Thiết Kế Máy Cân Định Lượng Gạo Cho Cơ Sở Vừa Và Nhỏ

Đồ án nghiên cứu Chuyên ngành cơ điện tử đồ án tốt nghiệp đề tài thiết kế máy cân định lượng gạo cho cơ sở vừa và, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài

• Tác giả: Lê Thanh Bình
• Người hướng dẫn: TS. Trần Việt Hồng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ khí
• Đề tài: Thiết Kế Máy Cân Định Lượng Gạo Cho Cơ Sở Vừa Và Nhỏ
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình chung về sản xuất gạo ở Việt Nam từ trước tới nay
• 1.2. Quy trình sản xuất gạo ở nước ta hiện nay
• 1.3. Nhu cầu cân định lượng gạo ở nước ta hiện nay
• 1.4. Tổng quan về các loại máy cân định lượng
• 1.4.1. Nguyên lý hoạt động và cấu tạo cơ bản của máy cân định lượng
• 1.4.2. Máy cân định lượng điện tử Công ty Máy Thiết Bị Miền Nam
• 1.4.3. Máy cân định lượng điện tử Công ty Công Nghệ Hữu Quyền
• 1.4.4. Máy cân định lượng điện tử Công ty Cân Điện Tử Nguyễn Minh
• 1.4.5. Máy cân định lượng điện tử Công ty Máy Đóng Gói An Thành
• 1.5. Mục tiêu nhiệm vụ và phạm vi đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
• 2.1. Hệ thống thùng chứa gạo
• 2.1.1. Thùng chứa gạo
• 2.1.2. Thùng cân
• 2.1.3. Chế độ dòng chảy
• 2.1.4. Cửa xả vật liệu
• 2.2. Bộ phận định lượng
• 2.2.1. Định lượng theo thể tích
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN
• 5. CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
• 6. CHƯƠNG 6: TỔNG KẾT, KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế máy cân định lượng gạo cho cơ sở vừa và nhỏ

Máy cân định lượng gạo là thiết bị quan trọng trong ngành sản xuất gạo, đặc biệt cho các cơ sở vừa và nhỏ. Thiết kế máy này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm. Việc áp dụng công nghệ hiện đại vào thiết kế máy cân định lượng gạo giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu sai số và tiết kiệm thời gian. Các cơ sở sản xuất gạo hiện nay đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc cân định lượng chính xác, do đó, việc thiết kế máy cân định lượng gạo là cần thiết để đáp ứng nhu cầu thị trường.

1.1. Tình hình sản xuất gạo và nhu cầu cân định lượng

Việt Nam là một trong những nước xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới. Nhu cầu cân định lượng gạo ngày càng tăng cao, đặc biệt trong bối cảnh các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ cần cải tiến quy trình để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Việc sử dụng máy cân định lượng giúp giảm thiểu sai số và tăng hiệu quả sản xuất.

1.2. Các loại máy cân định lượng hiện có trên thị trường

Trên thị trường hiện nay có nhiều loại máy cân định lượng gạo, từ máy cơ học đến máy điện tử. Mỗi loại máy có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng nhu cầu sản xuất khác nhau. Việc lựa chọn máy cân định lượng phù hợp sẽ giúp các cơ sở sản xuất tối ưu hóa quy trình và giảm thiểu chi phí.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế máy cân định lượng gạo

Thiết kế máy cân định lượng gạo cho cơ sở vừa và nhỏ gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như sai số trong quá trình cân, tốc độ cân chậm và chi phí đầu tư cao là những yếu tố cần được xem xét. Đặc biệt, việc lựa chọn công nghệ phù hợp để đảm bảo độ chính xác và hiệu suất cao là rất quan trọng. Các cơ sở sản xuất cần tìm ra giải pháp để khắc phục những vấn đề này nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất.

2.1. Sai số trong quá trình cân định lượng

Sai số trong quá trình cân định lượng gạo có thể gây ra những thiệt hại lớn cho các cơ sở sản xuất. Việc sử dụng các thiết bị không chính xác hoặc không được hiệu chỉnh đúng cách có thể dẫn đến việc mất mát nguyên liệu và giảm chất lượng sản phẩm. Do đó, việc thiết kế máy cân định lượng với độ chính xác cao là rất cần thiết.

2.2. Chi phí đầu tư và bảo trì thiết bị

Chi phí đầu tư cho máy cân định lượng gạo có thể là một rào cản lớn đối với các cơ sở vừa và nhỏ. Ngoài ra, chi phí bảo trì thiết bị cũng cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo máy hoạt động hiệu quả trong thời gian dài. Việc lựa chọn thiết bị có chi phí hợp lý và dễ bảo trì sẽ giúp giảm bớt gánh nặng tài chính cho các cơ sở sản xuất.

III. Phương pháp thiết kế máy cân định lượng gạo hiệu quả

Để thiết kế máy cân định lượng gạo hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc lựa chọn cấu trúc máy, cảm biến và bộ điều khiển phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa quy trình cân định lượng. Các phương pháp như sử dụng cảm biến lực (load cell) và hệ thống điều khiển tự động sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu suất của máy.

3.1. Lựa chọn cảm biến và bộ điều khiển

Cảm biến lực (load cell) là thành phần quan trọng trong máy cân định lượng. Việc lựa chọn loại cảm biến phù hợp với khối lượng gạo cần cân sẽ giúp đảm bảo độ chính xác cao. Bộ điều khiển cũng cần được thiết kế để xử lý tín hiệu từ cảm biến một cách nhanh chóng và hiệu quả.

3.2. Thiết kế cấu trúc máy cân định lượng

Cấu trúc máy cần được thiết kế sao cho đảm bảo tính ổn định và dễ dàng vận hành. Việc sử dụng các vật liệu nhẹ nhưng bền sẽ giúp giảm trọng lượng máy, đồng thời tăng tính linh hoạt trong quá trình sử dụng. Cấu trúc máy cũng cần phải đảm bảo khả năng chịu lực tốt để tránh hư hỏng trong quá trình hoạt động.

IV. Ứng dụng thực tiễn của máy cân định lượng gạo

Máy cân định lượng gạo không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm. Việc áp dụng máy cân định lượng trong các cơ sở sản xuất gạo giúp giảm thiểu sai số, tiết kiệm thời gian và nhân lực. Các cơ sở sản xuất có thể dễ dàng kiểm soát quy trình sản xuất và nâng cao năng suất lao động.

4.1. Tăng cường hiệu quả sản xuất

Việc sử dụng máy cân định lượng giúp tăng cường hiệu quả sản xuất bằng cách giảm thiểu thời gian cân và đóng gói. Các cơ sở sản xuất có thể đáp ứng nhanh chóng nhu cầu của thị trường mà không làm giảm chất lượng sản phẩm.

4.2. Đảm bảo chất lượng sản phẩm

Máy cân định lượng giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm bằng cách kiểm soát chính xác khối lượng gạo trong mỗi bao. Điều này không chỉ giúp tăng cường uy tín của cơ sở sản xuất mà còn bảo vệ quyền lợi của người tiêu dùng.

V. Kết luận và tương lai của máy cân định lượng gạo

Máy cân định lượng gạo cho cơ sở vừa và nhỏ đang ngày càng trở nên quan trọng trong ngành sản xuất gạo. Với sự phát triển của công nghệ, các thiết bị này sẽ ngày càng hoàn thiện hơn, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm. Tương lai của máy cân định lượng gạo hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cơ hội cho các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ trong thiết kế máy

Công nghệ trong thiết kế máy cân định lượng gạo đang phát triển nhanh chóng. Việc áp dụng các công nghệ mới như IoT và tự động hóa sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác của máy. Các cơ sở sản xuất cần theo kịp xu hướng này để không bị tụt lại phía sau.

5.2. Cơ hội cho các cơ sở sản xuất nhỏ

Với sự phát triển của máy cân định lượng gạo, các cơ sở sản xuất nhỏ sẽ có nhiều cơ hội để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Việc đầu tư vào công nghệ hiện đại sẽ giúp các cơ sở này cạnh tranh tốt hơn trên thị trường.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Việt Nam là một trong ba quốc gia xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới tính đến năm 2022, với sản phẩm hiện diện tại hơn 150 quốc gia và vùng lãnh thổ. Cùng với việc phát triển các giống lúa chất lượng cao như ST25 (đạt danh hiệu gạo ngon nhất thế giới năm 2019), quy trình chế biến, cân định lượng và đóng gói sau thu hoạch đóng vai trò quyết định trong việc bảo đảm chất lượng, giảm hao hụt nguyên liệu và nâng cao giá trị thương phẩm.

Quy trình sản xuất gạo tiêu chuẩn trong nước hiện trải qua 10 công đoạn: (1) Tiếp nhận nguyên liệu và bao bì; (2) Sấy; (3) Bóc vỏ; (4) Xát trắng – lau bóng; (5) Tách hạt; (6) Sàng tách tạp chất, tách màu, hút bụi; (7) Cân; (8) Đóng gói; (9) Rà kim loại; (10) Xuất bán. Trong đó, công đoạn cân định lượng tại các cơ sở sản xuất trong nước đang tồn tại hai trạng thái đối lập:

• Tại các hộ kinh doanh và cơ sở bán lẻ: Chủ yếu sử dụng cân đồng hồ lò xo thủ công (khoảng 30 kg), thao tác đo lường phụ thuộc vào người vận hành, dẫn đến sai số đọc lớn, gây thất thoát khối lượng và năng suất thấp.
• Tại các nhà máy quy mô lớn: Sử dụng các hệ thống cân điện tử tự động đa cầu cân tích hợp máy may bao công nghiệp, năng suất cao nhưng chi phí đầu tư và bảo trì rất lớn, không tương thích với điều kiện vốn của các cơ sở vừa và nhỏ.

Nhằm giải quyết bài toán cân định lượng tự động với chi phí hợp lý cho phân khúc sản xuất quy mô vừa và nhỏ, đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Cơ điện tử tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM đã thực hiện đề tài "Thiết kế máy cân định lượng gạo cho cơ sở vừa và nhỏ" do sinh viên Lê Thanh Bình thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Việt Hồng (tháng 5 năm 2023).

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:

1. Thiết kế hệ thống máy cân định lượng gạo đáp ứng các mức khối lượng đóng gói: 1 kg, 2 kg, 5 kg và 10 kg.
2. Đạt năng suất làm việc từ 6 đến 10 sản phẩm/phút.
3. Đảm bảo độ chính xác định lượng, kiểm soát sai số trong phạm vi cho phép (từ ±0,2% đến ±0,5%).
4. Thực hiện các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể: khảo sát tổng quan các dòng máy thương mại; phân tích và lựa chọn phương án kết cấu cơ khí (thùng chứa, thùng cân, cơ cấu đóng mở cửa xả); tính toán thiết kế chi tiết cơ khí và kiểm nghiệm bền; thiết kế hệ thống điện, xử lý tín hiệu cảm biến và lập trình thuật toán điều khiển trên bộ điều khiển logic khả trình (PLC) kết hợp màn hình giao diện người - máy (HMI).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc cơ điện tử của máy cân định lượng hạt rời (gạo), bao gồm động học dòng chảy vật liệu, kết cấu cơ khí phễu chứa, cảm biến lực và hệ thống điều khiển tự động 2 cấp xả.
• Phạm vi nghiên cứu: Ứng dụng trực tiếp cho các cơ sở gia công, đóng gói và cung cấp gạo quy mô vừa và nhỏ tại Việt Nam.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Đề tài áp dụng lý thuyết cơ học vật liệu rời, lý thuyết đo lường cảm biến và kỹ thuật điều khiển tự động công nghiệp:

• Lý thuyết dòng chảy vật liệu rời: Đề tài nghiên cứu các dạng dòng chảy trong phễu chứa gồm Mass flow (dòng chảy khối - toàn bộ khối vật liệu chuyển động đồng đều khi mở cửa xả), Funnel flow (dòng chảy phễu - chỉ có lõi trung tâm chuyển động) và Expanded flow (dòng chảy mở rộng kết hợp). Đề tài sử dụng đồ thị tương quan góc nghiêng đáy, ma sát thành, bảng thực nghiệm Jenike/Geogle để xác định góc nghiêng đáy $\theta = 25^\circ$, hệ số dòng chảy $ff = 1,95$, ứng suất tới hạn $\sigma_{crit} = 0,86\text{ kPa}$ nhằm loại bỏ hiện tượng tạo vòm (arching) và ứ đọng góc chết.
• Lý thuyết tính toán áp lực thành silo/phễu: Ứng dụng lý thuyết phân bố áp lực Rankine và Janssen để tính toán áp lực tác dụng lên thành bên ($p_{hf}$, $p_{wf}$, $p_{vf}$) và áp lực pháp tuyến tác dụng lên đáy nghiêng ($p_{nf}$), với hệ số áp lực tĩnh $k = (1-\sin\varphi_e)/(1+\sin\varphi_e) = 1/3$ (với góc ma sát nội $\varphi_e = 30^\circ$) và hệ số khuếch đại đáy $C_b = 1,3$.
• Lý thuyết cảm biến đo lực dạng biến dạng (Strain Gauge): Dựa trên nguyên lý biến thiên điện trở theo biến dạng cơ học $R = \rho \cdot (l/S)$, ghép nối 4 điện trở strain gauge thành mạch cầu Wheatstone để chuyển đổi biến dạng uốn thành tín hiệu vi sai milivolt (mV).
• Phương pháp tính toán và công cụ hỗ trợ:
  • Phương pháp giải tích: Tính toán kích thước hình học, ứng suất tiếp xúc, momen xoắn trục vít, tải trọng động ổ lăn và lực kẹp khí nén.
  • Phương pháp tính toán số: Sử dụng phần mềm MATLAB lập trình thuật toán tính toán và vẽ đồ thị phân bố áp lực theo chiều cao phễu.
  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEA): Sử dụng công cụ SolidWorks Simulation để kiểm nghiệm ứng suất tương đương von Mises và độ bền tĩnh của phễu chứa, khung máy và tấm trượt.
  • Phương pháp điều khiển số: Thiết kế thuật toán điều khiển tỷ lệ hai giai đoạn (xả thô - xả tinh) tích hợp bộ biến đổi tương tự - số (ADC) trên nền PLC.

---

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống cân định lượng gạo được thiết kế hoàn chỉnh từ phần cứng cơ khí, mạch động lực - điều khiển điện đến phần mềm giao diện.

1. Thiết kế cơ khí

• Thùng chứa nguyên liệu (Hopper): Chế tạo bằng vật liệu thép không gỉ Inox 304 (ứng suất bền danh định $[\sigma] = 520\text{ MPa}$), dung tích chứa tối đa 80 kg gạo ($V = 0,087\text{ m}^3$). Kích thước phần thân hình trụ: đường kính $D = 0,3\text{ m}$, chiều cao $h = 0,35\text{ m}$; phần đáy côn nghiêng góc $25^\circ$, chiều cao phễu $h_1 = 0,466\text{ m}$, kích thước cửa xả đáy $d = 0,0858\text{ m}$.
• Thùng cân định lượng: Dung tích chứa 10 kg gạo, đặt độc lập phía dưới thùng chứa, được liên kết treo với hệ thống cảm biến lực. Kết cấu phễu thuôn góc $25^\circ$ với chiều cao $h_2 = 0,326\text{ m}$, đáy tích hợp cửa xả dẫn liệu trực tiếp vào miệng bao.
• Cơ cấu cửa xả và truyền động trục vít: Cửa xả dạng tấm trượt phẳng điều khiển bằng cơ cấu trục vít - đai ốc (vật liệu trục vít thép, đai ốc đồng thau, đường kính trung bình ren $d_2 \approx 4,6\text{ mm}$, chiều cao đai ốc $H = 27,5\text{ mm}$, số vòng ren làm việc $z = 13$). Góc ma sát tương đương của ren $\rho' = 7,08^\circ > \gamma$ đảm bảo điều kiện tự hãm. Trục vít được đỡ bởi cụm ổ bi đỡ một dãy mã hiệu 608 ($d = 8\text{ mm}, D = 22\text{ mm}, B = 7\text{ mm}$, tải trọng động $C = 3,45\text{ kN}$, tải trọng tĩnh $C_0 = 1,37\text{ kN}$).
• Cơ cấu chấp hành: Sử dụng động cơ bước (Step Motor) NEMA 17 mã hiệu M-1713-1.5 của hãng Schneider Electric (momen xoắn danh định $T = 1156\text{ Nmm}$) để dẫn động trục vít điều tiết độ mở cửa xả; sử dụng cụm xylanh khí nén tác động nhanh để kẹp giữ miệng bao bì trong quá trình xả liệu.

2. Thiết kế hệ thống điện và điều khiển

• Sơ đồ cấu trúc phần cứng: Tín hiệu lực từ Loadcell $\rightarrow$ Bộ khuếch đại và chuyển đổi Seneca Z-SG $\rightarrow$ Module Analog FX2N-2AD $\rightarrow$ Bộ điều khiển lập trình PLC Mitsubishi FX2N-16MT $\rightarrow$ Driver điều khiển TB6600 $\rightarrow$ Động cơ bước NEMA 17.
• Màn hình giao diện HMI: Màn hình cảm ứng màu HMI TK6071IQ (kích thước 7 inch) kết nối truyền thông với PLC để cài đặt ngưỡng định lượng, giám sát khối lượng thực tế và hiển thị trạng thái vận hành.
• Nguồn cấp: Bộ nguồn tổ ong Meanwell RD-125B (hoặc RB-125B) chuyển đổi nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều $24\text{VDC}$ và $5\text{VDC}$ cung cấp cho PLC, HMI, cảm biến và mạch kích driver.

Thiết bị / Module	Mã hiệu / Quy cách	Thông số kỹ thuật chính	Chức năng trong hệ thống
Cảm biến tải trọng	HBM 1-PW6CMR/15KG-1	Tải trọng danh định 15 kg, dạng thanh Strain gauge	Đo khối lượng gạo trong thùng cân
Bộ khuếch đại tín hiệu	Seneca Z-SG	Chuyển đổi mV/V sang tín hiệu công nghiệp chuẩn	Khuếch đại, lọc nhiễu tín hiệu Loadcell
Module chuyển đổi ADC	Mitsubishi FX2N-2AD	2 kênh đầu vào Analog, độ phân giải 12-bit	Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số
Bộ điều khiển trung tâm	Mitsubishi FX2N-16MT	8 ngõ vào số / 8 ngõ ra Transistor, xung tốc độ cao	Xử lý logic, thuật toán cân và phát xung
Driver động cơ bước	TB6600	Dòng đỉnh 4,0 A, hỗ trợ vi bước (Microstep)	Khuếch đại công suất lái động cơ bước
Động cơ chấp hành	Schneider NEMA 17 (M-1713-1.5)	Góc bước $1,8^\circ$, momen giữ $1156\text{ Nmm}$	Đóng mở cửa xả cấp liệu 2 giai đoạn
Giao diện người - máy	TK6071IQ	Kích thước 7 inch, cổng giao tiếp RS232/RS485	Cài đặt thông số bao bì, hiển thị số liệu
Bộ nguồn hệ thống	Meanwell RD-125B	Điện áp đầu ra $5\text{VDC} / 24\text{VDC}$	Cấp nguồn nuôi hệ thống điều khiển

---

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Chương 1 giới thiệu vị thế ngành sản xuất lúa gạo Việt Nam, trình bày chi tiết quy trình 10 bước chế biến gạo và phân tích nhu cầu ứng dụng tự động hóa trong khâu định lượng tại các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ. Chương này tiến hành khảo sát và lập bảng so sánh thông số kỹ thuật của 4 dòng máy cân định lượng điện tử đang lưu hành trên thị trường:

Đơn vị chế tạo	Dải định lượng	Năng suất	Độ chính xác	Kích thước máy (mm)	Cấu hình điều khiển
Máy Thiết Bị Miền Nam	1 – 10 kg	10 – 15 sp/phút	±0,5%	500 × 500 × 1600	Điều khiển điện tử
Công Nghệ Hữu Quyền	1 – 10 kg	6 – 10 sp/phút	±0,2%	3000 × 1200 × 3200	PLC, 2 cầu cân
Cân Điện Tử Nguyễn Minh	0,5 – 10 kg	10 sp/phút	±0,4%	3000 × 1200 × 3200	PLC, cửa xả 2–3 cấp, 3 cầu cân
Máy Đóng Gói An Thành	0,5 – 10 kg	8 – 12 sp/phút	±0,5%	800 × 650 × 1900	PLC, 4 cầu cân

Từ việc phân tích ưu nhược điểm của các hệ thống trên, chương 1 xác lập mục tiêu đề tài: thiết kế máy định lượng đa mức (1, 2, 5, 10 kg), năng suất 6–10 sản phẩm/phút, sai số đạt chuẩn công nghiệp và tối ưu chi phí chế tạo.

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Chương 2 phân tích so sánh kỹ thuật giữa các giải pháp thiết kế nhằm chọn ra cấu hình tối ưu:

• Thùng chứa và dòng chảy: So sánh đáy phẳng, đáy phễu và đáy nghiêng; so sánh 3 chế độ dòng chảy (Mass flow, Funnel flow, Expanded flow). Quyết định chọn thùng chứa đáy phễu côn góc nghiêng $25^\circ$ tạo dòng chảy Mass flow nhằm đảm bảo nguyên liệu xả đều, tránh vón cục và không tạo vùng ứ đọng.
• Bộ phận định lượng: So sánh định lượng theo thể tích (vít tải, đĩa quay, băng tải) và định lượng theo khối lượng. Lựa chọn phương pháp định lượng theo khối lượng từng phần (xả thô và xả tinh) để đạt độ chính xác cao.
• Cơ cấu chấp hành cửa xả: So sánh xylanh khí nén, động cơ DC, động cơ servo và động cơ bước. Lựa chọn động cơ bước kết hợp trục vít cho cửa xả để điều tiết vị trí góc mở chính xác với giá thành hợp lý; sử dụng xylanh khí nén cho cơ cấu kẹp bao.
• Cảm biến và xử lý tín hiệu: Chọn cảm biến lực Strain gauge dạng thanh ghép cầu Wheatstone kết hợp bộ chuyển đổi Seneca Z-SG và bộ điều khiển PLC Mitsubishi.

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Chương 3 trình bày toàn bộ các bước tính toán động học và độ bền chi tiết:

• Xác định điều kiện tạo dòng chảy Mass Flow dựa trên đặc tính hạt gạo (độ ẩm 12,5%, góc ma sát nội $\varphi_e = 30^\circ$, hệ số ma sát thành $\mu = 0,42 \rightarrow$ góc ma sát thành $\varphi_w = 22,8^\circ$). Xác định góc dốc phễu $\theta = 25^\circ$, hệ số dòng chảy $ff = 1,95$, ứng suất tới hạn $\sigma_{crit} = 0,86\text{ kPa}$, từ đó tính ra kích thước cửa xả tối thiểu $D_{min}$.
• Tính toán dung tích và kích thước hình học thùng chứa 80 kg ($D = 0,3\text{ m}, h = 0,35\text{ m}, h_1 = 0,466\text{ m}$) và thùng cân 10 kg ($h_2 = 0,326\text{ m}, h_1 = 0,0387\text{ m}$).
• Xây dựng đoạn mã tính toán trên MATLAB để vẽ biểu đồ phân bố áp lực thành bên ($p_{hf}$) và áp lực đáy ($p_{nf}$), làm dữ liệu đầu vào để mô phỏng kiểm tra ứng suất tĩnh trên SolidWorks Simulation (kết quả đạt độ bền dưới giới hạn chảy của Inox 304).
• Tính toán cơ cấu trục vít - đai ốc chịu lực đẩy $F_{ms} = 688\text{ N}$, kiểm nghiệm bền uốn, bền dập và ổn định dọc ($S_0 = 2,5 > [S]$). Tính chọn ổ lăn đỡ một dãy mã 608 với tuổi thọ thiết kế $L_h = 1920\text{ giờ}$ làm việc (tương đương 34,56 triệu vòng quay), kiểm tra khả năng tải động đạt $C_đ = 2242\text{ N} < C = 3450\text{ N}$.
• Tính toán momen dẫn động $T = 1156\text{ Nmm}$ và lựa chọn động cơ bước Schneider NEMA 17 (M-1713-1.5); tính toán lực kẹp miệng bao của xylanh khí nén.

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN

Chương 4 tập trung vào việc lựa chọn, tính toán thông số và lập sơ đồ đấu nối liên kết các phần tử điện:

• Lựa chọn cảm biến lực Loadcell HBM 1-PW6CMR dải đo 15 kg (đảm bảo dải đo an toàn trên mức cân tối đa 10 kg của thùng).
• Thiết lập sơ đồ chân và cấu hình bộ chuyển đổi tín hiệu Seneca Z-SG để khuếch đại điện áp mV từ loadcell sang dải điện áp/dòng điện tiêu chuẩn truyền về module FX2N-2AD.
• Lập bảng phân bổ địa chỉ đầu vào (Input) và đầu ra (Output) cho PLC Mitsubishi FX2N-16MT; thiết kế mạch giao tiếp giữa ngõ ra phát xung tốc độ cao của PLC với Driver TB6600 để điều khiển động cơ bước; tính chọn bộ nguồn công nghiệp RD-125B cung cấp nguồn nuôi cách ly chống nhiễu.

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Chương 5 hiện thực hóa thuật toán cân định lượng tự động:

• Xây dựng quy trình chuyển đổi tín hiệu ADC từ module FX2N-2AD sang giá trị khối lượng thực tế và phương pháp hiệu chuẩn (calib) cảm biến thông qua phần mềm Easy Setup.
• Lập trình thuật toán điều khiển định lượng 2 giai đoạn:
  • Giai đoạn xả thô (Bulk Feed): Động cơ bước mở cửa xả ở mức cực đại để nạp nhanh 80–90% khối lượng yêu cầu.
  • Giai đoạn xả tinh (Fine Feed): Động cơ bước điều khiển khép nhỏ cửa xả và cấp xung ngắt quãng nhằm đưa khối lượng đạt mức chính xác danh định, bù trừ lượng vật liệu rơi tự do (in-flight material).
• Thiết kế cây chương trình PLC Ladder Logic cho các chu trình đóng gói tiêu chuẩn: 1 kg, 2 kg, 5 kg và 10 kg, tích hợp các ngắt an toàn và xét ngưỡng xả liệu.

CHƯƠNG 6: TỔNG KẾT, KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Chương 6 tổng hợp kết quả thiết kế toàn diện:

• Hoàn thiện mô hình 3D tổng thể của máy cân định lượng gạo, bản vẽ kết cấu cơ khí, sơ đồ đấu dây hệ thống điện và bảng địa chỉ I/O.
• Thiết kế bộ giao diện điều khiển HMI gồm: màn hình khởi động (S0), màn hình cài đặt tham số cho các mức bao (1 kg, 2 kg, 5 kg, 10 kg) và màn hình hiển thị trạng thái vận hành tự động theo thời gian thực.
• Kiểm nghiệm hoạt động đồng bộ của hệ thống thông qua mô phỏng điều khiển; đề xuất các hướng mở rộng tích hợp module cấp liệu tự động và máy may bao công nghiệp.

---

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả chính đạt được

• Về mặt cơ khí: Hoàn thành bộ bản vẽ thiết kế 3D và hồ sơ tính toán động học, độ bền cho hệ thống thùng chứa 80 kg và thùng cân 10 kg đạt chuẩn dòng chảy Mass Flow ($\theta = 25^\circ, ff = 1,95$). Kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn (FEA) trên SolidWorks xác nhận ứng suất phân bố trên thành phễu và khung đỡ đều nằm trong giới hạn an toàn đàn hồi của thép Inox 304 ($[\sigma] = 520\text{ MPa}$). Hệ thống truyền động trục vít - ổ bi 608 đáp ứng độ bền mỏi với tuổi thọ tính toán 34,56 triệu vòng quay.
• Về mặt điện và điều khiển: Thiết lập hoàn chỉnh sơ đồ mạch điều khiển phần cứng sử dụng PLC FX2N-16MT, module FX2N-2AD, loadcell HBM 15 kg và bộ khuếch đại Z-SG. Xây dựng thành công bộ chương trình điều khiển xả 2 cấp tốc độ và hệ thống giao diện giám sát HMI chuyên biệt cho 4 quy cách đóng gói (1 kg, 2 kg, 5 kg, 10 kg).
• Về chỉ tiêu vận hành: Hệ thống tính toán đáp ứng năng suất từ 6 đến 10 sản phẩm/phút với mức sai số định lượng đạt ngưỡng kiểm soát công nghiệp (±0,2% đến ±0,5%).

2. Đóng góp của đề tài

• Làm rõ phương pháp ứng dụng lý thuyết cơ học vật liệu rời (tiêu chuẩn Jenike và áp lực Janssen/Rankine) vào bài toán thiết kế phễu chứa hạt nông sản cụ thể (gạo Việt Nam có độ ẩm 12,5%), cung cấp đoạn mã MATLAB hoàn chỉnh phục vụ tính toán áp lực phễu.
• Đưa ra cấu hình cơ điện tử kết hợp tối ưu giữa động cơ bước điều khiển cửa xả tinh/thô và cảm biến tải trọng Strain gauge thông qua PLC, tạo ra giải pháp máy cân định lượng tự động có chi phí chế tạo thấp, dễ bảo trì, phù hợp với năng lực tài chính của các xưởng sản xuất và cơ sở kinh doanh lúa gạo vừa và nhỏ.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Đề tài chủ yếu dừng lại ở giai đoạn tính toán lý thuyết, thiết kế chi tiết trên phần mềm 3D (SolidWorks), mô phỏng áp lực (MATLAB) và lập trình điều khiển mô phỏng; chưa tiến hành gia công chế tạo mẫu thử vật lý (prototype) và chạy thử nghiệm thực tế với tải gạo liên tục để đánh giá độ trôi điểm không (zero drift) của cảm biến lực cũng như độ mài mòn cơ học của cửa xả trong môi trường bụi gạo.
• Hướng phát triển tiếp:
  1. Gia công chế tạo hoàn chỉnh mô hình máy thực tế, tiến hành thực nghiệm cân định lượng với nhiều loại gạo có tỷ lệ tấm và độ ẩm khác nhau để tối ưu hóa bộ tham số xả thô/xả tinh.
  2. Kết hợp với các module mở rộng trong dây chuyền đóng gói: tích hợp máy cấp vật liệu rời (máy vít tải Inox nghiêng hoặc băng tải cấp liệu tự động lên thùng chứa) và hệ thống băng tải dẫn hướng may bao/hàn miệng túi tự động ở đầu ra.
  3. Bổ sung thuật toán tự động bù sai số rơi tự do (Auto In-flight Compensation) dựa trên phản hồi sai số của lần cân trước đó để nâng cao hơn nữa độ chính xác khi đóng gói ở tốc độ cao.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho:

• Sinh viên và học viên chuyên ngành Cơ điện tử, Kỹ thuật Cơ khí, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa: Cung cấp tài liệu mẫu về quy trình thiết kế hoàn chỉnh một sản phẩm cơ điện tử từ khâu tính toán cơ học vật liệu rời, lựa chọn thiết bị chấp hành, thiết kế mạch điện đến lập trình PLC và thiết kế giao diện HMI.
• Kỹ sư thiết kế máy công nghiệp và máy đóng gói thực phẩm: Cung cấp quy trình và công thức tính toán dòng chảy Mass flow, script MATLAB phân tích áp lực đáy phễu và phương pháp tích hợp cảm biến lực Strain gauge với bộ điều khiển công nghiệp.
• Phần đáng tham khảo nhất:
  • Phương pháp giải tích xác định góc dốc và kích thước cửa xả phễu chống tạo vòm gạo tại [Chương 3].
  • Sơ đồ tích hợp phần cứng cảm biến loadcell qua bộ khuếch đại Seneca Z-SG vào module analog FX2N-2AD tại [Chương 4].
  • Thuật toán điều khiển phát xung động cơ bước đóng mở cửa xả 2 cấp tốc độ trên PLC Mitsubishi tại [Chương 5].

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả lựa chọn chế độ dòng chảy Mass Flow thay vì Funnel Flow cho thùng chứa gạo?
Trả lời: Chế độ dòng chảy Mass Flow đảm bảo toàn bộ vật liệu trong thùng đều chuyển động đồng thời khi mở cửa xả, giúp vật liệu nạp vào trước được xả ra trước (nguyên tắc FIFO), dòng chảy ổn định, không gây vón cục hoặc ứ đọng gạo ở các góc chết, đồng thời tận dụng tối đa dung tích hữu ích của thùng chứa 80 kg.

2. Động cơ bước NEMA 17 được sử dụng nhằm mục đích gì trong cơ cấu định lượng?
Trả lời: Động cơ bước NEMA 17 (mã M-1713-1.5, momen xoắn $1156\text{ Nmm}$) được sử dụng để dẫn động trục vít điều khiển tịnh tiến tấm trượt cửa xả. Nhờ khả năng điều khiển chính xác góc quay và vị trí, động cơ bước cho phép điều tiết linh hoạt tiết diện mở của cửa xả ở hai giai đoạn: mở lớn khi xả thô và mở nhỏ/nhấp xung khi xả tinh để đạt độ chính xác khối lượng cao.

3. Vì sao hệ thống cần sử dụng bộ khuếch đại Seneca Z-SG giữa Loadcell và PLC?
Trả lời: Tín hiệu ngõ ra từ các tấm strain gauge trên loadcell rất nhỏ (chỉ ở mức vài milivolt, mV/V) nên rất dễ bị suy hao và nhiễu sóng điện từ trong môi trường công nghiệp. Bộ Seneca Z-SG đóng vai trò khuếch đại và chuyển đổi tín hiệu mV này thành tín hiệu điện áp/dòng điện tiêu chuẩn trước khi đưa vào module chuyển đổi tương tự - số FX2N-2AD của PLC.

4. Căn cứ nào để tác giả chọn góc nghiêng đáy phễu là $25^\circ$?
Trả lời: Căn cứ vào thông số thực nghiệm của hạt lúa/gạo sau sấy ở độ ẩm 12,5% (có góc ma sát nội $\varphi_e = 30^\circ$) và hệ số ma sát giữa gạo với thành Inox 304 là 0,42 (tương ứng góc ma sát thành $\varphi_w = 22,8^\circ$). Tra đồ thị quan hệ giữa góc nghiêng đáy và ma sát thành theo tiêu chuẩn dòng chảy vật liệu rời cho kết quả góc nghiêng hình phễu tối ưu $\theta = 25^\circ$.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế máy cân định lượng gạo cho cơ sở vừa và nhỏ" của sinh viên Lê Thanh Bình đã hoàn thành xuất sắc mục tiêu nghiên cứu và thiết kế một hệ thống đóng gói tự động hóa đồng bộ từ cơ khí đến điều khiển. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết cơ học vật liệu rời, công cụ mô phỏng số (MATLAB, SolidWorks) và nền tảng điều khiển công nghiệp PLC FX2N kết hợp HMI, đề tài đã đưa ra giải pháp kỹ thuật khả thi, đáp ứng dải cân từ 1 kg đến 10 kg với năng suất 6–10 sản phẩm/phút. Công trình có giá trị học thuật và thực tiễn cao, đóng vai trò là tài liệu tham khảo chuẩn mực cho các nghiên cứu và ứng dụng chế tạo máy đóng gói định lượng nông sản tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN - Thiết kế máy cân định lượng gạo với các lựa chọn 1 kg, 2 kg, 5kg, 10kg - Năng suất cho ra từ 6 – 10 sản phầm /phút - Độ chính xác đạt ± 0. Nhiệm vụ Xuất phát từ mục tiêu, các nhiệm vụ cần phải thực hiện của luận văn bao gồm: - Tìm hiểu trổng quan về cân định lượng gạo - Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế thùng cân và chứa gạo - Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống cân định lượng bao gồm quá trình cấp gạo từ thúng chứa, từ đó thực hiện cân định lượng. - Thực nghiệm kiểm nghiệm c. Phạm vi đề tài Ứng dụng máy vào các cơ sở cung cấp gạo nhỏ và lẻ.

11 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 2. Hệ thống thùng chứa gạo a. Thùng chứa gạo Chức năng: chứa và xả gạo xuống thùng cân. Yêu cầu: - Chứa vật liệu rời: gạo - Khả năng chứa tối đa: 80 kg - Đáy thùng có cửa xả vật liệu Dạng đáy phẳng: được sử dụng phổ biến - Ưu điểm:  Thùng đáy phẳng dễ chế tạo  Giá thành rẻ - Nhược điểm:  Không tạo được dòng chảy cho vật liệu trong thùng, thường sự dụng thêm thiết bị hỗ trờ để đưa vật liệu ra ngoài Dạng đáy phễu: Được dùng trong hầu hết các thùng chứa trong các ngành công nghiệp.

- Ưu điểm: kết cấu hình học của loại thùng này cho phép tạo ra dòng chảy trong việc xả vật liệu - Nhước điểm: giá thành đắt hơn, nếu dùng cánh quạt để khuấy vật liệu, cần phải làm trục dài hơn so với thùng đáy phẳng Dạng đáy nghiêng: - Ưu điểm: tạo ra dòng chảy vật liệu tốt - Nhược điểm:  Do hình dạng bị lệch vì thế phải thiết kế giá đỡ hợp lý để đảm bảo sự cân bằng  Tính toán phức tạp do lệch tâm hình học của thùng b. Thùng cân 12 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN - Chức năng: được lắp đặt cố định với load cell để định lượng gạo thông qua các chi tiết gá đảm bảo trọng tâm khối lượng có thể phân bố đều lên các loại loadcell ở mức cao nhất có thể, đồng thời có cửa xả vật liệu vào miệng bao - Hình dáng của các thùng cân cũng như phần trình bày ở phần thùng chứa gạo, dựa vào cách đặt vị trí load cell để điều chỉnh cấu tạo của thùng cân. Chế độ dòng chảy Đối với việc thiết kế thùng chứa, chế độ dòng chảy là một trong những yếu tố quan trọng để lựa chọn hình dáng thùng và cửa xả vật liệu Có 3 loại dòng chảy trong thùng chứa dạng phễu: Mass flow: Vật liệu trong thùng chứa đều chuyển động khi nắm thùng chứa mở, tuy nhiên vận tốc có thể khác nhau - Ưu điểm:  dòng chảy ổn định  Tận dụng hiệu quả sức chứa của thùng  Vật liệu cho vào trước được ra trước - Nhược điểm:  Làm mòn bề mặt thùng hơn  Ứng suất lên thành thùng lớn hơn  Yêu cầu chiều cao lớn hơn Funnel flow: chỉ có vật liệu tại lõi thùng chứa chuyển động khi nắp thùng mở tromg khi vật liệu cạnh thành thùng chứa thì đứng yên - Ưu điểm:  Yêu cầu chiều cao thấp hơn - Nhược điểm:  Tạo khoảng không dạng ống trên cửa ra  Vật liệu cho vào trước nhưng lại ra sau  Phân chia ứng xuất không đều có thể gây ra phá hủy thùng chứa  Giảm sức chứa 13 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN Expanded flow: dạng kết hợp giữa mass flow và funnel flow d. Cửa xả vật liệu Cửa xả dạng tấm: Cần có cơ cấu bánh rămg – thanh rang hoặc trục vít – bánh vít để chuyển đổi chuyển động xoay thành chuyển động tịnh tiến - Ưu điểm:  Khả năng điều khiển cho dạng thùng chứa có tải lớn  Dễ dàng điểu khiển lưu lượng  Độ chỉnh xác cao - Nhược điểm:  Thiết kế cơ cấu tịnh tiến phức tạp  Chi phí cao để chế tạo cơ cấu chuyển đổi chuyển động Cửa xả dạng vòng cung - Ưu điểm:  Thường được điều khiển thông qua cửa đóng được tác động bởi xylanh  Đáp ứng nhanh - Nhược điểm  Thiết kế cửa xả phức tạp Cửa xả dạng vis - Ưu điểm:  Có thể điều khiển thông qua tốc độ quay của vis  Vận chuyển vật liệu chuyển động ổn định  Có thể vận chuyển vật liệu từ nơi thấp đến nơi cao hơn - Nhược điểm: lưu lượng đáp ứng chậm 14 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN Hình 0.1 Các loại dòng chảy Các hình dạng thùng tạo ra thùng chứa tạo ra dạng mass flow: - Dạng côn (conpical hopper) - Dạng cửa mở vuông (square opening) - Dạng cái đục (chisel) - Dạng nêm (wedge) - Dạng hình chóp (pyramid) Hình 0.2 Các dạng thùng chứa tạo ra mass flow Các dạng thùng chứa tạo ra funnel flow: 15 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN - Dạng chóp cửa xả hình vuông (pyramid, square opening) - Dạng côn (conical – với đường kính cửa xả khác) Hình 0.3 Các loại thùng chứa tạo ra funnel flow Kết luận: - Chế độ dòng chảy: lựa chọn chế độ dòng chảy mass flow nhằm tạo ra dòng chảy ổn đinh cũng như tránh hư hỏng vật liệu là gạo, đồng thời tận dụng được hiệu quả sức chứa của thùng - Thùng chứa gạo: Lựa chọn thùng chứa tạo ra dòng mass flow với đáy phễu, cửa xả dạng hình chữ nhật kết hợp với cửa xả vật liệu dạng tấm để đáp ứng được yêu cầu đề bài đặt ra - Thùng cân: đảm bảo tính ổn định cho thùng cân load cell được lắp 2 bên thành thùng, thiết kế thùng dạng phễu với cửa xả vật liệu dạng tấm.

Bộ phận định lượng Có hai phương pháp định lượng: định lượng theo thể tích và định lượng theo khối lượng Định lượng theo thể tích - Vít định lượng:  là thiết bị định lượng vật liệu rời có độ chính xác trung bình. Cấu tạo vít định lượng tương tự như một vít tải, tuy nhiên thường có kích thước tương đối nhỏ và không quá dài. Khi vít định lượng quay với số vòng quay không đổi, lượng cung cấp cũng không đổi theo thời gian.  Vít cấp liệu có thể đặt nằm ngang hoặc nằm nghiêng.

16 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN  Lượng cung cấp của vít định lượng không hoàn toàn đồng đều theo thời gian do cấu tạo của vít và thính chất khó chảy thành dòng liên tục của vật liệu rời. Trong thực tế, lượng cung cấp thường xác định bằng đo đạc tại chỗ.4 Vít định lượng - Đĩa định lượng:  Cấu tạo là một đĩa quay nằm ngang, bên trên phiễu chữa vật liệu. Trên mặt có thanh gạt cố định, động cơ điện và bộ giảm tốc được bố trí bên dưới. Sản phẩm từ phễu chảy xuống đĩa quay, và phần vật liệu tiếp xúc với thanh gạt được lấy ra rơi xuống dưới.

 Lượng vật liệu định lượng được điều chỉnh thay đổi vị trí thanh gạt vào sâu hay lùi ra khỏi đĩa quay.  Năng suất máy định lượng phụ thuộc vào thể tích sản phẩm trên đĩa, chiều cao và vị trí đặt thanh gạt cũng như số vòng quay của đĩa.  Đĩa định lượng dùng để cấp và định lượng vật liệu dạng hạt nhỏ và dạng bột khô. Chúng đảm bảo cấp liệu đủ chính xác khi năng suất tương đối lớn Hình 0.5 Đĩa định lượng 17 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN - Băng định lượng:  Cấu tạo giống như băng tải vận chuyển nhưng ngắn hơn do chỉ dùng để định lượng hơn là vận chuyển.

 Phễu chứa nguyên liệu được lắp phía trên băng giúp cho việc cung cấp được đồng đều. Cửa ra của phiễu nạp có tấm chắn điều chỉnh diện tích cửa ra để thay đổi lượng cung cấp.  Dọc theo hai bên băng có lắp thêm tấm chắn khi đó mặt cắt của lớp sản phẩm trên băng là một hình chữu nhật, giúp cho quá trình định lượng được chính xác.6 Băng định lượng Định lượng theo khối lượng - Định lượng từng phần:  Định lượng từng phần là lấy từng phần vật liệu rời từ khối vật liệu ban đầu, với thể tích hoặc trọng lượng của từng phần bằng nhau.  Được sử dụng phổ biến trong quá trình trộn hoặc đóng gói sản phẩm  Phương pháp trên có thể thực hiện tự động hoặc bán tự động  Quá trình định lượng bao gồm xả vật liệu thô và xả vật liệu tinh để đảm bảo đúng theo khối lượng yêu cầu 18 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN Hình 0.7 Định lượng từng phần Kết luận: Lựa chọn phương pháp định lượng từng phần nhằm mục đích tự động hóa, đạt được độ chính xác cao và sử dụng phổ biến trong đóng gói sản phẩm 2.

Cơ cấu chấp hành Để đóng mở cửa xả vật liệu cần có cơ cấu chấp hành để tác động lên cửa này. Đối với cửa xả dạng tấm có các cơ cấu sau: Xylanh khí nén - Ưu điểm:  Thiết kế đơn giản, đáp ứng nhanh, dễ điều khiển  Sạch sẽ, an toàn, thân thiện với môi trường  Độ bền cao - Nhược điểm:  Công xuất thấp  Độ chính xác chưa cao  Gây ra tiếng ồn lớn Động cơ DC: - Ưu điểm:  Tương đối bền  Dễ dàng thay đổi tốc độ động cơ 19 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN  Chịu được tải cao - Nhược điểm:  Tạo ra tiếng ồn  Thường xuyên bảo trì do mòn chổi than Động cơ servo: - Ưu điểm:  Điều khiển lưu lượng dễ  Dễ dàng thay đổi tốc độ  Tốc độ phản ứng nhanh và chính xác - Nhược điểm:  Giá thành cao  Điều khiển phức tạp Động cơ step: - Ưu điểm:  Động cơ bước có giá thành thấp  Dễ dàng thay đổi tốc độ  Có thể điều chỉnh chính xác góc quay - Nhược điểm:  Bị trượt bước  Động cơ bước sẽ ồn và nóng dần lên khi hoạt động Kết luận: - Hệ thống yêu cầu điều khiển được dòng chảy, xong giá thành vẫn cần tối ưu nên chọn động cơ bước - Đối với nhược điểm trượt bước thì việc trượt 1 2 xung không ảnh hưởng đến hệ thống - Đối với hệ thống kẹp bao, đảm bảo yêu cầu nhanh, điều khiển đơn giản, lựa chọn xylanh khí nén 20 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 2. Cảm biến tải trọng (load cell) Cảm biến tải trọng là thiết một thiết bị chuyển đổi lực, trọng lượng thành một tín hiệu điện. Tín hiệu điện này có thể sử dụng để hiển thị, lưu trữ hoặc sử dụng để điều khiển một số hệ thống.

Load cell thủy lực - Load cell thủy lực là một cảm biến đo trọng lượng nhờ sự thay đổi áp suất của chất lỏng trong thiết bị có kết cấu cơ khí giống piston.