 Lựa chọn thiết bị mạch động lực. Van điều khiển điều chỉnh khí gas. Van điều khiển đóng/mở thải khí CO2.
Lựa chọn động cơ.3 Một số thiết bị khác. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN .1 Yêu cầu công nghệ .4 Phân định tín hiệu vào/ra .5 Chương trình điều khiển .6 Xây dựng giao diện WinCC. 58 2 DANH MỤC BẢNG Bảng 2-1 Thông số cảm biến nhiệt độ. 19 Bảng 2-2 Thông số cảm biến đo nồng độ khí CO2.
22 Bảng 2-3 Thông số kỹ thuật PLC Siemens S7-1200 CPU 1212C. 28 Bảng 2-4 Các thông số của lò nhiệt. 34 Bảng 2-5 Thông số kỹ thuật van bi ON/OFF Haitima. 36 Bảng 2-6 Danh sách thiết bị.
39 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Chè thái nguyên. 5 Hình 1-2 Người dân hái những búp chè Thái Nguyên. 6 Hình 1-3 Quy trình sản xuất chè Thái Nguyên. 6 Hình 1-4 sản xuất chè thủ công.
9 Hình 1-5 Cảm nhận nhiệt độ bằng tay. 10 Hình 1-6 Cấu tạo máy sao chè khô. 12 Hình 1-7 Sơ đồ cấu trúc tổng quan hệ thống. 15 Hình 2-1 Cảm biến nhiệt độ PT100.
20 Hình 2-2 Cấu tạo của PT100. 20 Hình 2-3 Biểu đồ thay đổi điện trở theo nhiệt độ của PT100. 21 Hình 2-4 Cảm biến CO2, VELT-W-CO2-I4. 23 Hình 2-5 Cảm biến độ ẩm.
25 Hình 2-7 Nguyên lý hoạt động của PLC. 26 Hình 2-8 PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 6ES7214-1AG40- 0XB0. 27 Hình 2-9 Module Analog SM1234 4AI/2AO. 29 Hình 2-10 MCCB Mitsubishi NF63-SV 3P 10A 7.
30 Hình 2-11 Rơ le trung gian Omron. 31 Hình 2-12 Van điều khiển điện tuyến tính. 31 Hình 2-13 Cấu tạo của van bi điều khiển điện tuyến tính. 32 Hình 2-14 Bộ điều khiển PID.
35 Hình 2-15 Van bi điều khiển điện ON/OFF Haitima Đài Loan. 35 Hình 2-16 Motor điện 3 pha Hyosung 0. 37 Hình 2-18 Bộ nguồn tổ ong 24V 5A. 38 Hình 3-1 Màn hình giám sát WinCC.
TỔNG QUAN HỆ THỐNG SAO CHÈ THÁI NGUYÊN 1.1 Sản xuất chè khô thủ công tại Thái Nguyên Thái Nguyên – Vùng đất với tên gọi “Đệ nhất danh trà” được xem là một biểu tượng, một nét đẹp của người dân tỉnh Thái Nguyên nói riêng và ngành chè của Việt Nam nói chung. Bất cứ một người mê trà nào mà chưa từng thử qua loại chè Thái Nguyên trứ danh thì đúng là “thiệt thòi” bởi cái hương vị đặc biệt & rất riêng của nó. Chè Thái Nguyên là một loại chè nổi tiếng của Việt Nam, được sản xuất tại tỉnh Thái Nguyên. Chè Thái Nguyên là dòng trà xanh (lục trà) có cánh nhỏ, xoăn, màu bạc xám đen và hương thơm cốm đặc trưng, trà khi pha có màu nước vàng xanh, vị chát dịu ở đầu lưỡi và có vị ngọt hậu, ngọt dần ở cổ họng sau khi thưởng thức.
Trà Thái Nguyên còn được gọi theo nhiều cách khác nhau, tùy vào địa phương, như chè Thái Nguyên, trà Thái, chè Bắc Thái, trà Tân Cương, trà mộc, người dân phía miền Nam còn hay gọi là trà Bắc.Đây là loại chè được nhiều người Việt Nam và du khách quốc tế yêu thích. Hình 1-1 Chè thái nguyên Chè Thái Nguyên được chế biến từ búp chè xanh non của cây chè San Tuyết cổ thụ, búp chè được lựa chọn kỹ lưỡng, chỉ lấy những búp chè non, búp bánh 5 tẻ. Thời điểm người dân chọn để hái chè là thường vào buổi sáng sớm khi nắng chưa lên cao, khi mà những giọt sương còn đọng lại trên búp chè. Cây chè được trồng trên những triền núi cao của tỉnh Thái Nguyên.
Hình 1-2 Người dân hái những búp chè Thái Nguyên Quá trình sản xuất chè khô Thái Nguyên bao gồm 7 công đoạn chính : Hái chè, làm héo nhẹ, diệt men, vò chè, sao khô, lấy hương, và đóng gói thành phẩm Hái chè Làm héo Diệt men nhẹ Vò chè Đóng gói Lấy hương Sao khô Hình 1-3 Quy trình sản xuất chè Thái Nguyên 6 - Hái chè: Thời điểm người dân chọn để hái chè thường là vào buổi sáng sớm khi nắng chưa lên cao, khi mà những giọt sương vẫn còn đọng lại trên búp chè. Quy tắc hái thường sẽ là 1 tôm 2 lá / 1 tôm 1 lá / 1 tôm hay 1 tôm 3 lá, người xưa có câu “1 tôm 2 lá, 1 cá 2 chừa”, câu này ý nói đây là quy tắc hái để cây chè vẫn đảm bảo được tái sinh và đạt chuẩn yêu cầu chế biến. Khi hái không được nắm quá chặt mà phải vừa tay bỏ vào rổ đựng, như vậy sẽ không làm nát cánh chè. Không được hái chè quá non hoặc quá già vì khi chế biến sẽ ảnh hưởng đến hương vị chè.
Hương vị của chè phụ thuộc nhiều vào công đoạn hái chè, lựa chọn lá chè. - Làm héo nhẹ: Sau khi hái chè xong, những búp được mang ra phơi mỏng trên nong thưa hoặc giàn lưới, mỗi nong từ 1,5 – 2 kg, quá trình này mục đích để làm khô sương và thoát hết hơi ẩm ở trong quá trình vận chuyển. Các nong được đặt lên giàn hoặc giá gỗ có nhiều tầng, mỗi tầng cách nhau 15-25 cm. Sau 0,5 – 1h lại đảo nhẹ chè một lần.
Thời gian làm héo nhẹ từ 4 – 6h tùy theo thủy phần trong búp chè và nước trên bề mặt búp chè, cho đến khi chè nghe được hương thơm mùi hoa tươi thì chuyển sang quá trình diệt men. Quá trình héo được đồng đều, chè Thái Nguyên luôn phải đảm bảo thoáng gió, phát huy được hương thơm, tươi tự nhiên của nguyên liệu. - Diệt men: Ở công đoạn này, chè phải đạt 4 yếu tố sau thì mới đạt chất lượng đảm bảo ngon nhất: + Lá chè phải mềm dẻo, phần cuống non bẻ gập lại không gãy, vụn + Chè có hương thơm đặc trưng của chè thay cho mùi hăng lúc ban đầu + Màu xanh của chè chuyển thành màu xanh sẫm, nhìn đẹp mắt + Sờ bề mặt lá chè hơi dính, bện lại, dùng tay nắm chặt chè lại rồi buông ra mà chè không bị rời - Vò chè: Diệt men xong đến công đoạn vò chè, chè được vò bằng tay loại bỏ đi những vụn chè, giai đoạn này giúp chè xoắn lại, cong, gọn, cuộn lại với nhau, làm cho cánh chè khô khi thành phẩm sẽ đẹp và đều hơn. Lưu ý thêm là chỉ được vò chè theo 1 chiều nhất định để không làm trà bị tơi và nát.Thời 7 gian vò chè được dao động khoảng từ 10 phút đến 30 phút tùy theo loại chè và máy vò chè.
Bên cạnh đó sàn vẩy, lọc ra những lá trà không đủ tiêu chuẩn như không xoắn hoặc bị nát ra ngoài. - Sao khô: Sau khi nhựa trà đã tiết vào nhau, tiếp đến người nghệ nhân cho trà vào tôn quay hoăc chảo để xào khô lần 1 (công nghiệp thì dùng tôn quay, còn truyền thống thì sẽ dùng chảo). Sao khô là giai đoạn mang tính quyết định xem chè Thái Nguyên có đạt độ ngon và cánh có đẹp hay không, nó quyết định hương vị và cả màu sắc chè khi khô. Thời gian sao khô thường mất khoảng 20 phút cho 1 mẻ chè từ 1,2kg – 1,5 kg.
Quá trình sao khô đến khi thấy cánh trà chuyển từ màu xanh tươi sang màu đen nhạt là trà đã tương đối khô. Trà sau khi được sao xong lại cho ra nong để sàn vẩy, lọc ra những lá trà không đạt tiêu chuẩn. - Lấy hương: Đây là công đoạn được đánh giá là quan trọng nhất quyết định đến mùi thơm của chè Thái Nguyên. Tiếp tục cho chè vào tôn quay (hoặc chảo), điều chỉnh nhiệt độ hợp lý (nếu dùng chảo thì chỉnh lửa chỉ còn những đốm than để xào thì mới lên mùi hương cốm của trà và một phần giúp trà không bị ám khói.
Công đoạn này cũng làm bằng tay để cảm nhận nhiệt vừa đủ). Sao trong khoảng 15 – 20 phút đến khi cảm nhận được hương thơm của trà, hương cốm đặc trưng thì đạt, lúc này công đoạn lấy hương đã hoàn tất. - Đóng gói: Chè thành phẩm được bảo quản thủ công được cho vào túi bóng kính có độ dày, buộc chặt miệng túi, để ở nơi khô ráo, tránh ánh nắng trực tiếp của mặt trời, không được để tiếp xúc trực tiếp chè với nền đất.