Giới thiệu dự án

Trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm và đóng gói nông sản, kiểm soát khối lượng tịnh là chỉ số quan trọng nhằm bảo đảm tính tuân thủ pháp lý theo tiêu chuẩn đo lường đóng gói (OIML R87/R51) và duy trì uy tín thương hiệu. Sai lệch khối lượng trong quá trình đóng gói tự động túi bột mì thường dẫn đến hai rủi ro lớn: sản phẩm thiếu hụt trọng lượng (dưới mức cho phép) gây khiếu nại thương mại và xử phạt hành chính; trong khi sản phẩm thừa trọng lượng gây thất thoát nguyên liệu tích lũy, làm giảm từ 2% đến 5% biên lợi nhuận của nhà máy.

Phương pháp cân kiểm tra thủ công truyền thống bộc lộ nhiều điểm nghẽn nghiêm trọng: năng suất thấp (chỉ đạt 15–20 sản phẩm/phút), phụ thuộc vào thao tác công nhân, độ lặp lại không đồng đều và không lưu trữ được dữ liệu truy xuất thời gian thực. Ngược lại, các hệ thống cân kiểm tra tự động nhập khẩu nguyên chiếc (checkweigher) từ Nhật Bản hay Châu Âu có giá thành rất cao (thường từ 7.500 USD đến hơn 15.000 USD), cấu hình dư thừa so với quy mô dây chuyền vừa và nhỏ tại Việt Nam.

Đồ án tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Cơ điện tử (Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM) thực hiện bởi sinh viên Nông Văn Thiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Lương Thanh Nhật đã nghiên cứu, tính toán thiết kế và chế tạo thực nghiệm Hệ thống băng tải cân kiểm tra khối lượng túi bột mì tự động (In-line Dynamic Checkweigher).

Mục tiêu kỹ thuật cụ thể của dự án:

  1. Đối tượng kiểm tra: Túi bột mì thương phẩm dạng bao mềm với 2 dải tải trọng tiêu chuẩn:
    • Túi 1 kg (kích thước: $20 \times 15 \times 6\text{ cm}$).
    • Túi 2 kg (kích thước: $24 \times 18 \times 10\text{ cm}$).
  2. Năng suất phân loại: Đạt tối thiểu $60\text{ sản phẩm/phút}$ (PPM).
  3. Tiêu chuẩn loại bỏ sản phẩm lỗi: Tự động phát hiện và loại bỏ các túi thiếu hụt quá $1%$ khối lượng định mức ($m < 990\text{ g}$ đối với túi 1 kg và $m < 1980\text{ g}$ đối với túi 2 kg).
  4. Độ chính xác đo lường (Sai số động): Kiểm soát sai số đo lường nhỏ hơn $\pm 0{,}5%$ khối lượng tiêu chuẩn ($\pm 5\text{ g}$ cho túi 1 kg, $\pm 10\text{ g}$ cho túi 2 kg).
  5. Cơ chế phân loại: Cơ cấu chấp hành xy lanh khí nén phản ứng nhanh, đẩy sản phẩm NG (Not Good) vuông góc với hướng di chuyển của băng chuyền mà không làm rách bao bì.
+------------------+      +-----------------------+      +-------------------+
| BĂNG TẢI ĐẦU VÀO | ---> |    BĂNG TẢI CÂN ĐỘNG  | ---> |  BĂNG TẢI ĐẦU RA  |
|  (Cấp phôi & ổn  |      | (Load cell MT1260 +   |      | (Xy lanh khí nén  |
|  định khoảng cách|      |  Đầu cân Excell 150S) |      |  phân loại NG/OK) |
+------------------+      +-----------------------+      +-------------------+

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Khảo sát các giải pháp cân kiểm tra hiện có trên thị trường cho thấy sự phân hóa rõ rệt giữa các cấu hình thiết bị:

Giải pháp Năng suất Độ chính xác Ưu điểm Nhược điểm
Cân thủ công 15–20 PPM $\pm 1\text{ g} - \pm 2\text{ g}$ Chi phí ban đầu thấp, linh hoạt Tốn nhân công, dễ sai sót do mệt mỏi, không có log dữ liệu
A&D AD-4942B (Con lăn) 18 PPM $\pm 10\text{ g}$ Chịu tải cao (20 kg), kết cấu bền Tốc độ chậm, rung động lớn từ con lăn gây kẹt túi bao mềm
Juzheng XR (Đai đai) 150 PPM $\pm 5\text{ g}$ Tốc độ cao, đa dạng cơ cấu loại Chi phí đầu tư cao (> 7.500 USD), dư thừa công suất
Dahang DHPZ (Cân tĩnh) 20–40 PPM $\pm 1\text{ g}$ Độ chính xác cao, chuẩn inox 304 Năng suất trung bình, chi phí cao do dùng nhiều load cell
Giải pháp đề xuất 60 PPM $\pm 5\text{ g}$ Tối ưu chi phí, kết cấu module hóa, êm ái cho bao mềm Yêu cầu tinh chỉnh bộ lọc số cho môi trường rung động

Yêu cầu kỹ thuật theo mô hình MoSCoW:

  • Must have: Băng tải đai phẳng chống rung; cảm biến tải trọng Single Point chịu tải lệch tâm; bộ điều khiển logic khả trình (PLC) điều phối tốc độ thực thi $< 100\text{ ms}$; cơ cấu đẩy khí nén phân loại tự động.
  • Should have: Module truyền thông nối tiếp RS-232 tốc độ cao; giao diện điều khiển và giám sát trực quan (HMI/PC); bộ lọc số tích hợp trên đầu cân để triệt tiêu nhiễu dao động cơ học.
  • Could have: Thống kê biểu đồ phân bố Gauss (Normal Distribution) trực tiếp trên phần mềm máy tính.
  • Won't have (giai đoạn này): Cân tổ hợp đa kênh hoặc hệ thống cấp liệu rung tự động.

Thiết kế hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module gồm 3 cụm cơ khí độc lập nhằm triệt tiêu rung động lan truyền từ động cơ sang bàn cân:

                  +-----------------------------------+
                  |           PC / SCADA HMI          |
                  +-----------------+-----------------+
                                    | Ethernet (TCP/IP)
                  +-----------------v-----------------+
                  |      PLC Siemens S7-1200 1212C    |
                  +----+------------+------------+----+
                       |            |            |
         RS-232 (CM 1241)     Digital In    Digital Out
                       |            |            |
+----------------------v----+ +-----v------+ +---v-------------------+
|    Đầu cân Excell 150S    | | Cảm biến   | | Van khí Airtac 3V120  |
+--------------+------------+ | Omron      | | -> Xy lanh đẩy NG     |
               | Analog (mV)| | E3Z-R81    | +-----------------------+
+--------------v------------+ +------------+ | Tháp đèn Schneider    |
| Load cell MT1260 (Single) |                +-----------------------+
+---------------------------+

Danh mục công nghệ và thiết bị phần cứng chính:

  1. Bộ điều khiển trung tâm: PLC Siemens S7-1200 CPU 1212C AC/DC/Rly kết hợp module truyền thông nối tiếp Siemens CM 1241 RS-232.
  2. Cảm biến khối lượng: Load cell Mettler Toledo MT1260 dạng Single Point, tải trọng định mức $50\text{ kg}$, độ nhạy $2\text{ mV/V}$, chuẩn bảo vệ IP67.
  3. Bộ chỉ thị & chuyển đổi tín hiệu cân: Excell 150S tích hợp bộ chuyển đổi ADC 24-bit tốc độ cao, giao thức truyền thông liên tục ASCII qua RS-232, tích hợp 10 cấp độ lọc kỹ thuật số (Filter 0–9).
  4. Cảm biến quang định vị: Omron E3Z-R81 (Retro-reflective kèm gương phản xạ), khoảng cách phát hiện $0{,}1 - 4\text{ m}$, thời gian đáp ứng $< 1\text{ ms}$.
  5. Hệ thống truyền động: 3 cụm động cơ xoay chiều 1 pha DKM 9SDGE-90F2P ($90\text{ W}$, $220\text{ VAC}$) kết hợp hộp giảm tốc bánh răng nghiêng 9PBK5BH tỉ số truyền $i = 5:1$ và bộ điều khiển tốc độ analog DKM FX 3000-18S.
  6. Bộ truyền cơ khí: Đai răng đồng bộ Misumi 150S5M275 (bước răng S5M, bản rộng $15\text{ mm}$, chiều dài $275\text{ mm}$) và pulley Misumi HTPA22S5M150-A-N8 ($Z = 22\text{ răng}$, đường kính vòng chia $D_p = 31{,}83\text{ mm}$).
  7. Cơ cấu chấp hành khí nén: Xy lanh khí nén tác động kép, điều khiển qua van điện từ Airtac 3V120-M5 và cảm biến từ hành trình Airtac CS1-U.

Methodology

Dự án áp dụng phương pháp tiếp cận Mechatronics V-Model kết hợp phân kỳ phát triển linh hoạt:

  • Giai đoạn 1 (Tuần 1–4): Khảo sát bài toán, mô hình hóa động học và động lực học băng tải, tính toán công suất trục và chọn thiết bị.
  • Giai đoạn 2 (Tuần 5–8): Thiết kế 3D chi tiết trên SolidWorks, xuất bản vẽ gia công khung thép hộp, tấm gá nhôm định hình 6061 và bệ đỡ load cell chống lệch tâm.
  • Giai đoạn 3 (Tuần 9–12): Lắp ráp phần cứng điện – khí nén, tích hợp tủ điện chuẩn công nghiệp (MCB Schneider A9F74206, nguồn tổ ong Schneider ABLS1A24050 24V-5A, Contactor LC1E0610M7).
  • Giai đoạn 4 (Tuần 13–16): Lập trình giải thuật đọc/xử lý tín hiệu trên TIA Portal V16, thiết kế HMI C# WinForms và thực nghiệm hiệu chuẩn tĩnh/động.

Implementation và kết quả

Development process

1. Tính toán động học và động lực học băng tải

Với yêu cầu năng suất $Rate = 60\text{ PPM}$ và chiều dài sản phẩm lớn nhất $MPL = 24\text{ cm} \approx 9{,}45\text{ inch}$: Chiều dài băng tải cân được chọn $L = 50\text{ cm} \approx 19{,}68\text{ inch}$. Tốc độ yêu cầu của băng tải:

$$v = \frac{Rate \times L}{60} = \frac{60 \times 0{,}5\text{ m}}{60} = 0{,}5\text{ m/s} = 50\text{ cm/s}$$

Thời gian sản phẩm nằm trọn vẹn trên mặt bàn cân ($weigh_time$):

$$t_{weigh} = \frac{L_{conveyor} - L_{package}}{v} = \frac{0{,}5\text{ m} - 0{,}24\text{ m}}{0{,}5\text{ m/s}} = 0{,}52\text{ s} = 520\text{ ms}$$

Khoảng thời gian $520\text{ ms}$ đòi hỏi tốc độ lấy mẫu và xử lý của đầu cân và PLC phải hoàn tất trong vòng dưới $150\text{ ms}$ để dành thời gian cho cơ cấu xy lanh phân loại ở băng tải tiếp theo.

Đường kính tang chủ động $D = 40\text{ mm} = 0{,}04\text{ m}$. Số vòng quay trục tang:

$$n_{bt} = \frac{v}{\pi \times D} = \frac{0{,}5}{\pi \times 0{,}04} \approx 3{,}98\text{ vòng/s} \approx 238{,}7\text{ vòng/phút}$$

Lực kéo băng tải lớn nhất tính toán $W = 97{,}5\text{ N}$. Công suất làm việc trên trục tang:

$$P_{bt} = W \times v = 97{,}5 \times 0{,}5 = 48{,}75\text{ W}$$

Với hiệu suất bộ truyền đai răng và ổ lăn $\eta = 0{,}941$, áp dụng hệ số an toàn $k = 1{,}5$, công suất động cơ cần thiết:

$$P_{dc} = \frac{P_{bt} \times k}{\eta} = \frac{48{,}75 \times 1{,}5}{0{,}941} = 77{,}7\text{ W}$$

Lựa chọn động cơ AC DKM $90\text{ W}$ đáp ứng hoàn toàn điều kiện tải trọng động và khả năng quá tải khi có nhiều sản phẩm trên băng chuyền.

2. Thuật toán xử lý tín hiệu và điều khiển PLC

Dữ liệu khối lượng từ đầu cân Excell 150S liên tục truyền về module CM 1241 thông qua chuẩn RS-232 với cấu hình: Baud rate 9600 bps, 8 Data bits, No Parity, 1 Stop bit.

// SCL Pseudo-Code for Checkweigher Decision Logic in Siemens S7-1200
FUNCTION_BLOCK "FB_WeighingControl"
VAR_INPUT
    b_PhotoEye_Infeed   : BOOL;   // Cảm biến quang đầu vào
    b_PhotoEye_Weigh    : BOOL;   // Cảm biến quang tại bàn cân
    r_Weight_Raw        : REAL;   // Khối lượng đọc từ Excell 150S (gam)
    r_Standard_Weight   : REAL;   // Khối lượng chuẩn (1000g hoặc 2000g)
    r_Tolerance_Percent : REAL;   // Ngưỡng sai số cho phép (1.0%)
END_VAR
VAR_OUTPUT
    b_Piston_Reject     : BOOL;   // Tín hiệu kích xy lanh loại bỏ
    b_Status_OK         : BOOL;   // Đèn báo sản phẩm đạt
    b_Status_NG         : BOOL;   // Đèn báo sản phẩm lỗi
    r_Final_Weight      : REAL;   // Khối lượng chốt sau lọc
END_VAR
VAR
    r_Lower_Limit       : REAL;
    b_Weighing_Active   : BOOL;
    i_Sample_Count      : INT;
    r_Accumulator       : REAL;
END_VAR

BEGIN
    // Tính toán ngưỡng giới hạn dưới (Reject threshold)
    r_Lower_Limit := r_Standard_Weight * (1.0 - (r_Tolerance_Percent / 100.0));

    // Bắt đầu chu kỳ cân khi vật nằm hoàn toàn trên bàn cân
    IF b_PhotoEye_Weigh AND NOT b_Weighing_Active THEN
        b_Weighing_Active := TRUE;
        i_Sample_Count := 0;
        r_Accumulator := 0.0;
    END_IF;

    // Lấy mẫu ổn định
    IF b_Weighing_Active THEN
        IF r_Weight_Raw > (r_Standard_Weight * 0.5) THEN // Loại bỏ giá trị không tải
            r_Accumulator := r_Accumulator + r_Weight_Raw;
            i_Sample_Count := i_Sample_Count + 1;
        END_IF;
    END_IF;

    // Kết thúc lấy mẫu và đưa ra quyết định phân loại
    IF NOT b_PhotoEye_Weigh AND b_Weighing_Active THEN
        b_Weighing_Active := FALSE;
        IF i_Sample_Count > 0 THEN
            r_Final_Weight := r_Accumulator / INT_TO_REAL(i_Sample_Count);
        ELSE
            r_Final_Weight := r_Weight_Raw;
        END_IF;

        // Đánh giá khối lượng theo tiêu chuẩn
        IF r_Final_Weight < r_Lower_Limit THEN
            b_Piston_Reject := TRUE; // Kích hoạt xy lanh gạt phế phẩm
            b_Status_NG := TRUE;
            b_Status_OK := FALSE;
        ELSE
            b_Piston_Reject := FALSE;
            b_Status_OK := TRUE;
            b_Status_NG := FALSE;
        END_IF;
    END_IF;
END_FUNCTION_BLOCK

Testing và validation

Quá trình kiểm nghiệm thực tế trên mô hình bao gồm kiểm tra tĩnh (Static Calibration), kiểm tra dao động nền khi chạy không tải (No-load dynamic noise), và kiểm nghiệm động với túi bột thật:

  1. Hiệu chuẩn cân tĩnh: Kiểm tra độ lặp lại tại 5 điểm (tâm và 4 góc bàn cân) bằng quả cân chuẩn F1 $1000\text{ g}$ và $2000\text{ g}$. Sai lệch giữa các góc $< 0{,}5\text{ g}$, chứng minh kết cấu ngàm đơn điểm của MT1260 hoạt động hoàn hảo.
  2. Khảo sát bộ lọc số (Digital Filter Evaluation): Thực nghiệm 10 cấp độ lọc (từ Filter 0 đến Filter 9) trên đầu cân Excell 150S khi băng tải chạy ở vận tốc $0{,}5\text{ m/s}$:
    • Filter = 0: Tín hiệu biến thiên mạnh do rung động cơ học, biên độ nhiễu dao động $\pm 18\text{ g}$.
    • Filter = 5: Tín hiệu ổn định, biên độ nhiễu giảm xuống dưới $\pm 3\text{ g}$, thời gian trễ ổn định chỉ $80\text{ ms}$, hoàn toàn phù hợp với cửa sổ thời gian cân $520\text{ ms}$.
    • Filter = 9: Tín hiệu rất mịn nhưng độ trễ đáp ứng lên tới $400\text{ ms}$, gây trễ nhịp kích xy lanh.
    • Kết luận: Chọn Filter = 5 làm cấu hình chuẩn vận hành.
Nhiễu tín hiệu cân động (gam)
+20g |    /\  /\        Filter = 0 (Nhiễu thô: ±18g)
     |   /  \/  \  /\
  0g |--/--------\/--\--------------------------------------- (Đường chuẩn)
     |                \  /   Filter = 5 (Sau lọc: ±3g - Tối ưu)
-20g |                 \/
     +-------------------------------------------------------> Thời gian (ms)
     0ms             150ms           300ms           500ms

Kết quả đạt được

Hệ thống đã được chạy thực nghiệm liên tục với 20 mẫu túi bột mì (10 mẫu 1 kg và 10 mẫu 2 kg) được cố tình tạo các mức khối lượng chuẩn, thiếu $0{,}5%$, thiếu $1{,}2%$, và thiếu $2%$:

Chỉ tiêu kỹ thuật Mục tiêu thiết kế Kết quả thực nghiệm đạt được Đánh giá
Năng suất kiểm tra $60\text{ sản phẩm/phút}$ $60\text{ sản phẩm/phút}$ ($1\text{ túi/giây}$) Đạt $100%$ mục tiêu
Sai số cân động (Túi 1 kg) $\pm 5\text{ g}$ ($\pm 0{,}5%$) $\pm 3{,}2\text{ g}$ Vượt mục tiêu ($36%$ tốt hơn)
Sai số cân động (Túi 2 kg) $\pm 10\text{ g}$ ($\pm 0{,}5%$) $\pm 6{,}5\text{ g}$ Vượt mục tiêu ($35%$ tốt hơn)
Độ chính xác phân loại NG Loại bỏ $100%$ túi thiếu $> 1%$ $100%$ (Không bỏ sót mẫu lỗi) Đạt độ tin cậy tuyệt đối
Độ ổn định hệ thống Hoạt động êm, không trượt bao Băng đai PVC chống tĩnh điện bám tốt Hoạt động ổn định

Đổi mới và đóng góp

  1. Kết cấu cơ khí độc lập triệt tiêu rung động: Băng tải cân được tách rời hoàn toàn bằng khung chịu lực riêng, không gắn chung bệ với băng tải đầu vào và đầu ra. Cụm motor truyền động được kết nối qua đai răng giảm chấn thay vì truyền động xích, giảm thiểu $85%$ xung lực cơ học truyền vào cảm biến tải.
  2. Chiến lược lọc số tối ưu hóa thời gian thực: Ứng dụng thành công thuật toán lọc kỹ thuật số tích hợp trên ADC 24-bit của đầu cân Excell 150S, kết hợp xử lý lấy mẫu trung bình động trên PLC S7-1200, giải quyết triệt để bài toán cân động cho bao bì mềm có bề mặt đáy biến dạng.
  3. Hiệu quả kinh tế vượt trội: Tổng chi phí chế tạo mô hình thực tế ước tính dưới 25 triệu VNĐ (~1.000 USD), chỉ bằng $13%$ đến $15%$ so với các dòng máy nhập khẩu thương mại cùng công suất như Juzheng XR ($7.500\text{ USD}$) hay Toupack, mở ra tiềm năng nội địa hóa thiết bị phụ trợ ngành đóng gói thực phẩm.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Tình huống ứng dụng thực tế

  • Dây chuyền đóng gói bột mì, gạo, đường, hạt nông sản: Lắp đặt trực tiếp phía sau máy đóng gói định lượng trục vít hoặc máy hàn miệng túi liên tục.
  • Kiểm soát chất lượng cuối chuyền (End-of-line QA): Tự động ghi nhận số lượng sản phẩm đạt (OK) và lỗi (NG), xuất file Excel/CSV phục vụ quản trị sản xuất ERP.
[Máy đóng gói túi] -> [Băng tải cân kiểm tra 60 PPM] -> [Đạt: Đóng thùng Carton]
                                                      \-> [Lỗi: Hồi lưu đóng gói lại]

Yêu cầu triển khai và lắp đặt:

  • Nguồn điện: $220\text{ VAC} \pm 10%$, $50\text{ Hz}$, tiếp địa an toàn $< 4,\Omega$.
  • Nguồn khí nén: Áp suất làm việc $0{,}4 - 0{,}6\text{ MPa}$ ($4 - 6\text{ bar}$), lưu lượng tối thiểu $50\text{ lít/phút}$.
  • Mặt bằng lắp đặt: Sàn nhà xưởng phẳng, độ nghiêng $< 1^\circ$, trang bị chân tăng chỉnh đế cao su giảm chấn.
  • Thời gian hoàn vốn (ROI): Với năng suất $60\text{ sản phẩm/phút}$, hệ thống thay thế trực tiếp 2 công nhân kiểm tra thủ công mỗi ca. Chi phí đầu tư thu hồi hoàn toàn trong vòng 3 đến 5 tháng vận hành.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế hiện tại:

  • Băng tải chưa tích hợp cơ chế tự động dãn khoảng cách phôi (Pitch feeder), yêu cầu sản phẩm đầu vào phải được cấp cách nhau tối thiểu $25\text{ cm}$.
  • Môi trường làm việc có độ rung nền nhà xưởng quá lớn (gần máy dập, máy nén khí lớn) có thể làm tăng sai số cân động thêm $\pm 2\text{ g}$.

Hướng phát triển:

  • Tích hợp thuật toán lọc thích nghi: Ứng dụng lọc Kalman hoặc biến đổi Wavelet trực tiếp trên vi xử lý ARM/FPGA để tự động khử tần số dao động riêng của hệ cơ khí.
  • Mở rộng kết nối IIoT: Bổ sung giao thức MQTT / OPC-UA trên PLC S7-1200 để đẩy dữ liệu OEE (Hiệu suất thiết bị tổng thể) và khối lượng thời gian thực lên Dashboard điện toán đám mây.
  • Nâng cấp cơ cấu phân loại đa kênh: Thay thế xy lanh đẩy đơn bằng hệ thống gạt phân loại 3 hướng (Thừa - Đạt - Thiếu) phục vụ tái chế nguyên liệu chính xác hơn.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên ngành Cơ điện tử / Tự động hóa: Tài liệu tham khảo toàn diện từ khâu tính chọn công suất động cơ, thiết kế bộ truyền đai răng, đến lập trình truyền thông công nghiệp PLC – RS-232.
  • Kỹ sư tích hợp hệ thống (System Integrators): Cung cấp giải pháp phần cứng module hóa, sơ đồ đấu nối chuẩn công nghiệp và lưu đồ thuật toán cân động đã được kiểm chứng thực nghiệm.
  • Doanh nghiệp vừa và nhỏ (SMEs): Cơ hội tiếp cận giải pháp tự động hóa dây chuyền đóng gói với chi phí nội địa hóa thấp, nâng cao năng lực cạnh tranh và đáp ứng tiêu chuẩn kiểm định đóng gói quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống yêu cầu nguồn cấp và điều kiện môi trường như thế nào để vận hành ổn định?

Hệ thống sử dụng điện lưới dân dụng hoặc công nghiệp $1\text{ pha } 220\text{ VAC}$, công suất tiêu thụ tối đa dưới $400\text{ W}$, cùng nguồn khí nén áp suất $4 - 6\text{ bar}$. Cần đảm bảo hệ thống nối đất khử nhiễu cho đầu cân và tránh đặt trực tiếp cạnh các nguồn sinh rung động mạnh.

2. Giới hạn năng suất tối đa của hệ thống có thể nâng cấp lên bao nhiêu?

Năng suất $60\text{ PPM}$ hiện tại bị giới hạn bởi chiều dài băng tải ($50\text{ cm}$) và tốc độ đáp ứng của bộ lọc đầu cân. Nếu nâng tốc độ băng tải lên $1\text{ m/s}$ và sử dụng load cell kỹ thuật số chuyên dụng (Digital Load Cell tốc độ cao $400\text{ Hz}$), hệ thống có thể đạt năng suất $100 - 120\text{ PPM}$.

3. Làm thế nào để thay đổi công thức kiểm tra giữa túi 1 kg và túi 2 kg?

Người vận hành chỉ cần nhấn nút chuyển chế độ trên giao diện HMI máy tính hoặc chọn công thức (Recipe) trên nút nhấn vật lý tủ điện. PLC sẽ tự động nạp lại các tham số khối lượng chuẩn ($1000\text{ g}$ hoặc $2000\text{ g}$) và tính lại ngưỡng từ chối tương ứng trong $1\text{ chu kỳ quét}$ ($< 10\text{ ms}$).

4. Chi phí bảo dưỡng và độ bền của băng tải cân ra sao?

Băng tải sử dụng đai PVC công nghiệp và đai răng Misumi có độ bền vận hành liên tục trên $5.000\text{ giờ}$. Chi phí bảo dưỡng định kỳ hàng năm rất thấp, chủ yếu bao gồm hiệu chuẩn lại load cell bằng quả cân chuẩn ($6\text{ tháng/lần}$) và vệ sinh bề mặt đai tải.

5. Tại sao đồ án chọn Load cell Single Point thay vì bố trí 4 Load cell Single Ended Beam?

Với kích thước túi bột mì tối đa $24 \times 18\text{ cm}$ và bàn cân $50 \times 25\text{ cm}$, một load cell Single Point Mettler Toledo MT1260 đặt tại tâm đã đủ khả năng bù trừ lực lệch tâm trong vùng làm việc. Giải pháp này giúp tiết kiệm $60%$ chi phí cảm biến và loại bỏ sự phức tạp của hộp cộng tín hiệu (Junction Box).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế băng tải cân kiểm tra khối lượng túi bột mì" đã giải quyết trọn vẹn và chuẩn xác bài toán tự động hóa khâu kiểm tra khối lượng sản phẩm đóng gói mềm trong dây chuyền công nghiệp. Bằng sự kết hợp chặt chẽ giữa tính toán cơ học chính xác, lựa chọn thiết bị công nghiệp tiêu chuẩn (Siemens, Mettler Toledo, Omron, Airtac) và giải thuật lọc số thích hợp, hệ thống đã đạt năng suất $60\text{ sản phẩm/phút}$ với sai số đo lường chỉ $\pm 3{,}2\text{ g}$ cho túi 1 kg và $\pm 6{,}5\text{ g}$ cho túi 2 kg, loại bỏ chính xác $100%$ các sản phẩm vi phạm giới hạn thiếu khối lượng $1%$. Đây là mô hình ứng dụng mẫu mực có tính khả thi cao, mở ra giải pháp tự động hóa hiệu quả, chi phí hợp lý cho các doanh nghiệp đóng gói thực phẩm tại Việt Nam.