Đặt vấn đề[1] Thời điểm này (từ cuối tháng 10 đến tháng 3 năm sau), nông dân các xã Chí Tân, Đại Hưng, Thuần Hưng, Đại Tập… (Khoái Châu) đang bận rộn với việc thu hoạch nghệ, loại cây trồng thế mạnh của đồng đất nơi đây. Không chỉ bán củ tươi, những năm gần đây, người trồng nghệ Khoái Châu còn đẩy mạnh việc chế biến các sản phẩm từ củ nghệ để nâng cao giá trị kinh tế. 1 Nông dân xã Đại Hưng (Khoái Châu) thu hoạch nghệ Hiện nay, huyện Khoái Châu có 263 ha trồng nghệ (tăng 146 ha so với năm 2015), tập trung ở các xã: Chí Tân, Đại Hưng, Thuần Hưng, Thành Công, Đại Tập… Hiện nay, diện tích nghệ được chứng nhận VietGAP trên địa bàn huyện đạt khoảng 50ha. Nghệ là loại cây dược liệu dễ trồng, dễ chăm sóc, phù hợp với nhiều loại đất, ít bị sâu bệnh, không phải mất vốn (giống), thời gian từ khi trồng đến khi thu hoạch trong vòng 1 năm, cho hiệu 17 quả kinh tế cao; bình quân mỗi héc-ta cho thu hoạch khoảng 27 tấn củ, hiện nay, giá bán củ tươi khoảng 7.500 đồng/kg, giá trị thu được trên 1 héc-ta ước đạt khoảng 200 triệu đồng.
Các sản phẩm từ nghệ Khoái Châu đã và đang khẳng định được thương hiệu, không chỉ được tiêu thụ mạnh trong nước mà còn xuất khẩu sang một số nước như: Ấn Độ, Lào, Campuchia, Trung Quốc, Nhật Bản, Italia… Trước đây, củ nghệ tươi sau khi thu hoạch chủ yếu được tiêu thụ thông qua các thương lái đến thu mua rồi vận chuyển đi tiêu thụ ở các tỉnh, thành phố trong cả nước, một phần được phơi hoặc sấy khô. Do không chủ động được đầu ra nên giá cả, thị trường không ổn định, thu nhập bấp bênh. Những năm gần đây, trên địa bàn huyện đã hình thành một số cơ sở sản xuất, chế biến các sản phẩm từ củ nghệ như: Nghệ sấy khô, bột nghệ, tinh bột nghệ, bột gia vị, nano curcumin… Với sản lượng nghệ thu hoạch tăng theo các năm, huyện Khoái Châu đã có hơn 20 cơ sở thu mua, sản xuất, sơ chế, bảo quản, kinh doanh nghệ, trong đó có nhiều cơ sở được cấp Giấy chứng nhận cơ sở đủ điều kiện vệ sinh an toàn thực phẩm. Tuy nhiên, các cơ sở này quy mô còn nhỏ, cơ sở vật chất còn hạn chế, rất cần sự hỗ trợ từ chính quyền địa phương để nâng cao năng lực sản xuất, chế biến, để nâng tầm chất lượng và giá thành sản phẩm, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
Nhận thấy được nhu cầu về dây chuyền sản xuất tinh bột nghệ đang dần được chú ý và trở nên cần thiết ở Khoái Châu nói riêng và cả nước nói chung. Là sinh viên năm tư với những kiến thức đã được học, nhóm sinh viên mong muốn được nghiên cứu thiết kế ra hệ thống xứ lí nghệ đã qua chế biến sử dụng PLC, thay thế được hoàn toàn sức lao động con người nhằm tự động hóa được quy trình sản xuất, hiển thị , giám sát khâu thành phẩm góp phần nâng cao năng suất , giảm tải chi phí. Để bày tỏ sự quan tâm của mình đến xu hướng phát triển của nền khoa học công nghệ, nhóm quyết định chon đề tài”Mô hình đóng chai và lưu kho viên tinh bột nghệ”. Vì đã từng tiếp xúc và biết được cấu tạo, nguyên lí hoạt động nên có đủ khả năng để có thể hoàn thành được đề tài này đúng thời gian quy định.
Cùng với khoảng thời gian có hạn, không thể thực hiện tốt được các đề tài phức tạp và có độ khó cao nên nhóm chúng em quyết định chọn đề tài này. 2 Mô hình sản xuất tinh bột nghệ 1.2 Mục tiêu đề tài Đề tài “MÔ HÌNH ĐÓNG CHAI VÀ LƯU KHO VIÊN TINH BỘT NGHỆ.” được thực hiện với những mục tiêu cụ thể như sau: Thực hiện được hệ thống cơ khí đếm số lượng chính xác viên tinh bột nghệ đưa vào lọ thủy tinh và chuyển đến kho lưu trữ. Thực hiên thao tác vận hành hệ thống trên màn hình máy tính, HMI, web server. Tạo ra hệ thống tự động linh hoạt theo yêu cầu của người vận hành, khắc phục những nhược điểm như tốn kém chi phí cho các linh kiện cảm biến cho việc đếm số lượng, tốc độ đếm chậm khi đếm bằng tay, khả năng sai sót và nhầm lẫn cao do tính tập trung của người thấp hơn máy.
Hoàn thành điều khiển sử dụng các linh kiện sẵn có trên thị trường, các cơ cấu chấp hành nhằm kết nối thiết bị ngoại vi với nhu cầu thực tế của con người. Tìm hiểu, phát triển về phần mềm (code, giao diện) để tạo ra độ chính xác cao, đáp ứng độ chính xác tỉ mỉ của dây chuyền. Thi công hoàn chỉnh mô hình cơ khí vận hành đúng theo yêu cầu. Kiểm chứng kết quả thực nghiệm với mô hình hoàn thiện.3 Nội dung của đề tài 19 Những nội dung còn lại của đề tài “Thiết kế mô hình đóng chai và lưu kho viên tinh bột nghệ” như sau: Chương 2.
Cơ sở lý thuyết Chương này trình bày các lý thuyết về các phần được sử dụng trong đề tài như là các khái niệm, phương pháp khác nhau nhằm có thể hỗ trợ một cách tốt nhất cho hệ thống, nêu lên những lý thuyết liên quan của các phần cứng được sử dụng trong hệ thống. Ngoài ra cũng nêu lên nguyên lý truyền thông giữa các thiết bị với nhau và một số nguyên lý hoạt động của mạch điện. Thiết kế hệ thống Chương này trình bày những yêu cầu khi thiết kế phần cứng của hệ thống và trình bày những lý do lựa chọn, đưa ra ưu nhược điểm của từng loại thiết bị được dùng, các hình ảnh mô phỏng, kết quả thực nghiệm qua những lần sử dụng thử các thiết bị và cuối cùng đưa ra những chọn về việc những phần cứng nào được chọn sử dụng trong hệ thống. Đồng thời chương này trình bày những yêu cầu khi thiết kế phần mềm, trình bày giao diện phầm mềm máy chủ và giao diện vận hành trên màn hình.
Cùng với đó đưa ra được phương pháp đếm cuối cùng được sử dụng trong đề tài. Kết quả đạt được Chương này trình bày kết quả đạt được của mô hình hệ thống khi thực hiện đề tài. Kết luận và hướng phát triển Chương này trình bày các kết luận rút ra được từ đề tài sau khi hoàn thành hệ thống và nêu hướng phát triển trong tương lai.4 Phương pháp nghiên cứu Đầu tiên, nhóm sinh viên tham khảo các mô hình giải thuật từ các thiết kế có sẵn, chắt lọc ý kiến từ các nguồn trên internet, bạn bè… để hoàn thiện dựa trên phần mềm ứng dụng cơ khí Solid Works. Sau khi có được thiết kế tương đối về cơ khí, nhóm tìm mua các thành phần link kiện, lắp ghép để định hình phần cứng.
Sau khi đã có phần cứng, nhóm dựa vào đó định hình phần code điều khiển bằng phần mềm Tia Portal (điều khiển các thiết bị ngoại vi, các cơ cấu chấp hành, các đèn báo, nút nhấn). Tiếp theo đó, nhóm chạy thử 20 nghiệm các ý tưởng mà nhóm nghĩ có thể áp dụng thành công với mô hình, cuối cùng nhóm tìm ra được phương án điều khiển tốt nhất cho hệ thống mô hình đề tài.5 Giới hạn đề tài Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế, xây dựng mô hình hoạt động của hệ thống “Thiết kế mô hình đóng chai và lưu kho viên tinh bột nghệ” cũng như nghiên cứu các vấn đề xử lý cơ khí dữ liệu, thông tin qua các cảm biến. Đề tài chỉ thiết kế một phần trong dây chuyền sản xuất tự động chế biến viên tinh bột nghệ. * Về quy mô mô hình Thiết kế mô hình gồm các phần như đế xoay chia số lượng viên tinh bột, thiết bị vận chuyển lưu trữ hàng hóa và kho chứa.
Việc vận hành hệ thống phụ thuộc nhiều vào các cảm biến (cảm biến có độ chính xác thấp). Kích thước mô hình nhỏ: chiều cao 45cm, chiều rộng 1m và chiều dài 1m, chỉ lưu trữ số lượng hàng hóa thấp ( 9 ngăn lưu trữ đối với kho, số lưỡng viên tinh bột cho vào lọ chỉ 40 viên). Đây là kích thước vừa phải cho một hệ thống trong việc triển khai một đề tài nhưng lại khá nhỏ để đáp ứng được một vài điều kiện thực tế. Đa phần các linh kiện cơ khí đều được lắp đạt theo quá trình đúc kết từ những lần sai sót trước, việc tính toán để lắp đặt không có kiến thức chuyên sâu về cơ khí.
Sử dụng hạt nhựa để mô phỏng viên tinh bột trong quá trình làm đồ án. Số lượng viên tinh bột đưa vào cùng lúc không quá nhiều, cần sự hỗ trợ của nhân công để đưa hạt vào nhiều lần. * Về phần chương trình điều khiển Sử dụng phần mềm “visual”, “sql”, “tia portal” lập trình giao diện “HMI” kết hợp để có thể trao đổi các tín hiệu điều khiển và thay đổi hoạt động của các thiết bị ngoại vi. 21 Chương 2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Các yêu cầu thiết kế đối với hệ thống 2.1 Đối với kho chứa Hệ thống chỉ sử dụng duy nhất một khuôn chứa trong suốt quá trình sản xuất nên kho phải đồng nhất về kích thước.
Việc lấy hàng ra khỏi kho tối đa chỉ 1 khuôn/lần đảm bảo việc xuất kho đúng chính xác số lượng hàng yêu cầu.2 Đối với cơ cấu bốc hàng Khoảng cách chuyển hàng từ băng tải đến kho khá xa, nên ưu tiên dùng các thiết bị có khoảng cách vận chuyển lớn và đi theo một hướng cố định.3 Đối với cơ cấu phân chia hạt Các hạt để đóng chai phải có số lượng đồng nhất, ít bị thay đổi trong quá trình vận hành, đồng thời số lượng hạt khá nhiều (>30 hạt) nên cơ cấu phải nhanh để không làm gián đoạn quá lâu qui trình.2 Phương pháp đóng chai theo số lượng 2.1 Sử dụng nhân công Hình 2. 1 Nhân công sản xuất tinh bột nghệ 22 * Ưu điểm: Đếm được sản phẩm có kích thước nhỏ, túi trong suốt, dạng bịch, có thể đếm ở nhiều vị trí, không quan trọng về khoảng cách, có thể kiểm soát được số lượng lớn sản phẩm. * Nhược điểm: Không cài đặt được giá trị cần đếm, nhân công nếu thiếu tập trung có thể quên đi số lượng đã đếm, khó có thể nhớ nếu số lượng sản phẩm quá lớn, sau khi đếm phải nhập liệu, chi phí nhân công cao, thời gian hoạt động giới hạn, quy trình không mang tính tự động.2 Sử dụng cảm biến tiệm cận Hình 2.