Giới thiệu dự án

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành sản xuất và chế biến nông sản, thực phẩm, hóa chất tại Việt Nam đang đối mặt với bài toán tối ưu hóa chi phí vận hành và nâng cao năng suất. Theo các báo cáo thống kê công nghiệp đóng gói, chi phí nhân công thủ công chiếm tới 30-40% tổng chi phí đóng gói thứ cấp tại các doanh nghiệp vừa và nhỏ (SMEs), đi kèm với tỷ lệ sai lệch định lượng dao động từ 5% đến 8% khi thực hiện thủ công.

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động" do sinh viên Nguyễn Minh Quốc Kha và Phạm Công Lý thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Tấn Đời (Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) tập trung giải quyết triệt để các điểm nghẽn của quy trình đóng gói truyền thống.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                            BÀI TOÁN & THỰC TRẠNG ĐÓNG GÓI                         |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| [Thủ công]          -> Sai số cao (5-8%), tốc độ chậm, phụ thuộc nhân lực        |
| [Công nghiệp lớn]   -> Chi phí đầu tư cao (>200 triệu VNĐ), cồng kềnh, khó bảo trì|
| [GIẢI PHÁP ĐỒ ÁN]   -> Cân định lượng 0.1-2kg, độ chính xác >=90%, chu kỳ 30s/bao |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Vấn đề thực tiễn và bài toán kỹ thuật (Problem Statement)

Các doanh nghiệp quy mô vừa và nhỏ thường gặp khó khăn khi tiếp cận các dây chuyền đóng gói công nghiệp tự động nhập khẩu do chi phí đầu tư ban đầu quá lớn (>200 triệu VNĐ) và diện tích lắp đặt cồng kềnh. Mặt khác, việc chia liều và đóng gói thủ công mang lại nhiều hạn chế:

  • Sai số định lượng cao: Ảnh hưởng đến uy tín thương hiệu và hao hụt nguyên vật liệu.
  • Năng suất thấp và không đồng đều: Phụ thuộc vào thể lực và kỹ năng của công nhân.
  • Rủi ro an toàn & vệ sinh: Tiếp xúc trực tiếp dễ gây nhiễm bẩn chéo cho thực phẩm/nông sản hoặc gây nguy hiểm cho người thao tác ở khâu hàn nhiệt.

Mục tiêu đề tài (Project Objectives)

  1. Thiết kế & gia công phần cứng cơ khí: Chế tạo mô hình hoàn chỉnh kích thước $1067 \times 800 \times 650\text{ mm}$ bằng khung nhôm định hình $20 \times 20\text{ mm}$, tích hợp phễu cấp liệu dung tích thực $4515\text{ cm}^3$ (~5.4kg gạo), cơ cấu lấy bao, mở miệng bao chân không và hàn nhiệt.
  2. Thiết kế hệ thống điện & điều khiển: Ứng dụng PLC Siemens SIMATIC S7-1200 (CPU 1214C DC/DC/DC) kết hợp module mở rộng tín hiệu số SB 1222, bộ cảm biến lực Loadcell và mạch khuếch đại tín hiệu JY-S60.
  3. Phát triển giao diện giám sát HMI: Thiết kế giao diện vận hành hai chế độ Auto/Manual, cài đặt thông số mẻ cân, lưu trữ và cảnh báo lỗi thời gian thực.
  4. Hiệu chỉnh & đánh giá chỉ số vận hành: Đạt dải cân định lượng $0.1 - 2.0\text{ kg}$, độ chính xác định lượng $\ge 90%$, chu kỳ đóng bao mục tiêu $\le 30\text{ giây/sản phẩm}$.

Phương pháp tiếp cận và phạm vi (Scope & Limitations)

  • Phương pháp giải pháp: Tích hợp liên ngành Cơ - Điện - Khí nén - Lập trình điều khiển. Tận dụng cơ cấu khí nén tác động kép kết hợp giác hút chân không để tách/mở miệng bao, dùng mạch định thời RC chuyên dụng bảo vệ biến áp hàn xung $300\text{W}$, và xử lý tín hiệu analog từ Loadcell qua PLC.
  • Phạm vi & Giới hạn: Hệ thống thử nghiệm định lượng nguyên liệu dạng hạt (gạo, khối lượng riêng $1200\text{ kg/m}^3$), sử dụng bao bì nhựa PE/nilon; cửa xả sử dụng xi lanh đơn đóng/mở trực tiếp (chưa tích hợp van định lượng 2 cấp cấp nhanh/cấp tinh).

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí Đóng gói thủ công Dây chuyền rơ-le / Cân cơ khí Hệ thống PLC S7-1200 + Khí nén (Đề tài)
Độ chính xác Thấp (sai lệch $\pm 5-8%$) Trung bình ($\pm 2-4%$) Cao (đạt chuẩn $\ge 90-95%$)
Tốc độ chu kỳ $60 - 90\text{ s/túi}$ $40 - 50\text{ s/túi}$ $25 - 30\text{ s/túi}$
Tính linh hoạt Kém, phụ thuộc công nhân Kém, khó thay đổi định mức Rất cao, chỉnh thông số trực tiếp trên HMI
Chi phí đầu tư Thấp ban đầu, cao lâu dài Trung bình Tối ưu cho quy mô vừa và nhỏ
Mức độ an toàn Tiềm ẩn nguy cơ bỏng nhiệt Trung bình Tự động hóa hoàn toàn vùng nhiệt & kẹp

Phân loại yêu cầu theo mô hình MoSCoW

  • Must-have: Đo lường chính xác bằng Loadcell, cơ cấu xả liệu tự động, cơ cấu gắp - mở miệng bao khí nén, hàn kín nhiệt miệng bao, dừng khẩn cấp (E-Stop).
  • Should-have: Giao diện giám sát HMI đa màn hình (Manual/Auto/Settings/Data Log), mạch timer độc lập chống quá tải biến áp hàn nhiệt.
  • Could-have: Module đếm số lượng thành phẩm theo ca, bù trừ sai số trọng lượng rơi tự do.
  • Won't-have (giai đoạn này): Cấp bao tự động từ cuộn màng liên tục, hệ thống hút chân không bên trong túi.

Thiết kế hệ thống

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                            KIẾN TRÚC TỔNG THỂ HỆ THỐNG                        |
+-------------------------------------------------------------------------------+
|   [ HMI / SCADA (TIA Portal WinCC) ]  <--- Profinet Industrial Ethernet --->  |
|                                     |                                         |
|                                     v                                         |
|                +-----------------------------------------+                    |
|                |  PLC SIEMENS S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC |                    |
|                |      + Digital Output Board SB 1222     |                    |
|                +-----------------------------------------+                    |
|                   /              |               \                            |
|                  / (Analog 0-10V)| (Digital 24V)  \ (Relay Output)            |
|                 v                v                 v                          |
|         [Bộ JY-S60]      [Van Khí Nén 5/2 & 3/2]  [Mạch Timer Hàn Nhiệt]      |
|              |                   |                        |                   |
|         [ Loadcell ]     [Xi lanh & Giác hút]      [Dây trở & Biến áp 300W]   |
+-------------------------------------------------------------------------------+

Danh mục công nghệ và thiết bị phần cứng

  • Bộ điều khiển trung tâm: PLC Siemens SIMATIC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC (Firmware V4.5, 14 DI 24VDC, 10 DO 24VDC, 2 AI 0-10V).
  • Module mở rộng: Signal Board SB 1222 (4 Digital Output 200kHz 24VDC).
  • Cảm biến trọng lượng: Loadcell Strain-Gauge dạng thanh uốn (Bridge Resistance $350\Omega$, độ nhạy $2.0\text{ mV/V}$).
  • Bộ chuẩn hóa tín hiệu: JY-S60 Loadcell Transmitter (Ngõ vào mV từ cầu Wheatstone, ngõ ra $0 - 10\text{V}$ tuyến tính kết nối AI0 của PLC).
  • Hệ thống khí nén:
    • 02 Xi lanh khí nén trục kép hành trình $70\text{ mm}$ (cơ cấu ép hàn nhiệt).
    • 01 Xi lanh khí nén trục kép hành trình $50\text{ mm}$, nòng $\varnothing 25\text{ mm}$ (cơ cấu tách mở bao).
    • 01 Xi lanh đơn hành trình $25\text{ mm}$, $\varnothing 16\text{ mm}$ (hạ giác hút bao).
    • 01 Xi lanh đơn hành trình $75\text{ mm}$ (tịnh tiến lấy bao).
    • Cụm van điện từ khí nén AirTac $5/2$ và $3/2$ cuộn coil $24\text{VDC}$.
  • Cảm biến phụ trợ: Cảm biến quang phản xạ khuếch tán E3F-DS30C4 (NPN NO, tầm phát hiện $10-30\text{ cm}$), công tắc hành trình cơ học T125.
  • Phần mềm ứng dụng: TIA Portal V18 (Lập trình Ladder/SCL & WinCC HMI), SolidWorks 2023 (Thiết kế 3D/2D cơ khí), AutoCAD 2023 (Thiết kế sơ đồ nguyên lý & layout tủ điện).

Tính toán cơ cấu ép hàn nhiệt và độ cứng lò xo

Lực ép cần đảm bảo đủ lớn để tạo mối hàn phẳng và tạo ma sát nghỉ giữ túi trọng lượng tối đa $m = 1.0\text{ kg}$: $$P = m \cdot g = 1.0 \times 9.8 = 9.8\text{ N}$$ Để chống trượt khi di chuyển: $$F_{\text{ma sát nghỉ}} = F_{\text{lò xo}} > P \Rightarrow F_{\text{lò xo}} > 9.8\text{ N}$$ Với độ biến dạng nén $l = 3\text{ mm} = 0.003\text{ m}$: $$K_{\min} = \frac{F}{l} = \frac{9.8}{0.003} \approx 3266.67\text{ N/m}$$ Hệ thống sử dụng $4$ lò xo bố trí đối xứng tại 4 góc của cụm thanh ép: $$K_{\text{mỗi lò xo}} \ge \frac{K_{\min}}{4} = \frac{3266.67}{4} \approx 816.67\text{ N/m}$$ Từ đó, nhóm lựa chọn 4 lò xo tiêu chuẩn có độ cứng $K = 850\text{ N/m}$.

Thiết kế mạch Timer hàn nhiệt độc lập

Mạch định thời nạp xả tụ RC điều khiển ngắt relay biến áp hàn xung: $$V(t) = V_0 \cdot \left(1 - e^{-\frac{t}{RC}}\right)$$ Trong đó:

  • $V_0 = 24\text{V}$ (sau diode ghim Zener).
  • $R = R_{\text{biến trở}} + R_{\text{định mức}} = 220\text{ k}\Omega + 27\text{ k}\Omega = 247\text{ k}\Omega$.
  • $C = 47,\mu\text{F} / 50\text{V}$.
  • Khi điện áp $V(t)$ đạt ngưỡng $6\text{V}$ của diode Zener kích chân B transistor C9015 dẫn bão hòa, kích cuộn coil relay ngắt tiếp điểm thường đóng (NC) cấp nguồn cho biến áp $300\text{W}$. Dải thời gian gia nhiệt có thể tinh chỉnh chính xác từ $0.3\text{ s}$ đến $2.5\text{ s}$.

Phương pháp luận (Methodology)

Dự án áp dụng mô hình phát triển V-Model kết hợp thử nghiệm lặp (Iterative Prototyping) qua 4 giai đoạn trong 16 tuần:

Tuần 01 - 03: Khảo sát lý thuyết, tính toán công nghệ, lập bài toán đặc tả
Tuần 04 - 06: Thiết kế 3D SolidWorks, mô phỏng động học, thiết kế sơ đồ điện
Tuần 07 - 09: Gia công khung nhôm 20x20, lắp ráp cơ khí & đấu nối tủ điện PLC
Tuần 10 - 12: Lập trình PLC S7-1200, cấu hình HMI Scada, cân chỉnh Loadcell
Tuần 13 - 16: Thử nghiệm tải thực, đo đạc sai số, tối ưu chu trình & nghiệm thu

Implementation và kết quả

Quá trình phát triển và thuật toán điều khiển (Development Process)

Chương trình PLC được cấu trúc hóa thành các khối hàm chức năng (Function Blocks):

  • FB_Scale_Processing: Đọc ngõ vào Analog %IW64, thực hiện hàm chuyển đổi NORM_X và SCALE_X, tích hợp bộ lọc trung bình động số (Moving Average Filter) 10 mẫu để triệt tiêu dao động cơ học từ rung động phễu xả.
  • FC_State_Machine: Quản lý chu trình tự động qua 5 trạng thái (State 01: Cấp bao $\rightarrow$ State 02: Mở bao $\rightarrow$ State 03: Xả liệu định lượng $\rightarrow$ State 04: Kẹp miệng bao $\rightarrow$ State 05: Kích hoạt timer hàn nhiệt & nhả bao).

Đoạn mã SCL xử lý cân định lượng và điều khiển cửa xả

// Block: FB_Weighing_Control
// Lập trình trên TIA Portal V18 Structured Control Language (SCL)
FUNCTION_BLOCK "FB_Weighing_Control"
VAR_INPUT
    raw_analog_in : Int;       // Ngõ vào analog từ JY-S60 (%IW64)
    target_weight : Real;      // Khối lượng cài đặt từ HMI (kg)
    tolerance     : Real;      // Dung sai cho phép (kg)
    start_cycle   : Bool;      // Tín hiệu bắt đầu chu trình
END_VAR
VAR_OUTPUT
    current_weight : Real;     // Giá trị khối lượng thực tế (kg)
    discharge_valve: Bool;     // Điều khiển van xi lanh xả liệu (%Q0.0)
    cycle_complete : Bool;     // Cờ báo hoàn thành mẻ cân
END_VAR
VAR
    normalized_val : Real;
    filtered_weight: Real;
END_VAR

BEGIN
    // Chuẩn hóa tín hiệu ngõ vào Analog (0 - 27648 tương ứng 0 - 10V)
    #normalized_val := NORM_X(MIN := 0, VALUE := #raw_analog_in, MAX := 27648);
    
    // Scale tuyến tính ra dải đo khối lượng 0.0 - 5.0 kg
    #current_weight := SCALE_X(MIN := 0.0, VALUE := #normalized_val, MAX := 5.0);
    
    // Thuật toán so sánh ngưỡng và điều khiển cửa xả liệu
    IF #start_cycle THEN
        IF #current_weight < (#target_weight - #tolerance) THEN
            #discharge_valve := TRUE;   // Mở cửa xả
            #cycle_complete  := FALSE;
        ELSE
            #discharge_valve := FALSE;  // Đóng cửa xả khi đạt định mức
            #cycle_complete  := TRUE;
        END_IF;
    ELSE
        #discharge_valve := FALSE;
        #cycle_complete  := FALSE;
    END_IF;
END_FUNCTION_BLOCK

Thử nghiệm và đánh giá thực nghiệm (Testing & Validation)

Hệ thống được tiến hành đo kiểm nghiệm thu qua 30 mẻ đóng gói liên tục với nguyên liệu gạo định mức $0.500\text{ kg/bao}$.

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                       KẾT QUẢ NGHIỆM THU THEO TỪNG CƠ CẤU                     |
+-------------------------------------------------------------------------------+
| [Cơ cấu cấp & mở bao]   -> 29/30 mẻ thành công (Tỷ lệ đạt 96.67%)             |
| [Cơ cấu xả & định lượng] -> 28/30 mẻ đúng dung sai (Tỷ lệ đạt 93.33%)          |
| [Cơ cấu hàn nhiệt]       -> 29/30 mối hàn kín, đẹp (Tỷ lệ đạt 96.67%)         |
| [Hiệu suất toàn chu kỳ]  -> Tỷ lệ thành phẩm đạt chuẩn: 93.33%                |
+-------------------------------------------------------------------------------+

Bảng dữ liệu nghiệm thu chi tiết các trạng thái vận hành

Trạng thái vận hành Số lần thử Số lần đạt chuẩn Tỷ lệ thành công (%) Dạng lỗi ghi nhận phổ biến
Trạng thái 01 (Lấy bao) 30 29 96.67% Giác hút lệch mép bao do bao nilon bị dính tĩnh điện
Trạng thái 02 (Mở miệng bao) 30 28 93.33% Xi lanh rút nhanh tạo áp suất âm chưa kịp mở hoàn toàn
Trạng thái 03 (Xả liệu định lượng) 30 28 93.33% Sai số rơi tự do vượt ngưỡng $\pm 5\text{g}$ khi đóng cửa xả
Trạng thái 04 (Ép & Hàn nhiệt) 30 29 96.67% 01 mối hàn bị nhăn do nhiệt độ dây trở tích lũy

Kết quả đạt được so với mục tiêu ban đầu

+-----------------------------------------------------------------------------+
| Chỉ số                   | Mục tiêu đề ra       | Thực tế đạt được          |
+-----------------------------------------------------------------------------+
| Dải khối lượng định mức  | 0.1 - 2.0 kg         | 0.1 - 2.0 kg              |
| Độ chính xác định lượng  | >= 90.0%             | 93.33% - 94.6%            |
| Thời gian chu kỳ         | <= 30 giây/bao       | 26.5 - 28.0 giây/bao      |
| Chế độ vận hành HMI      | Auto / Manual        | Hoàn thiện 4 màn hình     |
| Khả năng chống cháy nilon| Đảm bảo an toàn      | Ngắt tuyệt đối qua RC     |
+-----------------------------------------------------------------------------+

Đổi mới và đóng góp

  1. Mạch ghép lai Timer RC và Relay công nghiệp: Giải quyết triệt để rủi ro treo đầu ra PLC gây quá nhiệt cháy biến áp hàn xung hoặc làm chảy bao bì nhựa. Thời gian cấp xung điện áp được giới hạn bằng phần cứng $100%$.
  2. Cơ cấu mở bao 2 hướng đối xứng bằng khí nén & chân không: Sử dụng xi lanh trục kép hành trình $50\text{ mm}$ chống xoay kết hợp đầu giác hút chân không, đảm bảo miệng bao luôn mở tròn đều với đường kính $\varnothing 100\text{ mm}$, loại bỏ hoàn toàn hiện tượng rơi vãi nguyên liệu ra ngoài.
  3. Cấu trúc module hóa trên khung nhôm định hình $20 \times 20\text{ mm}$: Tối ưu hóa trọng lượng toàn bộ máy chỉ còn $18.5\text{ kg}$, dễ dàng tháo lắp, bảo trì và điều chỉnh linh hoạt vị trí các cụm xi lanh theo các cỡ bao bì khác nhau.

Bảng so sánh với các giải pháp hiện hành

Đặc tính kỹ thuật Máy đóng gói thủ công Máy đóng bao công nghiệp nhập khẩu Hệ thống của đề tài
Năng suất đóng gói $40 - 50\text{ bao/giờ}$ $300 - 600\text{ bao/giờ}$ $120 - 135\text{ bao/giờ}$
Chi phí chế tạo / Đầu tư $< 2\text{ triệu VNĐ}$ $150 - 300\text{ triệu VNĐ}$ $8.5 - 12\text{ triệu VNĐ}$
Mức độ phụ thuộc con người $100%$ công đoạn $10 - 20%$ (nạp liệu) $15%$ (nạp liệu & nạp bao)
Độ chính xác định lượng $\pm 5.0 - 8.0%$ $\pm 0.5 - 1.0%$ $\pm 2.5 - 3.5%$
Khả năng tùy biến kích thước Không Phức tạp, chi phí cao Rất dễ dàng nhờ khung nhôm

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng (Real-World Use Cases)

  • Cơ sở xay xát và chế biến gạo quy mô hộ kinh doanh: Đóng gói bao gạo $0.5\text{ kg}$, $1.0\text{ kg}$, $2.0\text{ kg}$ phục vụ bán lẻ siêu thị mini.
  • Nhà máy sản xuất thức ăn thú cưng & hạt giống nông nghiệp: Định lượng chính xác hạt giống cao sản dạng viên hoặc hạt nhựa công nghiệp.
  • Hóa chất & phân bón hữu cơ dạng hạt: Giảm thiểu tiếp xúc độc hại trực tiếp giữa công nhân và hóa chất độc hại.
+-------------------------------------------------------------------------------+
|                         HƯỚNG DẪN TRIỂN KHAI VẬN HÀNH                         |
+-------------------------------------------------------------------------------+
| Bước 1: Kết nối nguồn điện 220VAC 50Hz và nguồn khí nén áp suất 0.4 - 0.6 MPa |
| Bước 2: Nạp nguyên liệu vào phễu chứa (tối đa 5kg/mẻ nạp)                     |
| Bước 3: Đặt xấp bao nilon vào khay cấp bao                                    |
| Bước 4: Mở HMI, chọn [Settings] -> Nhập khối lượng đặt (SetPoint = 0.500 kg) |
| Bước 5: Chuyển sang [Auto Mode] -> Nhấn [START] trên màn hình hoặc nút bấm    |
| Bước 6: Quan sát hệ thống tự động: Gắp bao -> Mở bao -> Xả liệu -> Ép -> Hàn  |
+-------------------------------------------------------------------------------+

Phân tích hiệu quả kinh tế và thời gian hoàn vốn (Cost-Benefit & ROI)

  • Chi phí chế tạo mô hình thử nghiệm: ~10,500,000 VNĐ.
  • Tiết kiệm nhân công: Thay thế 01 nhân công đóng gói cố định (mức lương ước tính 7,000,000 VNĐ/tháng).
  • Thời gian hoàn vốn (Payback Period): $$\text{ROI Period} = \frac{10,500,000}{7,000,000 - 1,200,000,(\text{điện, bảo trì/tháng})} \approx 1.81\text{ tháng}$$ Ngay cả khi tính khấu hao và chi phí sản xuất thương mại ở mức 20,000,000 VNĐ, thời gian thu hồi vốn chỉ dưới 4 tháng.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Gia công cơ khí thủ công: Một số chi tiết cắt mica bằng tay chưa đạt độ khít tuyệt đối dẫn đến ma sát trượt của xi lanh định kỳ cần bôi trơn.
  • Cửa xả đơn cấp: Sử dụng một cửa xả duy nhất làm tăng quán tính dòng hạt rơi tự do (in-flight material), ảnh hưởng đến sai số khi đóng cửa ở tốc độ cao.
  • Chưa có cơ cấu kiểm tra rò rỉ mối hàn: Việc phát hiện mối hàn không đạt yêu cầu vẫn dựa trên kiểm tra ngoại quan của người vận hành.

Hướng phát triển và mở rộng

  • Nâng cấp cửa xả liệu 2 cấp (Coarse/Fine Dosing): Thiết kế cửa xả sơ bộ (mở lớn $100%$ đạt $85%$ khối lượng) và cửa xả tinh (mở $15%$ nhấp nhả PWM đến khi đủ $100%$ khối lượng), giúp nâng độ chính xác lên $\ge 98%$.
  • Tích hợp IoT Công nghiệp (IIoT): Nâng cấp CPU S7-1200 hỗ trợ giao thức MQTT/OPC UA để đẩy dữ liệu sản lượng, trạng thái lỗi lên Dashboard máy chủ đám mây.
  • Bổ sung băng tải thành phẩm và máy khâu bao: Mở rộng thành dây chuyền liên tục từ cấp bao, định lượng, hàn nhiệt đến xếp pallet tự động.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Tự động hóa & Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu tham khảo thực tế về việc tích hợp trọn vẹn PLC S7-1200, tín hiệu Analog Loadcell, khí nén và giao diện HMI Scada.
  • Kỹ sư thiết kế máy (R&D Engineers): Khai thác sơ đồ mạch timer hàn nhiệt chống quá tải và cấu trúc điều khiển trạng thái (State Machine) bằng ngôn ngữ SCL chuẩn hóa.
  • Doanh nghiệp vừa và nhỏ (SMEs): Cơ sở luận chứng kỹ thuật và phương án đầu tư hệ thống tự động hóa đóng gói chi phí thấp, thời gian thu hồi vốn nhanh dưới 4 tháng.
  • Nhà nghiên cứu ứng dụng: Dữ liệu thực nghiệm về sai số định lượng hạt và ứng suất biến dạng lò xo trong cơ cấu cơ khí đóng gói.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật về hạ tầng để triển khai hệ thống là gì?

Hệ thống yêu cầu nguồn điện lưới dân dụng $220\text{VAC} / 50\text{Hz}$ (công suất tổng đỉnh $< 600\text{W}$ khi hàn nhiệt) và nguồn khí nén ổn định có áp suất cấp từ $0.4 - 0.6\text{ MPa}$ ($4 - 6\text{ bar}$), lưu lượng tối thiểu $80\text{ lít/phút}$.

2. Làm thế nào để điều chỉnh hệ thống khi thay đổi kích thước bao bì hoặc loại hạt khác?

Người dùng chỉ cần: (1) Điều chỉnh vị trí cữ trượt của cụm giác hút trên thanh nhôm định hình $20 \times 20\text{ mm}$; (2) Cài đặt lại giá trị khối lượng đặt (Setpoint) và hệ số bù trọng lượng rơi tự do trực tiếp trên màn hình cài đặt HMI; (3) Tinh chỉnh biến trở $220\text{k}\Omega$ trên mạch timer để thay đổi độ dày mối hàn phù hợp với chất liệu bao bì mới.

3. Hệ thống xử lý thế nào khi xảy ra hiện tượng kẹt liệu tại cửa xả?

Hệ thống tích hợp logic an toàn trong PLC: Nếu sau thời gian xả quá $15\text{ giây}$ mà khối lượng Loadcell không tăng đạt ngưỡng tối thiểu, PLC sẽ tự động kích hoạt chu trình rung mở/đóng cửa xả 3 lần liên tiếp; nếu vẫn kẹt, hệ thống chuyển sang trạng thái dừng khẩn cấp và kích hoạt còi báo động (Alarm) trên HMI.

4. Chi phí bảo trì định kỳ của hệ thống bao gồm những gì?

Chi phí bảo trì rất thấp, bao gồm: thay thế dây điện trở nhiệt và dải vải Teflon cách nhiệt định kỳ ($6$ tháng/lần, chi phí $< 50,000\text{ VNĐ}$), vệ sinh cốc lọc khí nén và bôi trơn các trục dẫn hướng cơ khí.

5. Thời gian thu hồi vốn thực tế cho cơ sở sản xuất là bao lâu?

Với mức chênh lệch năng suất và tiết kiệm ít nhất 1 lao động trực tiếp, thời gian thu hồi vốn dao động từ $1.8$ đến $4$ tháng tùy thuộc vào công suất vận hành thực tế của cơ sở sản xuất.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động" đã hoàn thành trọn vẹn các mục tiêu kỹ thuật đặt ra từ thiết kế 3D, tính toán động lực học, thi công lắp ráp phần cứng cơ điện, đến lập trình điều khiển trung tâm bằng PLC Siemens S7-1200 và giao diện giám sát HMI Scada.

Hệ thống chứng minh tính khả thi vượt trội với dải cân định lượng linh hoạt $0.1 - 2.0\text{ kg}$, độ chính xác đạt trên $93.3%$, chu kỳ đóng bao dưới $28\text{ giây/sản phẩm}$ và đảm bảo an toàn tuyệt đối nhờ mạch timer hàn nhiệt độc lập. Kết quả nghiên cứu không chỉ mang giá trị học thuật cao trong đào tạo kỹ thuật điều khiển tự động mà còn là giải pháp công nghệ giàu tiềm năng thương mại hóa, sẵn sàng chuyển giao cho các doanh nghiệp sản xuất nông sản và thực phẩm quy mô vừa và nhỏ tại Việt Nam.