Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đề tài "Mô hình đóng chai và lưu kho viên tinh bột nghệ" được thực hiện bởi sinh viên Lê Công Hưng và Ngô Quang Bình dưới sự hướng dẫn của PGS. Trương Đình Nhơn tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (khoá 2017 – 2021). Bối cảnh thực tiễn của nghiên cứu xuất phát từ thực trạng sản xuất nông nghiệp và chế biến dược liệu tại huyện Khoái Châu, tỉnh Hưng Yên:

  • Vùng nguyên liệu nghệ tập trung tại các xã Chí Tân, Đại Hưng, Thuần Hưng, Thành Công, Đại Tập... Thời điểm thu hoạch củ nghệ diễn ra từ cuối tháng 10 đến tháng 3 năm sau.
  • Diện tích canh tác nghệ tại huyện Khoái Châu đạt 263 ha (tăng 146 ha so với năm 2015), trong đó diện tích đạt chứng nhận VietGAP đạt khoảng 50 ha.
  • Năng suất thu hoạch bình quân đạt khoảng 27 tấn củ/ha; với giá bán củ tươi khoảng 7.500 đồng/kg, giá trị kinh tế ước tính đạt 200 triệu đồng/ha. Thị trường tiêu thụ sản phẩm nghệ đã mở rộng sang Ấn Độ, Lào, Campuchia, Trung Quốc, Nhật Bản, Italia...
  • Thực trạng sản xuất: Trên địa bàn huyện có hơn 20 cơ sở thu mua, sản xuất, sơ chế, chế biến (nghệ sấy khô, bột nghệ, tinh bột nghệ, bột gia vị, nano curcumin). Tuy nhiên, các cơ sở này có quy mô nhỏ, cơ sở vật chất hạn chế, khâu đếm và đóng chai thành phẩm chủ yếu sử dụng nhân công thủ công dẫn đến tốc độ chậm, dễ nhầm lẫn và phụ thuộc vào sự tập trung của người lao động.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định gồm 7 nhiệm vụ cụ thể:

  1. Thực hiện hệ thống cơ khí đếm số lượng chính xác viên tinh bột nghệ đưa vào lọ thủy tinh và chuyển đến kho lưu trữ.
  2. Thực hiện các thao tác vận hành hệ thống trên màn hình máy tính, giao diện HMI và web server.
  3. Tạo ra hệ thống tự động linh hoạt theo yêu cầu của người vận hành; khắc phục nhược điểm tốn chi phí linh kiện cảm biến cho việc đếm số lượng, giải quyết tình trạng đếm chậm và sai sót do con người.
  4. Hoàn thành hệ thống điều khiển sử dụng các linh kiện sẵn có trên thị trường, kết nối các cơ cấu chấp hành với nhu cầu thực tế.
  5. Nghiên cứu và phát triển phần mềm (mã điều khiển, giao diện giám sát) đáp ứng độ chính xác của dây chuyền.
  6. Thi công hoàn chỉnh mô hình cơ khí vận hành đúng theo yêu cầu kỹ thuật.
  7. Kiểm chứng kết quả thực nghiệm trên mô hình hoàn thiện.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ và thiết bị tự động hóa khâu phân chia định lượng hạt, đóng chai và vận chuyển lưu kho sản phẩm viên tinh bột nghệ.
  • Phạm vi không gian và quy mô: Mô hình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm có kích thước vật lý thu nhỏ gồm chiều cao 45 cm, chiều rộng 1 m và chiều dài 1 m. Dung lượng kho chứa gồm 9 ngăn lưu trữ; dung tích đóng chai thử nghiệm cố định ở mức 40 viên/lọ; nguyên liệu thử nghiệm sử dụng hạt nhựa mô phỏng hình dáng hạt tinh bột nghệ; khâu cấp liệu nguyên liệu đầu vào cần sự hỗ trợ thủ công của người vận hành.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai từ ngày 08/03/2021 đến ngày 28/12/2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài sử dụng nền tảng kiến thức thuộc lĩnh vực điều khiển tự động và cơ điện tử:

  • Điều khiển logic khả trình (PLC): Ứng dụng dòng điều khiển PLC Siemens họ S7-1200 để thay thế mạch relay truyền thống, xử lý tín hiệu đầu vào/đầu ra và điều khiển vị trí thông qua các ngôn ngữ lập trình chuẩn (LAD, FBD, STL).
  • Truyền thông công nghiệp: Ứng dụng giao thức Ethernet (tiêu chuẩn IEEE 802.3, mô hình OSI tầng vật lý và tầng liên kết dữ liệu) nhằm kết nối trao đổi dữ liệu giữa bộ điều khiển PLC, màn hình HMI, máy tính điều khiển và cơ sở dữ liệu.
  • Hệ thống cơ sở dữ liệu và phần mềm ứng dụng: Sử dụng Microsoft SQL Server Management Studio để quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ (RDBMS), lưu trữ thông tin sản xuất và xuất dữ liệu báo cáo; sử dụng Microsoft Visual Studio với nền tảng ASP.NET (.NET Framework, CLR) để xây dựng ứng dụng web giám sát qua mạng.
  • Giao diện Người – Máy (HMI): Thiết kế màn hình giám sát dựa trên các nguyên tắc công nghiệp về phân cấp thị giác, bố trí đèn báo trạng thái góc trên bên trái, phím điều khiển bên trái, bảng dữ liệu nền trắng bên phải và quy chuẩn màu sắc (đỏ: dừng/khẩn cấp, xanh lá: vận hành/an toàn, vàng: cảnh báo, xanh đậm: bắt buộc).
  • Cơ cấu chấp hành và truyền động: Lý thuyết về động cơ bước (động cơ nam châm vĩnh cửu, biến từ trở, hỗn hợp hybrid; phương pháp điều khiển sóng Wave, Full step, Half step, Microstep; driver TB6600; hộp giảm tốc bánh răng hành tinh tỉ lệ 1:5, 1:10; phanh từ và encoder); động cơ giảm tốc DC; hệ thống khí nén (xy lanh tác động kép, van điện từ đảo chiều).

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa mô hình hóa kỹ thuật, chế tạo phần cứng và thực nghiệm kiểm chứng:

  • Phương pháp mô phỏng, thiết kế 3D: Dùng phần mềm SolidWorks để tính toán kết cấu cơ khí, thiết kế khung kho hàng, bàn xoay chia hạt và cơ cấu trục đỡ bốc dỡ hàng.
  • Phương pháp phân tích, lựa chọn giải pháp kỹ thuật: Đánh giá ưu nhược điểm của các giải pháp công nghệ trên thị trường để chọn cấu hình phù hợp với mục tiêu mô hình.
  • Phương pháp tích hợp hệ thống và lập trình: Sử dụng phần mềm TIA Portal cấu hình phần cứng, lập trình thuật toán điều khiển cam điện tử đồng bộ vị trí - tốc độ và giao diện vận hành.

Dưới đây là bảng tổng hợp so sánh các phương án kỹ thuật được tác giả phân tích trong đồ án:

Hạng mục xem xét Các phương án so sánh Ưu điểm chính Nhược điểm chính Phương án được chọn
Phân chia số lượng hạt đóng chai Nhân công thủ công Đếm được vật thể nhỏ, bao bì đa dạng, chi phí thiết bị ban đầu bằng không Tốc độ chậm, dễ nhầm lẫn, chi phí nhân công lâu dài cao, không tự động Cơ cấu cơ khí (Bàn xoay chia hạt): Chi phí thấp, chạy 24/24, đếm hạt nhỏ chính xác, cơ cấu bền bỉ.
Cảm biến tiệm cận Tự động hóa, hoạt động liên tục Không đếm được sản phẩm nhỏ phi kim loại, vật liệu trong suốt
Cảm biến quang Hoạt động liên tục, đếm được hạt nhỏ Nhạy cảm với vận tốc rơi, cần mạch giải mã, không đếm được bao bì trong suốt
Cơ cấu cơ khí (bàn xoay) Chi phí đầu tư thấp, hoạt động liên tục, đếm chính xác, độ bền cao Cần gia công cơ khí chính xác, số lượng hạt trong mỗi chu kỳ bị cố định theo lỗ
Hệ thống giá kệ lưu kho Kệ Double deep Tiết kiệm diện tích lối đi Đòi hỏi xe nâng chuyên dụng, khó thao tác cho cơ cấu nhỏ Kệ khuôn: Phù hợp kích thước khuôn đồng nhất, mỗi ô chứa một khuôn, tối ưu cho trục đỡ di chuyển ngang.
Kệ Drive-in Mật độ chứa hàng cao cho một loại pallet Khó truy xuất ngẫu nhiên từng ô
Kệ khuôn Chứa khuôn mẫu đồng nhất, có chốt định vị an toàn cho từng tầng Số lượng khuôn chứa trên mỗi tầng giới hạn
Kệ Push back Mật độ lưu trữ cao theo nguyên lý LIFO Cơ cấu trượt phức tạp, khó kiểm soát ở mô hình nhỏ
Cơ cấu vận chuyển hàng vào kho Xe nâng Khả năng tải lớn, cơ động Cần người điều khiển, tiếng ồn lớn, tính tự động thấp Cơ cấu trục đỡ: Chi phí thấp hơn robot, khả năng tự động hóa cao, di chuyển theo trục tọa độ cố định.
Robot tự hành Năng suất rất cao, giảm thiểu nhân lực Chi phí chế tạo và bảo trì rất cao, giải thuật điều khiển phức tạp
Trục đỡ Tự động hóa cao, chi phí thấp hơn robot, di chuyển chính xác theo trục Tốc độ di chuyển hạn chế, yêu cầu kỹ thuật gia công dẫn hướng chính xác

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế và chế tạo bao gồm ba phân hệ chính: cơ khí, điện – điều khiển và phần mềm giám sát.

Kiến trúc phần cứng và thiết bị điều khiển

  • Khối xử lý trung tâm: Sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-1200, dòng CPU 1214C DC/DC/DC tích hợp sẵn các đầu vào/ra số tốc độ cao, hỗ trợ phát xung điều khiển động cơ bước và kết nối mạng truyền thông Ethernet.
  • Khối truyền động và cơ cấu chấp hành:
    • Cơ cấu xoay đĩa chia hạt: Sử dụng động cơ bước kết hợp bộ điều khiển Driver TB6600 để định vị góc quay của đĩa nhựa có gia công sẵn các lỗ chứa viên nghệ.
    • Cơ cấu băng tải vận chuyển chai: Dẫn động bằng động cơ giảm tốc DC mã hiệu ZGB37R-530 (điện áp định mức 24V, tốc độ định mức 23 vòng/phút).
    • Cơ cấu trục nâng và đẩy hàng vào kho: Sử dụng động cơ bước Nema 23 và động cơ bước mã hiệu 42HB250-40B điều khiển chuyển động theo trục tọa độ; kết hợp hệ thống khí nén gồm xy lanh khí nén dạng thân tròn mã hiệu MAL 16x75 (đường kính piston 16 mm, hành trình 75 mm) và cụm van điện từ AIRTAC điều khiển cấp xả khí.
  • Khối cảm biến và điều khiển cục bộ:
    • Cảm biến phát hiện vật cản quang điện mã hiệu E3F-DS30C4 (ngõ ra transistor dạng NPN thường mở) để xác định vị trí chai trên băng tải và vị trí khay chứa hàng.
    • Bảng điều khiển tích hợp các nút nhấn công nghiệp: nút Start (khởi động hệ thống), nút Stop (dừng hệ thống), và nút Emergency (dừng khẩn cấp khi xảy ra sự cố).

Kiến trúc phần mềm và truyền thông

  • Phần mềm điều khiển TIA Portal: Thiết lập cấu hình phần cứng, ánh xạ địa chỉ vào/ra và lập trình các khối chức năng điều khiển đồng bộ cam điện tử giữa các cơ cấu chấp hành; xử lý chế độ vận hành bằng tay (Manual) và chế độ tự động hoàn toàn (Auto).
  • Giao diện điều khiển và giám sát HMI: Thiết kế các trang giao diện vận hành mô phỏng trạng thái hoạt động của băng tải, cơ cấu xoay chia hạt, cơ cấu trục đỡ bốc dỡ kho hàng và xuất báo cáo dữ liệu vận hành.
  • Giao diện Web Server và cơ sở dữ liệu: Xây dựng website giám sát trên nền tảng ASP.NET thông qua Visual Studio, kết nối đọc/ghi dữ liệu từ PLC S7-1200; lưu trữ dữ liệu thời gian thực của quá trình nhập kho, xuất kho vào hệ thống cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server, hỗ trợ xuất thông tin ra tệp tin Excel.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của việc tự động hóa khâu chế biến nông sản tại huyện Khoái Châu, tỉnh Hưng Yên, nơi có 263 ha chuyên canh nghệ với sản lượng bình quân 27 tấn củ/ha. Chương này nêu rõ sự chuyển dịch từ việc bán thô qua thương lái sang chế biến sâu (bột nghệ, nano curcumin) và xác định rõ khoảng trống công nghệ tại các cơ sở chế biến quy mô vừa và nhỏ: khâu đếm hạt, đóng chai và quản lý kho thành phẩm vẫn phụ thuộc vào lao động chân tay. Trên cơ sở đó, tác giả xác định mục tiêu nghiên cứu, nội dung triển khai, phương pháp nghiên cứu dựa trên công cụ CAD SolidWorks kết hợp TIA Portal, đồng thời vạch rõ giới hạn kỹ thuật của mô hình (kích thước 1 m x 1 m x 0,45 m, kho 9 ngăn, định lượng 40 hạt/chai, sử dụng hạt nhựa mô phỏng).

Chương 2: Cơ sở lí thuyết

Chương 2 cung cấp hệ thống cơ sở lý thuyết toàn diện phục vụ việc thiết kế hệ thống. Tác giả phân tích và so sánh các giải pháp kỹ thuật, từ đó đưa ra lựa chọn: dùng cơ cấu bàn xoay cơ khí để phân chia hạt, dùng hệ thống kệ khuôn để lưu trữ khay chai thành phẩm và dùng cơ cấu trục đỡ tự động để bốc dỡ hàng. Nội dung chương trình bày chi tiết về cấu trúc phần cứng, ưu điểm và các ngôn ngữ lập trình của PLC (LAD, FBD, STL); chuẩn truyền thông mạng Ethernet; phần mềm cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server Management Studio; môi trường lập trình Visual Studio và ASP.NET; các tiêu chuẩn thiết kế giao diện HMI công nghiệp; cấu tạo, nguyên lý hoạt động, công thức tính góc bước và các phương pháp điều khiển động cơ bước (Wave, Full step, Half step, Microstep); cùng cấu tạo, phân loại xy lanh khí nén và van điện từ.

Chương 3: Thiết kế hệ thống

Chương 3 tập trung vào quá trình hiện thực hóa các yêu cầu kỹ thuật thành bản vẽ và mạch điện cụ thể. Tác giả trình bày bản vẽ cơ khí 3D thiết kế trên SolidWorks (bản vẽ hình chiếu từ trên xuống, mặt sau, hình chiếu cạnh và phối cảnh mô hình hoàn thiện). Trong phần thiết kế điện tử, tác giả xây dựng sơ đồ khối toàn hệ thống và thiết kế chi tiết từng khối: khối xử lý trung tâm dùng PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC; khối nguồn cấp; khối động cơ, mạch điều khiển Driver TB6600 và relay; khối cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 và các nút nhấn vận hành. Các bảng thông số kỹ thuật của CPU PLC, động cơ giảm tốc ZGB37R-530 24V 23rpm, động cơ bước 42HB250-40B, động cơ bước Nema 23, van điện từ AIRTAC và xy lanh MAL 16x75 được tính toán và lựa chọn chi tiết.

Chương 4: Kết quả thực hiện

Chương 4 công bố toàn bộ sản phẩm thực tế thu được sau quá trình thi công và thử nghiệm. Về phần cứng, tác giả chế tạo hoàn chỉnh mô hình đóng chai, hệ thống kho hàng 9 ô và tủ điện điều khiển trung tâm. Về phần mềm, chương minh họa hình ảnh các giao diện giám sát SCADA, giao diện HMI với đầy đủ màn hình tổng quan, màn hình vận hành, các trang giám sát chi tiết; giao diện Web Server phục vụ theo dõi từ xa; cấu trúc bảng dữ liệu lưu trữ sản xuất và nhập kho được kết nối trực tiếp trong phần mềm Microsoft SQL Server Management Studio cũng như chức năng xuất báo cáo ra file Excel.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương 5 đúc kết các kết quả đạt được về mặt chế tạo mô hình, lập trình điều khiển và kỹ năng tích hợp thiết bị công nghiệp; đồng thời thẳng thắn chỉ rõ các hạn chế cốt lõi như việc sử dụng động cơ bước điều khiển vòng hở dễ dẫn đến sai số tích lũy, các trục chuyển động chưa vận hành đồng thời, và giao diện giám sát chưa đạt chuẩn bảo mật phân quyền. Chương kết thúc bằng việc đề xuất các giải pháp nâng cấp mô hình cho các nghiên cứu tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Mô hình thực nghiệm đã được lắp ráp hoàn chỉnh và vận hành thử nghiệm, đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể:

  • Chỉ số kỹ thuật và thiết bị của mô hình hoàn thiện:
Bộ phận / Thông số Quy cách / Thiết bị thực tế trong đồ án
Kích thước mô hình Chiều cao: 45 cm; Chiều rộng: 1 m; Chiều dài: 1 m
Dung lượng lưu trữ kho 9 ngăn chứa (bố trí dạng kệ khuôn)
Định lượng đóng gói 40 viên/lọ (sử dụng cơ cấu đĩa xoay đục lỗ cơ khí)
Bộ điều khiển trung tâm PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC
Cơ cấu phân chia hạt Đĩa nhựa đục lỗ dẫn động bằng động cơ bước qua driver TB6600
Băng tải cấp chai Động cơ giảm tốc ZGB37R-530 (24V, tốc độ định mức 23 vòng/phút)
Cơ cấu bốc dỡ vào kho Trục đỡ dẫn động bằng động cơ bước Nema 23 và 42HB250-40B
Cơ cấu đẩy kẹp khí nén Xy lanh MAL 16x75 và cụm van điện từ AIRTAC
Cảm biến nhận diện Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 (ngõ ra NPN)
Giao tiếp & giám sát Màn hình HMI, giao diện Web Server (ASP.NET), cơ sở dữ liệu SQL Server
  • Đóng góp thực tiễn và học thuật:
    • Xây dựng thành công một quy trình khép kín quy mô phòng thí nghiệm từ khâu định lượng hạt cơ học, cấp chai tự động bằng băng tải đến khâu bốc xếp lưu kho theo vị trí.
    • Ứng dụng giải pháp điều khiển cam điện tử để đồng bộ chuyển động các trục servo/bước, giúp quá trình chuyển động định vị chai và khay hàng diễn ra nhịp nhàng.
    • Thiết lập mạng truyền thông công nghiệp Ethernet kết nối bộ điều khiển PLC S7-1200 với hệ thống giám sát SCADA/HMI, kết nối cơ sở dữ liệu SQL Server và giao diện Web Server phục vụ lưu trữ thông tin nhập/xuất kho.
  • Đánh giá học thuật từ hội đồng:
    • Giáo viên hướng dẫn (PGS. Trương Đình Nhơn) đánh giá đề tài đạt loại Giỏi; ghi nhận ưu điểm mô hình sử dụng thiết bị công nghiệp mô tả trực quan quy trình thực tế.
    • Giáo viên phản biện (TS. Vũ Văn Phong) chấm đồ án đạt điểm số 8/10 (tám chẵn).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung báo cáo của tác giả và phiếu nhận xét của giảng viên phản biện, công trình còn tồn tại một số hạn chế kỹ thuật:

  • Hạn chế của hệ thống:

    • Cơ cấu đĩa xoay chia hạt sử dụng động cơ bước điều khiển vòng hở (open-loop), không có cảm biến phản hồi vị trí lỗ hoặc kiểm tra số hạt thực tế rơi vào chai; khi hoạt động thời gian dài hoặc khi xảy ra hiện tượng trượt bước (mất bước), vị trí lỗ sẽ bị lệch dẫn đến số hạt rơi vào chai không chính xác.
    • Khâu cấp liệu chưa tự động hoàn toàn: phễu chứa có dung tích nhỏ, đòi hỏi nhân công phải châm hạt thủ công nhiều lần.
    • Hệ thống trục vận chuyển đưa hàng vào kho không di chuyển đồng thời các trục (chạy tuần tự từng trục), làm tăng thời gian chu kỳ và giảm hiệu suất vận hành của hệ thống.
    • Giao diện HMI và Web Server còn ở mức cơ bản, chưa xây dựng trang đăng nhập phân quyền người dùng (User Login) và trang quản lý cảnh báo lỗi (Alarm Screen) theo đúng chuẩn công nghiệp.
    • Quá trình lấy sản phẩm ra khỏi kho (xuất kho) chưa đạt tính tự động hóa cao.
    • Quy mô mô hình nhỏ, vật liệu thử nghiệm là hạt nhựa nên chưa phản ánh hết tính chất cơ lý của viên nghệ thực tế (độ bám dính, độ vỡ vụn). Phần tài liệu tham khảo chưa được trích dẫn đầy đủ theo chuẩn học thuật.

  • Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp:

    • Nâng cấp động cơ bước sang loại có gắn encoder hồi tiếp vị trí (động cơ step hybrid / động cơ bước lai vòng kín) hoặc tích hợp cảm biến kiểm tra trực tiếp số lượng hạt rơi để khắc phục triệt để sai số trượt bước.
    • Cải tiến giải thuật điều khiển chuyển động để các trục vận chuyển di chuyển nội suy đồng thời, tối ưu hóa quỹ đạo và rút ngắn thời gian xếp dỡ kho hàng.
    • Trang bị phễu rung cấp liệu tự động dung tích lớn để loại bỏ hoàn toàn sự can thiệp của nhân công trong khâu nạp liệu.
    • Hoàn thiện giao diện giám sát HMI và Web: bổ sung trang phân quyền đăng nhập, trang thống kê và cảnh báo lỗi (alarm history), hoàn thiện thuật toán quản lý xuất nhập kho thông minh.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành:

  • Ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu thực tế về phương pháp tích hợp hệ thống PLC S7-1200 điều khiển phát xung cho động cơ bước, ứng dụng truyền thông Ethernet công nghiệp, và lập trình điều khiển đồng bộ cam.
  • Người nghiên cứu các hệ thống đóng gói và kho tự động cỡ nhỏ (AS/RS): Tham khảo bản vẽ thiết kế cơ khí 3D trên SolidWorks cho bàn xoay định lượng dạng hạt, kết cấu kệ khuôn 9 ô và cơ cấu nâng chuyển bằng trục đỡ kết hợp xy lanh khí nén.
  • Lập trình SCADA và quản lý dữ liệu sản xuất: Tham khảo mô hình kết nối giữa PLC S7-1200 với hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server và phần mềm Visual Studio (ASP.NET) để thu thập dữ liệu, giám sát qua web và xuất báo cáo ra file Excel.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lại lựa chọn cơ cấu bàn xoay cơ khí để phân chia hạt thay vì dùng cảm biến quang hoặc cảm biến tiệm cận?
Trong Chương 2, nhóm tác giả đã phân tích: việc sử dụng cảm biến tiệm cận không thể đếm được các hạt nhỏ phi kim loại như viên nghệ; cảm biến quang có thể đếm được nhưng đòi hỏi mạch giải mã phức tạp và dễ sai số nếu vận tốc rơi của hạt quá nhanh hoặc hạt rơi liền nhau. Phương án dùng bàn xoay cơ khí đục lỗ sẵn cho phép đếm chính xác số lượng hạt (40 hạt/lọ), tốc độ phân chia nhanh, độ bền cao, chi phí thấp và hoạt động liên tục 24/24 mà không phụ thuộc vào cảm biến đếm xung rơi.

2. Điểm yếu cốt lõi trong giải thuật điều khiển cơ cấu chia hạt mà giảng viên phản biện đã chỉ ra là gì?
Giảng viên phản biện (TS. Vũ Văn Phong) chỉ rõ: cơ cấu chia hạt điều khiển vị trí đĩa đục lỗ bằng động cơ bước theo phương pháp điều khiển vòng hở (open-loop), không có tín hiệu phản hồi. Khi hệ thống vận hành liên tục trong thời gian dài hoặc gặp tải nặng dẫn đến hiện tượng trượt bước (mất bước), vị trí lỗ trên đĩa nhựa sẽ bị lệch khỏi miệng phễu xả, khiến số lượng hạt rơi vào chai thủy tinh không còn chính xác.

3. Hệ thống vận chuyển và lưu kho quản lý trạng thái các ô chứa theo phương pháp nào?
Hệ thống sử dụng kệ khuôn gồm 9 ngăn lưu trữ và cơ cấu trục đỡ di chuyển theo tọa độ cố định. Trạng thái ô kho (đã có hàng hay còn trống) cùng thời gian nhập/xuất được phần mềm PLC quản lý thông qua các biến nhớ logic, sau đó đồng bộ hóa và lưu trữ trực tiếp vào bảng cơ sở dữ liệu trên Microsoft SQL Server thông qua mạng Ethernet.

4. Vì sao hiệu suất vận chuyển hàng vào kho của mô hình chưa đạt mức tối ưu?
Theo nhận xét của giảng viên phản biện, cơ cấu bốc hàng từ băng tải đưa vào kho chưa được lập trình để các trục chuyển động di chuyển đồng thời. Quá trình di chuyển diễn ra tuần tự từng trục độc lập, khiến tổng thời gian cho một chu kỳ đưa khay hàng vào ô chứa bị kéo dài, làm giảm hiệu suất chung của toàn dây chuyền.

5. Các phần mềm chính được nhóm sinh viên sử dụng để lập trình, thiết kế và quản trị hệ thống là gì?
Hệ thống sử dụng tổ hợp 4 phần mềm chuyên dụng: SolidWorks (thiết kế cơ khí và mô phỏng 3D), TIA Portal (cấu hình phần cứng và lập trình logic cho PLC Siemens S7-1200 cùng giao diện HMI), Microsoft Visual Studio (lập trình giao diện web giám sát bằng công nghệ ASP.NET), và Microsoft SQL Server Management Studio (quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ, ghi nhận lịch sử sản xuất và xuất file Excel).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Mô hình đóng chai và lưu kho viên tinh bột nghệ" của sinh viên Lê Công Hưng và Ngô Quang Bình đã hiện thực hóa thành công một hệ thống tự động hóa thu nhỏ tích hợp cơ khí, điện tử và phần mềm giám sát. Bằng việc ứng dụng bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 kết hợp màn hình HMI, giao diện web ASP.NET và cơ sở dữ liệu SQL Server, nhóm tác giả đã giải quyết được bài toán định lượng 40 hạt/lọ và phân loại lưu trữ vào kho 9 ngăn. Mặc dù hệ thống còn tồn tại những nhược điểm về điều khiển vòng hở và chuyển động đơn trục cần được khắc phục bằng động cơ bước lai (hybrid) có encoder, công trình vẫn được hội đồng chấm 8/10 điểm và là tài liệu tham khảo có giá trị thực tiễn cho sinh viên chuyên ngành Điều khiển và Tự động hóa.