Nghiên Cứu Ứng Dụng Bộ Điều Khiển PLC Trong Máy Bóc Vỏ Trâu

Luận văn tốt nghiệp kỹ thuật nghiên cứu tốt nghiệp cơ khí công nghệ điều khiển tự động lực ép rulo cao su trong máy bóc vỏ trấu bằng plc, điều tra thực trạng, phân tích số liệu,

• Tác giả: Nguyen Thanh Kien
• Người hướng dẫn: Th.S. Le Van Ban
• Trường học: Trường Đại Học Nông Lâm
• Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Biến Và Bảo Quản Sản Phẩm Nông Nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng PLC Trong Điều Khiển Tự Động Máy Bóc Vỏ Trâu
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• 1. TRA CỨU TÀI LIỆU SÁCH BAO PHỤC VỤ TRỰC TIẾP ĐỀ TÀI
• 1.1. Yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng gạo khi bóc vỏ
• 1.2. Một số loại máy xay xát trên thị trường
• 1.3. Máy xay kiểu Rulo cao su
• 1.4. Thiết bị xay xát thóc kiểu nông thôn
• 1.5. Máy xay xát kiểu SATAKE
• 1.6. Sơ lược về sự phát triển PLC
• 2. CẤU TRÚC VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA PLC
• 2.1. Cấu trúc PLC
• 2.2. Hoạt động của một PLC
• 2.3. So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác
• 2.4. Ưu điểm của thiết bị điều khiển bằng PLC
• 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
• 3.1. Thiết kế mô hình máy, bố trí khảo nghiệm
• 3.2. Thiết bị máy dùng để chế tạo mô hình
• 4. THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VÀ KẾT QUẢ THẢO LUẬN
• 4.1. Khảo sát máy bóc vỏ trấu VIKYNO
• 4.2. Sơ đồ cấu tạo chung máy bóc vỏ, nguyên lý làm việc máy
• 4.3. Xây dựng mô hình điều khiển tự động
• 4.4. Thiết kế chế tạo khung máy
• 4.5. Phương pháp gia công
• 4.6. Chế tạo tam đỡ động cơ điều chỉnh khe hở cặp Rulo, khảo nghiệm lấy số liệu
• 4.7. Sơ đồ chung hệ thống điều khiển
• 4.8. Thiết kế phần cứng kết nối giữa PLC và máy
• 4.9. Mạch nhận tín hiệu về cho PLC
• 4.10. Mạch điều khiển động cơ chính, mạch tạo nguồn, mạch điều chỉnh khe hở cặp Rulo, mạch khuếch đại tín hiệu
• 4.11. Địa chỉ ngõ vào của PLC
• 4.12. Kết nối phần cứng của mô hình, xây dựng chương trình điều khiển
• 4.13. Sử dụng phần mềm MICROWIN 3
• 4.14. Phần mềm dùng để thử chương trình, chương trình điều khiển hệ thống, kết quả khảo nghiệm khi hệ thống đã hoàn chỉnh
• TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Ứng Dụng PLC Trong Điều Khiển Tự Động Máy Bóc Vỏ Trâu

Trong ngành công nghiệp chế biến nông sản, việc ứng dụng PLC trong điều khiển tự động đã trở thành một xu hướng quan trọng. PLC (Programmable Logic Controller) giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Đặc biệt, trong máy bóc vỏ trâu, PLC đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì lực ép và điều khiển các thông số kỹ thuật. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu chi phí lao động mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra.

1.1. Nguyên Lý Hoạt Động Của PLC Trong Máy Bóc Vỏ Trâu

PLC hoạt động dựa trên nguyên lý nhận tín hiệu từ các cảm biến và điều khiển các thiết bị ngoại vi. Trong máy bóc vỏ trâu, PLC giúp điều chỉnh lực ép của rulo cao su, đảm bảo quá trình bóc vỏ diễn ra hiệu quả. Các tín hiệu từ cảm biến sẽ được xử lý và gửi đến các thiết bị điều khiển, tạo ra một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh.

1.2. Lợi Ích Của Việc Sử Dụng PLC Trong Ngành Chế Biến

Việc sử dụng PLC trong công nghiệp mang lại nhiều lợi ích như giảm thiểu thời gian dừng máy, tăng độ chính xác trong quy trình sản xuất và giảm thiểu lỗi do con người. Hệ thống PLC có khả năng tự chẩn đoán và phát hiện lỗi, giúp cho việc bảo trì và sửa chữa trở nên dễ dàng hơn.

II. Thách Thức Trong Việc Ứng Dụng PLC Để Điều Khiển Máy Bóc Vỏ Trâu

Mặc dù việc ứng dụng PLC mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức. Việc lắp đặt và lập trình PLC đòi hỏi kỹ thuật cao và hiểu biết sâu về hệ thống. Ngoài ra, việc tích hợp PLC với các thiết bị cũ cũng có thể gặp khó khăn. Những thách thức này cần được giải quyết để tối ưu hóa hiệu quả của hệ thống.

2.1. Khó Khăn Trong Lập Trình PLC

Lập trình PLC yêu cầu người sử dụng phải có kiến thức chuyên môn về ngôn ngữ lập trình và cấu trúc của PLC. Việc này có thể gây khó khăn cho những người mới bắt đầu hoặc không có kinh nghiệm trong lĩnh vực này.

2.2. Tích Hợp PLC Với Thiết Bị Cũ

Việc tích hợp PLC với các thiết bị cũ có thể gặp khó khăn do sự khác biệt về công nghệ và giao thức truyền thông. Điều này có thể dẫn đến việc không đạt được hiệu quả tối ưu trong quá trình sản xuất.

III. Phương Pháp Lập Trình PLC Để Điều Khiển Máy Bóc Vỏ Trâu

Để điều khiển máy bóc vỏ trâu hiệu quả, việc lập trình PLC là rất quan trọng. Sử dụng ngôn ngữ lập trình Ladder Diagram giúp cho việc thiết kế chương trình trở nên trực quan và dễ hiểu. Các bước lập trình cần được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

3.1. Thiết Kế Chương Trình Điều Khiển

Chương trình điều khiển PLC cần được thiết kế dựa trên nguyên lý hoạt động của máy bóc vỏ trâu. Các thông số như lực ép, tốc độ quay của rulo cần được xác định rõ ràng để đảm bảo hiệu quả sản xuất.

3.2. Kiểm Tra Và Tối Ưu Hóa Chương Trình

Sau khi lập trình, việc kiểm tra và tối ưu hóa chương trình là rất cần thiết. Điều này giúp phát hiện và khắc phục các lỗi có thể xảy ra trong quá trình vận hành, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của PLC Trong Máy Bóc Vỏ Trâu

Việc ứng dụng PLC trong máy bóc vỏ trâu đã cho thấy những kết quả tích cực. Hệ thống điều khiển tự động giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu thời gian sản xuất và tăng năng suất. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng PLC đã cải thiện đáng kể hiệu suất làm việc của máy.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Về Hiệu Suất

Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng PLC đã giúp tăng hiệu suất làm việc của máy bóc vỏ trâu lên đến 30%. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm chi phí sản xuất.

4.2. Cải Thiện Chất Lượng Sản Phẩm

Chất lượng sản phẩm đầu ra cũng được cải thiện rõ rệt nhờ vào việc điều khiển chính xác lực ép của rulo. Điều này giúp giảm thiểu tỷ lệ hạt gạo bị vỡ và nâng cao chất lượng gạo thành phẩm.

V. Kết Luận Về Ứng Dụng PLC Trong Điều Khiển Tự Động Máy Bóc Vỏ Trâu

Việc ứng dụng PLC trong điều khiển tự động máy bóc vỏ trâu không chỉ mang lại hiệu quả cao trong sản xuất mà còn mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành chế biến nông sản. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

5.1. Tương Lai Của PLC Trong Ngành Chế Biến

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, PLC sẽ ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn trong ngành chế biến nông sản. Điều này sẽ giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu thị trường.

5.2. Khuyến Khích Nghiên Cứu Và Phát Triển

Cần khuyến khích các nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực ứng dụng PLC để tối ưu hóa quy trình sản xuất. Việc này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả mà còn tạo ra những sản phẩm chất lượng cao hơn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp chế biến lúa gạo tại Việt Nam, tổn thất sau thu hoạch trong khâu xay xát vẫn chiếm tỷ lệ từ 2% đến 5%, trong đó hiện tượng gãy vỡ hạt gạo lức do lực ép rulo không ổn định là nguyên nhân hàng đầu. Vấn đề cốt lõi của các máy bóc vỏ trấu truyền thống nằm ở cơ chế chỉnh khe hở rulo thủ công bằng tay vặn, khiến khe hở bị nới rộng liên tục khi lớp cao su mài mòn theo thời gian vận hành. Luận văn tập trung giải quyết triệt để vấn đề này bằng giải pháp điều khiển tự động lực ép và khe hở rulo cao su thông qua bộ điều khiển lập trình PLC S7-200 kết hợp biến dòng và động cơ chấp hành.

Mục tiêu cụ thể của đề tài là khảo sát động học máy bóc vỏ trấu Vikyno CL700, thiết kế chế tạo hệ thống khung gá cơ khí chịu lực kích thước 850 x 345 x 550 mm, xây dựng mạch ghép nối tín hiệu dòng tải và lập trình thuật toán điều khiển tự động duy trì khe hở rulo tối ưu. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm trên giống lúa IR64 tại Trung tâm Năng lượng, Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2002 - 2006. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp nâng cao tỷ lệ bóc vỏ lên 84.2%, tỷ lệ gạo nguyên đạt 92.6% và duy trì hiệu suất xay xát toàn phần đạt 77.97% ở năng suất định mức 720 kg/h. Giải pháp không chỉ giảm thiểu 80% hệ thống dây nối điều khiển so với rơ-le truyền thống mà còn tối ưu hóa chi phí vận hành cho các cơ sở chế biến nông sản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự tích hợp giữa lý thuyết cơ học bóc vỏ hạt nông sản và lý thuyết điều khiển tự động trong công nghiệp chế biến. Cơ chế bóc vỏ trấu bằng cặp rulo cao su vận hành dựa trên nguyên lý ma sát trượt và biến dạng đàn hồi: hai quả rulo quay ngược chiều nhau với vận tốc tiếp tuyến xấp xỉ 14 m/s và tỷ số truyền chênh lệch khoảng 1.3 (trục chủ động quay 1100 vòng/phút, trục bị động quay 846 vòng/phút). Khi hạt lúa đi qua khe hở hẹp hơn chiều dày tự nhiên của hạt, lực ép kết hợp với độ lệch tốc độ giữa hai bề mặt cao su sẽ tạo ra ứng suất tiếp xé rách lớp vỏ trấu mà không làm vỡ phôi hạt.

Bên cạnh đó, lý thuyết điều khiển hồi tiếp vòng kín dựa trên tín hiệu dòng điện động cơ được áp dụng để giám sát tải làm việc. Mô hình nghiên cứu chuẩn hóa 4 khái niệm kỹ thuật cốt lõi:

• Tỷ lệ bóc vỏ ($e_h$): Phần trăm hạt thóc được tách sạch vỏ trấu sau khi qua buồng ép.
• Tỷ lệ gạo nguyên ($e_{wk}$): Phần trăm khối lượng hạt không bị gãy vỡ trên tổng khối lượng gạo lức thu được.
• Hiệu suất bóc vỏ tổng hợp ($E_h$): Tích số giữa tỷ lệ bóc vỏ và tỷ lệ gạo nguyên ($E_h = e_h \times e_{wk}$).
• Chu kỳ quét PLC (Scan Cycle): Thời gian đọc ngõ vào, thực thi logic chương trình và cập nhật ngõ ra điều khiển trong phạm vi vài mili-giây.

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp giải thuật điều khiển số trên mô hình vật lý thực tế. Dữ liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp từ dòng điện động cơ chính 3.7 kW (điện áp 380V, 3 pha) thông qua máy biến dòng và mạch chỉnh lưu chuyển đổi thành tín hiệu điện áp một chiều đưa vào module tương tự Analog EM235 12-bit của PLC Siemens S7-200 CPU 214.

Cỡ mẫu khảo nghiệm sử dụng 5 kg lúa IR64 chuẩn cho mỗi lượt thử nghiệm độc lập, lặp lại qua nhiều mức khe hở rulo từ 0.2 mm đến 1.2 mm và ba dải năng suất cấp liệu gồm 500 kg/h, 642 kg/h và 720 kg/h. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng được áp dụng để đánh giá chính xác độ đồng đều của hạt trước và sau khi bóc vỏ. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích thực nghiệm tham số hóa dòng điện là vì dòng tải động cơ phản ánh tức thời và chính xác nhất phản lực ép giữa hai bề mặt rulo cao su. Timeline nghiên cứu được thực hiện xuyên suốt trong 4 năm, bao gồm 12 tháng khảo sát cơ khí, 18 tháng thiết kế chế tạo mạch phần cứng và 18 tháng lập trình phần mềm STEP 7-Micro/WIN v3 cùng thử nghiệm tối ưu hóa tại xưởng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo nghiệm thực nghiệm trên máy bóc vỏ Vikyno CL700 tích hợp hệ thống điều khiển PLC đã mang lại 4 phát hiện kỹ thuật mang tính quyết định:

• Xác lập khe hở làm việc tối ưu ở mức 0.8 mm: Tại khe hở rulo 0.8 mm và năng suất 720 kg/h, tỷ lệ bóc vỏ đạt mức cao nhất 84.2%, tỷ lệ gạo nguyên đạt 92.6%, đưa hiệu suất tổng thể của máy đạt 77.97%. Khi tăng khe hở lên 1.0 mm, hiệu suất bóc vỏ giảm xuống còn 70.81%, và tại mức khe hở 1.2 mm hiệu suất tụt dốc còn 66.83% do lực ép không đủ để bóc tách vỏ trấu.
• Tương quan tỷ lệ thuận giữa năng suất cấp liệu và chất lượng hạt: Khi nâng năng suất cấp liệu từ 500 kg/h lên 720 kg/h ở cùng khe hở 0.8 mm, tỷ lệ bóc vỏ tăng từ 76.1% lên 84.2% (tăng 8.1%), đồng thời tỷ lệ gạo nguyên duy trì ổn định ở mức cao từ 91.8% đến 92.6%.
• Khả năng bù mòn rulo tự động chính xác tuyệt đối: Khi rulo cao su bị mòn làm giảm dòng điện tải dưới ngưỡng chuẩn, hệ thống PLC phát hiện sai lệch và kích hoạt động cơ bước phụ qua mạch nguồn 9V LM7809 xoay vít điều chỉnh tiến vào với bước dịch chuyển chính xác đến 0.05 mm trong thời gian phản hồi dưới 250 micro-giây của module EM235.
• Tối ưu hóa thời gian chạy không tải: Thuật toán cài đặt bộ định thời đếm 5 phút tự động ngắt động cơ chính 3.7 kW nếu máng cấp liệu không mở, giúp tiết kiệm điện năng tiêu thụ không tải và bảo vệ bề mặt rulo không bị ma sát khô sinh nhiệt.

Thảo luận kết quả

Sự suy giảm hiệu suất bóc vỏ khi khe hở vượt quá 0.8 mm bắt nguồn từ việc mật độ hạt lúa tiếp xúc đồng thời với cả hai bề mặt rulo bị giảm, khiến lực xé trượt bề mặt không đạt tới giới hạn phá vỡ liên kết vỏ trấu. Ngược lại, nếu khe hở nhỏ hơn 0.7 mm, ứng suất nén quá mức sẽ làm phôi hạt bị rạn nứt, khiến tỷ lệ tấm tăng vọt. So với các hệ thống máy xay đĩa cổ điển có vận tốc tiếp tuyến 14 m/s nhưng tỷ lệ vỡ hạt lên đến 15% - 20%, mô hình rulo cao su điều khiển bằng PLC giúp giảm tỷ lệ vỡ hạt xuống dưới 7.4%.

Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa qua biểu đồ đường biểu diễn mối quan hệ giữa ba thông số: dòng điện tải (Ampe), khe hở rulo (mm) và tỷ lệ gạo nguyên (%). Đồ thị này minh chứng rõ ràng dải làm việc lý tưởng của dòng điện nằm trong khoảng giá trị chuẩn đã định sẵn trong bộ nhớ V của CPU 214. Ý nghĩa khoa học của kết quả này khẳng định việc điều khiển khe hở tự động dựa trên tín hiệu dòng tải là hoàn toàn khả thi, thay thế hoàn hảo sự can thiệp cảm tính của công nhân vận hành.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả khảo nghiệm thực tế, 4 giải pháp công nghệ và quy trình vận hành được đề xuất nhằm thương mại hóa và nhân rộng hệ thống:

• Nâng cấp thuật toán điều khiển PID mờ (Fuzzy-PID): Lập trình tích hợp khối hàm PID mềm trong STEP 7-Micro/WIN để điều khiển mịn vận tốc động cơ chỉnh khe hở, hướng tới mục tiêu rút ngắn thời gian triệt tiêu sai lệch lực ép xuống dưới 100 mili-giây. Thời gian thực hiện: 6 tháng; Chủ thể: Đội ngũ kỹ sư tự động hóa và cơ điện tử.
• Chuẩn hóa quy trình hiệu chuẩn định kỳ hệ thống cảm biến: Ban hành quy chuẩn kiểm định cảm biến biến dòng và mạch khuếch đại tín hiệu Analog EM235 sau mỗi 300 giờ vận hành liên tục nhằm duy trì sai số đo lường điện áp dưới 1.25 mV. Thời gian thực hiện: Định kỳ 3 tháng một lần; Chủ thể: Bộ phận kỹ thuật bảo trì tại nhà máy xay xát.
• Nghiên cứu ứng dụng vật liệu cao su chịu mài mòn nano-composite: Hợp tác với các viện nghiên cứu vật liệu để nâng cao tuổi thọ rulo cao su thêm 35% so với rulo thông thường, giảm tần suất phải thay mới và căn chỉnh cơ khí. Thời gian thực hiện: 12 tháng; Chủ thể: Doanh nghiệp chế tạo thiết bị cơ khí nông nghiệp.
• Tích hợp màn hình giám sát giao diện HMI và truyền thông mạng SCADA: Ứng dụng cổng truyền thông RS485 chuẩn PPI với tốc độ 9600 baud để kết nối PLC lên màn hình HMI cảm ứng tại trạm điều khiển trung tâm, cho phép hiển thị 100% dữ liệu dòng tải và cảnh báo mòn rulo theo thời gian thực cho các dây chuyền công suất từ 700 kg/h đến 2000 kg/h. Thời gian thực hiện: 9 tháng; Chủ thể: Các đơn vị tích hợp hệ thống tự động hóa công nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Tài liệu luận văn mang lại giá trị học thuật và thực tiễn sâu sắc cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

• Kỹ sư cơ điện tử và tự động hóa công nghiệp: Tiếp cận sơ đồ nguyên lý mạch ghép nối giữa PLC S7-200, module Analog EM235 và máy biến dòng; áp dụng trực tiếp mã lệnh LAD/STL trong thiết kế các hệ thống điều khiển vòng kín cho máy chế biến.
• Chủ doanh nghiệp và quản lý nhà máy xay xát lúa gạo: Nắm bắt giải pháp nâng cao tỷ lệ thu hồi gạo nguyên thêm 5% đến 8%, từ đó tính toán bài toán kinh tế nâng cao lợi nhuận và tối ưu hóa chi phí thay thế phụ tùng rulo cao su.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Cơ khí nông nghiệp: Sử dụng tài liệu như một công trình tham khảo chuẩn mực về phương pháp tính toán động học rulo, thiết kế khung đỡ chịu lực bằng thép V50 và phương pháp bố trí thí nghiệm sau thu hoạch.
• Các kỹ sư thiết kế chế tạo máy nông nghiệp: Kế thừa bản vẽ cơ khí chi tiết, thông số kích thước buly (đường kính 140 mm - 150 mm), tỷ số truyền 1.3 và cơ cấu vít me điều chỉnh khe hở để cải tiến các dòng máy bóc vỏ hiện hành trên thị trường.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần tự động hóa lực ép rulo cao su thay vì chỉnh tay truyền thống?
Trong thực tế, rulo cao su bị mài mòn liên tục khiến khe hở nới rộng, làm giảm tỷ lệ bóc vỏ từ 84.2% xuống dưới 70%. Việc chỉnh tay hoàn toàn phụ thuộc vào cảm tính của người vận hành, không thể duy trì lực ép ổn định, dẫn đến tăng tỷ lệ hạt gãy vỡ và lãng phí công suất máy.

PLC S7-200 nhận biết độ mòn của rulo cao su bằng cơ chế nào?
Hệ thống sử dụng máy biến dòng đo cường độ dòng điện động cơ kéo 3.7 kW. Khi rulo bị mòn làm tăng khe hở, lượng lúa nén giữa hai quả lô giảm khiến dòng tải sụt giảm. Tín hiệu này được module EM235 chuyển đổi về PLC để so sánh với dải giá trị chuẩn và kích hoạt động cơ phụ bù mòn.

Khe hở 0.8 mm mang lại lợi ích kỹ thuật gì vượt trội cho giống lúa IR64?
Số liệu thực nghiệm khẳng định khe hở 0.8 mm ở năng suất 720 kg/h tạo ra ứng suất nén và lực trượt ma sát lý tưởng, giúp bóc sạch 84.2% vỏ trấu mà vẫn giữ nguyên vẹn 92.6% phôi gạo lức, đạt hiệu suất tổng thể cao nhất là 77.97%.

Hệ thống điều khiển này có thể ứng dụng cho các dòng máy xay xát công suất lớn hơn không?
Hoàn toàn khả thi. Nhờ cấu trúc mở của PLC S7-200 CPU 214 hỗ trợ mở rộng tới 7 module và khả năng lập trình linh hoạt, hệ thống dễ dàng mở rộng cho các tổ hợp máy bóc vỏ công nghiệp có công suất từ 2 đến 5 tấn/giờ bằng cách nâng cấp dải đo của máy biến dòng.

Module Analog EM235 đóng vai trò gì trong cấu trúc phần cứng của đề tài?
Module EM235 đóng vai trò cầu nối nhận tín hiệu điện áp tương tự một chiều từ mạch biến dòng, thực hiện chuyển đổi tương tự - số (ADC) độ phân giải 12-bit với thời gian đáp ứng dưới 250 micro-giây, giúp CPU xử lý dữ liệu dòng điện một cách chính xác và mượt mà.

Kết luận

• Luận văn đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công hệ thống tự động hóa lực ép rulo cao su trên máy bóc vỏ trấu Vikyno CL700 sử dụng PLC S7-200 CPU 214.
• Giải pháp phần cứng tích hợp hoàn hảo giữa cơ cấu cơ khí khung thép V50, mạch đo dòng tải động cơ 3.7 kW và module mở rộng Analog EM235 12-bit.
• Kết quả thực nghiệm trên giống lúa IR64 xác lập khe hở tối ưu 0.8 mm, đạt tỷ lệ bóc vỏ 84.2%, tỷ lệ gạo nguyên 92.6% và hiệu suất tổng thể 77.97% tại năng suất 720 kg/h.
• Thuật toán điều khiển thông minh tự động bù mài mòn rulo và tự ngắt sau 5 phút chạy không tải giúp bảo vệ thiết bị và tiết kiệm điện năng.
• Đóng góp nền tảng công nghệ quan trọng cho ngành cơ khí sau thu hoạch, mở ra lộ trình 12 tháng nâng cấp giao diện điều khiển SCADA và thương mại hóa sản phẩm trên diện rộng.

Hãy ứng dụng ngay giải pháp điều khiển tự động PLC vào dây chuyền xay xát để tối ưu hóa tỷ lệ thu hồi gạo nguyên và nâng cao năng lực cạnh tranh cho doanh nghiệp của bạn!

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HÒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ NGUYÊN THÀNH KIÊN TRAN QUOC HUY Dé tai: DIEU KHIEN TU DONG LUC EP RULO CAO SU TRONG MAY BOC VO TRAU BANG PLC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM KHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ Đề tài: DIEU KHIEN TU DONG LỰC ÉP RULO CAO SU TRONG MAY BOC VO TRAU BANG PLC Chuyên ngành: CƠ KHÍ CHE BIEN VA BQNSTP Gido vién hwong dan: Sinh vién thuc hién: Th.S LE VAN BAN NGUYEN THANH KIEN TRAN QUOC HUY Khóa: 2002 - 2006 Tp. Hồ Chí Minh Tháng 07/2006 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINNING UNIVERSITY OF AGRICULTURAL AND FORESTRY FACULTY OF AGRICULTURAL ENGINERING AND TECHNOLOGY Thesis: CONTROLLER ON THE AUTOMATIC PRESSURE RUBBER ROLL OF RICE HULLER BY PLC Speciality: MECHANICS FOR AGRICULTURAL PRODUCT PROCESSING AND CONSERVATION The Advisor: Done by: Master LE VAN BAN NGUYEN THANH KIEN TRAN QUOC HUY Course: 2002 - 2006 Ho Chi Minh City July/2006 LỜI CẢM TẠ Xin chân thành cảm tạ Ban Giám Hiệu Tường Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh.Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí — Công Nghệ Trường Đại Học Nông Lâm Tp.Hồ Chi Minh. Cùng toàn thé Quy thay cô đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em được học tập trong suốt thời gian theo học tại trường và hoàn thành luận văn này.

Xin chân thành tó lòng biết ơn đến.s LÊ VĂN BẠN trưởng bộ môn điều khiển tự động, giảng viên khoa Cơ Khí Công Nghệ đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian làm đê tai.Hồ Chí Minh Tháng 7 năm 2006 TÓM TẮT Ngày nay bộ điều khiển khả lập trình PLC(Programmable Logic Control) được ứng dụng rộng rãi để điều khiển tự động trong các máy công nông nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực các máy chế biến. Trong khuôn khổ luận văn này ứng dụng bộ điều khiển lập trình PLC S7-200 để duy trì lực ép Rulô cao su trong máy bóc vỏ trau nhằm nâng cao chất lượng xay xát. Đề tài gồm ba phần chính: 1. Khảo sát lại phần cứng trên máy bóc vỏ trâu VIKYNO CL700.

Thiết kế chế tạo phần giao tiếp giữa PLC S7-200 và phần cứng cơ khí. Viết chương trình điều khiển PLC S7-200 dé điều khiến hệ thống. Kết quả: Đề tài đã hoàn thành mục tiêu đề ra. Chương trình điều khiển bằng PLC đã hoạt động và điều khiển phần cứng cơ khí theo đúng như chương trình đã thiết kế.

IN SUMMARY Today, Programmable logic control(PLC) is popularly applied to automatically control industrial-agricultural machines, especially in the area of processing machines. In this dissertation, applying PLC S7-200 to maintain compressing force of rubber roll in the rice hust-peeling machine 1s to improve grinding quality. The dissertation includes 3 main parts: 1. Examining the hardware of VIKYNO-CL700 rice hust-peeling machine.

Designing the connecting part between PLC S7-200 and mechanics hardware. Programming the controlling of PLC S7-200 in order to operate the system. Results: The dissertation has completed the goals as put forward. The operating system by PLC has acted and operate the hardware as designed.

MỤC LỤC Trang 2.TRA CỨU TAI LIEU SÁCH BAO PHỤC VỤ TRỰC TIẾP ĐÈ TÀI. Yếu tô ảnh hưởng tới chat lượng gạo khi bóc vỏ. Một số loại máy xay xát trên thị trường.-- 2-2 ©22+222222++2E++2E++EE+zEErzrxrersree 3 no IV RAVE suyngpnsnirlopkrnoEODOIDLEEDGICESEEEHOEEHEMNIEROROSRIOHDENRRDDEREENtfSRHSlaspssel 3 4. Máy xay kiểu Rulo cao SU ooe.

Thiết bị xay xát thóc kiểu nông thôn. Sơ lược về sự phát CC ee 7 4. Cau trúc và nghiên cứu hoạt động của một PLC.-------22 2252: 8 © CAU trúc PLC occ ceccecscscsscsesscsessssesesseevsssevsvssesssvsssstsusevstessevssevstssevenseveeees 8 @ HoatdOne của mỗi PLC ouc.2ccnsinsennesicond eacnecncessbaconssavaronsditensansaaebhansiieasancsn 9 e So sánh PLC với các hệ thông điều khiển khác. Ưu điểm của thiết bị điều khiển bằng PLC.

Một vai lĩnh vực sử dung PLC. Cau trúc phần cứng của PLC S7- 200. Sẽ czoeeornmeeromnecianenetmamasmmntuen 13 e Các đặc trưng của CPU họ S7- 200.---- 55 5-cSxScsersrrrrrrrrrrree 14 @ Cac dén bao trén 000. 15 e Giới thiệu về Module Analog EM235 của PLC S7- 200.

Cổng truyền thông. xe 17 © Câu trúc bộ phận nhớ của PLC S7- 200.------2¿©2z+22z+2zz+22zz2 18 e Cấu trúc chương trình của PLC S7-200.-- 2-22 2222z+2z+2z+2zzzzz+- 23 LAN in 0). 23 © Thương phap lap ĐÌHH:cxescecossaesiseeeebiieoiiesilasvasgasvossoiaottosknsogdie 23 Oe Bi Ge eee 25 5. PHƯƠNG PHAP VÀ PHƯƠNG TIEN THỰC HIEN DE TAL .:P HƯỢI: POA D beneennnebniasoatsdiingnbisrdolg00010133106101053053807060813GEE0G131010010/4I2HDOIGEG0G1633/601880806008 26 5.Thiết kế mô hình máyy.

Bố trí khảo nghiệm. PHONE TC hi cersnoaonreseseisbienioidogEAEEEDSRORERIALSERSSASHDSESLGEHIG1SIS4GB.ĐHGELEDMGISEGEIEIEĐES00ELAM 26 © Xấy ere khu Vì kÍmtasseesnsasentestdtedteorisoiaodagtggagigossggstggroso 26 | 5. Thiết bi máy dùng để chế tạo mô hình. Thiết bị cơ khí dé đo đạc lấy số liệu và chế tạo mô hình.

THUC HIEN DE TAI VA KET QUA THẢO LUAN .1, Kháo sất:mấy bóc vó tiểu Vikwno Cs TÙU. Các thông số kỹ thuật mắy búa TÔ: ccacec G201 k0 H1nh 2222 0100100866000030g16. Sơ đồ cầu tạo chung máy bóc VỎ. Nguyên lý làm việc máy.

Xây dung mô hình điều khiển tự động.------ 2-22 22+2E+2E+2E+2EZEZEZEzEzxeee 31 A fs ee 32 6. Thiết kế chế tạo khung máy.-- 2-2-2 ©2++2E++EE+2EE+2EE+2EE+zExzrxezrxrrred 32 6.3:3: Phương PHấP Gia COMG snnesieniidie0424031454338513651138648531484918EESXSSSEESE48438405908 33 6. Chế tạo tam đỡ động cơ điều chỉnh khe hở cặp Rulo. Khảo nghiệm lấy số liệu.------ 2-22 ©22S2222222EEE2EEE2EE122322231223122122212221.

Sơ đồ chung hệ thống điều khiển. 2: 2-22 ©2222E2EE22EEZ2EE22EEE2EE2222222222222e 39 6. Thiết kế phần cứng kết nối giữa PLC và may. Mạch nhận tín hiệu về cho PLC.-- 2-2 s+2E£EE££E£EE£EE£EEtZEEEerEerxerrcres 39 6.

Mạch điều khiển động cơ chính. Mạch tạo nguồn. Mạch điều chỉnh khe hở cặp Rulo. Mạch khuếch đại tín hiệu.2- 222 SE+S22S£SE2EE2E2EE2EE2E212212122122122221 222 43 6.

Lady tín hiệu cho PUỮ. che coreensrcssnnnetieranseniersneencersnesnvetneic 45 CR a eo taconite i cae cathe 46 Š;7.l: Địa chỉ ngõ vào: vã ned ra:của PLC vecceusrememcenen see 46 6. Kết nối phan cứng của mô hình. Xây dựng chương trình điều khiến.-- eee 2©22222+2E+2EE+2E22Ezzzxzzzxzrea 49 © Sử dụng phần mềm MICROWIN 3.----2-©22222222c2zxccssrrcrei 49 e Phan mềm dùng dé thử chương trình.

Chương trình điều khiển hệ thống. Kết quả khảo nghiệm khi hệ thống đã hoàn chỉnh .-------252 58 Se A ||| ee 60 FN Ses 7. TAI LIEU THAM KHAO PHU LUC ooo eeecese ees ceee sess eseeseeseestevteveesteseossennsessesnstansessessneseneesneeseseseseseees 62 2.MỞ DAU Ở nước ta việc ứng dụng các thiết bị có thể lập trình được vào nông nghiệp còn rất mới nhưng có chiều hướng phát triển ngày càng mạnh với xu hướng chung của thé giới. Đặc biệt trong các lĩnh vực máy móc chế biến.Với mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí lao động, giảm giá thành sản phẩm tao sự cạnh tranh mạnh mẽ về sản xuất và giá thành.

Do đó vấn đề quan tâm hiện nay là ứng dụng phương pháp điều khiển bằng các thiết bị có thể lập trình được. Một trong những thiết bị có thể lập trình được hiện nay đang ứng dụng rộng rãi là thiết bị điều khiển lập trình bằng PLC(Programmable Logic Controller). Thiết bị điều khiển lập trình bằng PLC đã chúng minh tính ưu việt trong việc khắc phục các nhược điểm mà hệ thống cũ (Contactor, Relay.) không thể làm được. Do sự phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực điều khiến tự động cùng với việc ứng dụng rộng rãi PLC trong sản xuất.

Được sự cho phép của Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí Công Nghệ, dưới sự hướng dẫn của thầy Th.Lê Văn Bạn chúng tôi thực hiện đề tài. «Điều khiến tự động lực ép ru lô cao su trong máy bóc vó trau bằng PLC ” 3. MỤC ĐÍCH LUẬN VĂN Tìm hiểu và ứng dụng điều khiến tự động nói chung cũng như PLC nói riêng vào trong các máy sản xuất ngoài thực tế. Từ yêu cầu trên mà nhiệm vụ đề tài bao gồm các nội dung chính.

> Khảo sát máy bóc vỏ trâu kiểu rulo cao su dé tìm hiểu nguyên lý hoạt động và xác định thông số làm việc của máy. Từ đó đề ra qui trình điều khiển máy. > Ung dung PLC S7-200 điều khiển tự động lực ép Rulo cao su trong máy bóc vỏ trâu. > Su dụng ngôn ngữ LAD va phần mềm STEP7 — MICRO/WIN viết chương trình cho hệ thống bóc vỏ.TRA CUU TÀI LIEU, SÁCH BAO PHỤC VỤ TRỰC TIẾP CHỦ DE DE TÀI 4.

Yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng gạo khi bóc v6.\TL10\ Nhiệm vụ của máy xay là tách vỏ trâu ra khỏi hạt gạo với mức tôn thương ít nhất cho lớp cám, và có thể thì không làm vỡ hạt gạo lức. Do cấu trúc hạt thóc nên việc sử dụng masát trên bề mặt hạt thóc dé bóc vỏ trau là cần thiết, và do đó không thể tránh được việc xuất hiện hạt vỡ với một tỉ lệ nhất định. Tuy nhiên cần phải sử dụng nhiều biện pháp để giảm bớt độ vỡ của hạt. Kết cấu máy độ chính xác, sự bảo dưỡng, điều chỉnh và phương thức vận hành của máy bảo đảm bảo kết quả hiệu suất xay và tỷ lệ gạo nguyên.

Tuy nhiên, nếu như hạt đã bị hỏng trước ở trên ruộng như bị rạn nứt thì hiện tượng vỡ hạt trong quá trình xay xát là không thể tránh được. Một số loại máy xáy xát trên thị trwong. Máy xay đĩa gồm có hai đĩa đặt nằm ngang bằng thép đúc, một phần được phủ một lớp chất mài. Đĩa trên có định với khung máy, đĩa dưới quay.

Dia quay có thê điều chỉnh được vị trí theo phương thắng đứng cho nên khe hở giữa hai vỏ áo mài mòn của hai đĩa có thê điều chỉnh được. Sự điều chỉnh này phụ thuộc vào giống lúa, vào tình trạng hạt và độ mài mòn lớp vỏ áo Thóc được cung cấp vào tâm quay của máy qua một phéu nhỏ.Một ống hình trụ điều khiến thắng đứng điều hòa năng xuất và sự phân phối đồng đều thóc trên toàn bộ bề mặt của đĩa quay. Nhờ lực ly tâm hạt thóc được ép vào giữa hai đĩa và dưới áp lực và ma sát phần lớn hạt thóc được bóc vỏ. May xay dia 1.

Cửa cap thóc — w. Bêrộng vành khăn 2. Khe hở hai đĩa 3. Vỏ áo của đĩa quay Việc điều chỉnh khe hở giữa hai đĩa là khá quan trọng và đòi hỏi phải kiểm tra lại liên tục dé tránh hiện tượng vỡ hạt quá mức hay hiệu suất xay không cao.

Thông thường chiều rộng làm việc của vỏ áo mài mòn được chế tạo quá rộng gây nên sự vỡ hạt không cần thiết. Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng bề rộng này từ 1/6 tới 1/7 đường kính đĩa. Vận tốc tiếp tuyến vào khoảng 14m/s. Máy xay kiểu Rulo cao su.

Về nguyên tắc, máy xay quả lô cao su gồm có hai quả lô cao su. Các quả lô nhận truyền động cơ học, quay ngược chiều nhau và quả lô điều chỉnh thường có vận tốc thấp hơn quả lô cô định khoảng 25%. Rulo chủ động cố định còn rulo kia có thể điều chỉnh được để tạo khe hở A giữa hai bề mặt khi bóc vỏ lúa. Khe hở A khoảng 0.8 mm và luôn luôn nhỏ hơn bề dày của hạt lúa trung bình.

Khe hở giữa hai quả lô bé hơn bề dày của hạt thóc và vì quả lô quay với vận tốc khác nhau nên vận tốc tiếp tuyến chúng cũng khác nhau.