Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Việt Nam là một trong những quốc gia có tiềm năng và thế mạnh lớn về phát triển nông nghiệp, đặc biệt là cây chè – loại cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao, đóng vai trò quan trọng trong việc xóa đói giảm nghèo và phát triển kinh tế tại nhiều vùng trung du, miền núi. Theo số liệu thống kê trong đồ án, Việt Nam đứng thứ 7 về sản xuất và thứ 5 về xuất khẩu chè trên toàn cầu với diện tích canh tác khoảng 130.000 ha cùng hơn 500 cơ sở chế biến, tổng công suất đạt trên 500.000 tấn chè khô/năm. Nhiều địa danh nổi tiếng với các sản phẩm chè chất lượng cao bao gồm Tân Cương (Thái Nguyên), Mộc Châu (Sơn La), Bảo Lộc (Lâm Đồng) với các chủng loại phong phú như chè sao lăn, chè Ô Long, chè Hương, chè Thảo Dược.

Trong dây chuyền công nghệ sản xuất chè (đặc biệt là hướng tới các sản phẩm tiện dụng như chè uống liền), công đoạn sấy đóng vai trò quyết định đến độ ẩm, chất lượng cảm quan và khả năng bảo quản của thành phẩm. Tuy nhiên, phần lớn các thiết bị sấy công nghiệp trên thị trường trong nước tại thời điểm nghiên cứu là thiết bị nhập ngoại với chi phí đầu tư ban đầu cao, khó khăn trong việc tìm kiếm phụ tùng thay thế và bảo trì sửa chữa. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, đề tài "Thiết kế thiết bị sấy trong dây chuyền sản xuất chè" được thực hiện tại Học viện Kỹ thuật Quân sự (chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, mã ngành 5252020118, năm 2020) nhằm làm chủ thiết bị cơ điện và công nghệ tự động hóa trong nước.

Đồ án xác định 4 mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Nghiên cứu tổng quan về quy trình công nghệ chế biến và sản xuất chè;
  2. Nghiên cứu, thiết kế thiết bị sấy chè dạng băng tải nhằm làm chủ thiết bị trong dây chuyền công nghệ sản xuất chè và nâng cao giá trị nông sản;
  3. Ứng dụng bộ điều khiển lập trình logic (PLC) và các thiết bị tự động hóa vào mô hình sấy để giảm thiểu sức lao động và tối ưu hóa chi phí vận hành;
  4. Góp phần hoàn thiện hệ thống máy sấy, tiến tới khả năng chế tạo máy bằng công nghệ và linh kiện sẵn có trong nước nhằm hạ giá thành so với máy nhập ngoại.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống sấy chè kiểu băng tải nhiều tầng hoạt động theo nguyên lý đối lưu ngược chiều, kết hợp hệ thống cấp nhiệt điện trở, quạt thổi và hệ thống điều khiển tự động nhiệt độ, tốc độ truyền động. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc tính toán kích thước cơ học của buồng sấy và băng tải với năng suất 100 kg/h, tính chọn công suất động cơ truyền động, xây dựng thuật toán điều khiển PID và lập trình giám sát giao diện trên máy tính.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án được xây dựng dựa trên sự kết hợp giữa lý thuyết truyền nhiệt - truyền chất trong công nghệ sấy nông sản và lý thuyết điều khiển tự động quá trình công nghiệp:

  • Cơ sở lý thuyết về quá trình sấy: Nghiên cứu phân tích các phương pháp sấy nhiệt (sấy đối lưu, sấy tiếp xúc, sấy bức xạ hồng ngoại, sấy bằng vi sóng/cao tần và sấy thăng hoa). Trong đó, nguyên lý sấy đối lưu bằng không khí nóng chuyển động cưỡng bức ngược chiều với dòng vật liệu được lựa chọn làm cơ sở tính toán chính. Động lực của quá trình bốc hơi ẩm dựa trên sự chênh lệch áp suất hơi nước tại bề mặt vật liệu và tác nhân sấy, kết hợp với sự chênh lệch ẩm độ từ tâm ra bề mặt lá chè.
  • Lý thuyết điều khiển tự động (Thuật toán PID): Cơ chế điều khiển phản hồi vòng kín sử dụng bộ ba thông số Tỷ lệ ($K_p$), Tích phân ($K_i$), Vi phân ($K_d$). Tác giả áp dụng các phương pháp chỉnh định tham số của Ziegler - Nichols:
    • Phương pháp thứ nhất (dựa trên đường cong đáp ứng quá độ dạng chữ S): Xấp xỉ đối tượng về dạng hàm truyền bậc nhất có trễ $W(s) = \frac{K \cdot e^{-T_t s}}{T s + 1}$, từ đó xác định các thông số $K_p$, $T_N$, $T_V$.
    • Phương pháp thứ hai (dựa trên giá trị giới hạn ổn định thực nghiệm): Đưa hệ thống về biên giới ổn định để xác định hệ số khuếch đại tới hạn $K_{gh}$ và chu kỳ dao động tới hạn $T_{gh}$.
  • Phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật:
    • Phương pháp phân tích cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt để xác định lượng ẩm bốc hơi, dung lượng tải và kích thước làm việc của băng chuyền.
    • Phương pháp tính toán công suất cản tĩnh truyền động cơ khí dựa trên phân tích lực kéo (lực dịch chuyển vật liệu $P_1$, lực ma sát ổ đỡ và con lăn $P_2$, lực nâng tải $P_3$).
    • Phương pháp tích hợp hệ thống phần cứng điều khiển công nghiệp (PLC S7-1500, Biến tần LS iC5, Bộ điều khiển công suất SCR, cảm biến PT100) và phát triển phần mềm trên nền tảng TIA Portal V14 cùng WinCC.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống sấy chè được thiết kế với cấu trúc tích hợp cơ khí - điện - tự động hóa đồng bộ:

1. Cấu trúc cơ khí và động lực học

  • Cấu trúc buồng sấy: Thiết kế dạng buồng kín với 3 tầng băng tải làm việc liên tục. Băng tải được chế tạo bằng lưới thép không gỉ (inox), chiều dày tấm $\delta = 1\text{ mm}$, khối lượng riêng $\rho = 7900\text{ kg/m}^3$. Chiều dài mỗi tầng băng $l_b = 5,6\text{ m}$, chiều rộng làm việc thực tế $B_{tt} = 0,4\text{ m}$, đường kính tang dẫn $d = 0,3\text{ m}$.
  • Cơ cấu đỡ và truyền động: Mỗi tầng băng bố trí hệ thống con lăn đỡ bằng thép CT3 đường kính $d = 120\text{ mm}$, chiều dài $2000\text{ mm}$ (khoảng cách nhánh có tải $l_t = 1,5\text{ m}$, nhánh không tải $l_o = 3\text{ m}$). Hệ thống cấp nguyên liệu sử dụng băng tải nghiêng một góc $30^\circ$, chiều dài $5,6\text{ m}$.

2. Cấu trúc hệ thống điều khiển và đo lường

  • Bộ điều khiển trung tâm: PLC Siemens SIMATIC S7-1500 đảm nhận việc thu thập tín hiệu, thực thi thuật toán điều khiển logic và điều khiển nhiệt độ thông qua khối hàm PID_Compact.
  • Hệ thống gia nhiệt và đối lưu: Cung cấp nhiệt bằng giàn thanh điện trở nhiệt (dây mayso) kết hợp quạt thổi khí nóng. Dòng điện và công suất cấp cho thanh điện trở được điều khiển mịn thông qua bộ biến đổi điện áp xoay chiều SCR. Không khí nóng chuyển động ngược chiều với băng tải ở vận tốc khoảng $0,5\text{ m/s}$, duy trì nhiệt độ sấy ổn định trong khoảng $95 - 100^\circ\text{C}$.
  • Hệ thống điều khiển truyền động: Sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha kết nối biến tần LS iC5 (công suất điều chỉnh linh hoạt qua tín hiệu analog từ PLC) để thay đổi vận tốc băng tải trong phạm vi $0,3 - 0,6\text{ m/phút}$. Mạch động lực tích hợp rơ le bảo vệ mất pha 600PSR và các contactor đóng cắt an toàn.
  • Cảm biến và cơ cấu phụ trợ:
    • Cảm biến nhiệt độ điện trở PT100 (dạng củ hành và dạng dây) đặt trong buồng sấy truyền tín hiệu về module analog của PLC.
    • Cảm biến quang/hồng ngoại phát hiện vật thể và mức nguyên liệu ở đầu vào và đầu ra.
    • Hai xi lanh khí nén điều khiển đóng/mở tự động cửa nạp và cửa xả chè thành phẩm.

3. Giao diện giám sát và vận hành (SCADA/HMI)

  • Hệ thống giao diện được thiết kế trên WinCC (kết nối trạm Simatic PC Station với PLC S7-1500 qua chuẩn PROFINET/Ethernet).
  • Màn hình giám sát hiển thị trực quan trạng thái vận hành của các băng tải, quạt gió, trạng thái đóng/mở xi lanh, thanh hiển thị nhiệt độ thực tế, ô nhập giá trị đặt (Setpoint), đồ thị đáp ứng PID thời gian thực và hệ thống cảnh báo sự cố.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất chè

Chương này trình bày chi tiết về giá trị kinh tế của ngành chè Việt Nam, đặc tính sinh học của búp chè nguyên liệu (1 tôm hai hoặc ba lá non) và các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm như độ non/già, độ dày của lá, hàm lượng tanin và clorofin. Quy trình sản xuất chè trải qua các giai đoạn nối tiếp: Thu hái $\rightarrow$ Làm héo $\rightarrow$ Vò và sàng chè $\rightarrow$ Lên men $\rightarrow$ Sấy khô $\rightarrow$ Phân loại $\rightarrow$ Đóng thùng bảo quản.

Bảng 1: Phân loại chất lượng nguyên liệu chè thu hái

Phân loại Tỷ lệ lá non (%) Tỷ lệ lá bánh tẻ (%) Tỷ lệ lá già (%)
Loại A > 85 $\le 10$ $\le 5$
Loại B > 75 $\le 15$ $\le 10$
Loại C > 65 $\le 20$ $\le 15$
Loại D > 55 $\le 25$ $\le 20$

Quá trình làm héo giúp giảm độ ẩm từ $75% - 78%$ xuống $63% - 65%$, làm mềm lá chè và kích hoạt các men oxy hóa khử. Diện tích bề mặt lá chè giảm dần theo thời gian làm héo (sau 10 giờ làm héo, diện tích lá 1 giảm còn $48%$, lá 2 còn $66%$, lá 3 còn $78%$). Về mặt hóa học, tổng lượng tanin giảm nhẹ ($1% - 2%$), trong đó nhóm Catechin có vị đắng chát giảm từ $17,10%$ xuống $9,90%$, nhóm tanin riêng có vị chát dịu tăng từ $2,65%$ lên $9,06%$. Các enzyme như $\beta$-glucozidaza tăng hoạt tính $200% - 300%$, polyphenol oxidase tăng $100%$.

Bảng 2: Biến đổi thành phần tanin trong quá trình làm héo

Mẫu phân tích Tổng lượng tanin (%) Catechin (%) Tanin riêng hòa tan (%)
Lá chè tươi 19,75 17,10 2,65
Lá chè héo 18,84 9,90 9,06
Độ biến đổi -0,91 -7,20 +6,51

Sau công đoạn vò và lên men (nhiệt độ duy trì $25 - 28^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối $\ge 85%$, thời gian $60 - 80\text{ phút}$), chè có độ ẩm khoảng $60%$ được đưa vào máy sấy. Quá trình sấy ở nhiệt độ $95 - 100^\circ\text{C}$ trong 25 phút giúp hạ độ ẩm xuống $3% - 5%$, đình chỉ hoạt động của enzyme để cố định chất lượng và tạo hương thơm đặc trưng. Chè khi đóng thùng bảo quản phải đạt độ ẩm $W \le 7,5%$.

Chương 2: Tổng quan về thiết bị sấy

Chương 2 tổng hợp cơ sở nhiệt động học và động học của các phương pháp sấy phổ biến. Tác giả phân tích cấu tạo và nguyên lý vận hành của nhiều dạng máy sấy băng tải công nghiệp:

  • Máy sấy băng tải một tầng: Thích hợp cho sản phẩm định hình, tác nhân gió nóng thổi xuyên từ trên xuống dưới.
  • Máy sấy băng tải nhiều tầng: Sử dụng nhiều tầng băng chuyển động ngược chiều nhau, vật liệu rơi tuần tự từ tầng trên xuống tầng dưới giúp đảo trộn đều và tăng diện tích tiếp xúc nhiệt.
  • Các biến thể kết cấu khác: Băng tải khay lật (làm việc 1 phía hoặc kiểu bản lề 2 phía), băng tải bằng vải (dành cho nguyên liệu dạng nhão/bột ướt), băng tải lưới thép treo gấp khúc (giúp rút ngắn chiều dài buồng sấy).

Phần tiếp theo của chương tập trung vào cơ sở lý thuyết điều khiển nhiệt độ bằng thuật toán PID. Chương trình phân tích chi tiết vai trò của các khâu $K_p$, $K_i$, $K_d$ và các bảng chỉnh định thông số theo phương pháp Ziegler - Nichols:

Bảng 3: Công thức tính thông số PID theo phương pháp Ziegler - Nichols 1 (Mô hình quá độ)

Loại bộ điều khiển $K_p$ $T_N$ $T_V$
P $\frac{T}{K \cdot T_t}$ — —
PI $0,9 \cdot \frac{T}{K \cdot T_t}$ $3,33 \cdot T_t$ —
PID $1,2 \cdot \frac{T}{K \cdot T_t}$ $2 \cdot T_t$ $0,5 \cdot T_t$

Bảng 4: Công thức tính thông số PID theo phương pháp Ziegler - Nichols 2 (Giá trị tới hạn)

Loại bộ điều khiển $K_p$ $T_N$ $T_V$
P $0,50 \cdot K_{gh}$ — —
PI $0,45 \cdot K_{gh}$ $0,83 \cdot T_{gh}$ —
PID $0,60 \cdot K_{gh}$ $0,50 \cdot T_{gh}$ $0,125 \cdot T_{gh}$

Chương 3: Thiết kế thiết bị sấy chè

Chương 3 là phần trọng tâm của đồ án, trình bày toàn bộ quá trình tính toán công nghệ, kết cấu cơ khí và lập trình hệ thống điều khiển tự động:

  1. Tính toán kích thước băng tải hệ thống sấy:

    • Các thông số đầu vào: Năng suất $G_1 = 100\text{ kg/h}$; độ ẩm ướt vào $W_1 = 60%$ (ẩm khô $W'_1 = 150%$); độ ẩm ướt ra $W_2 = 5%$ (ẩm khô $W'_2 = 5,26%$); khối lượng riêng chè $\rho = 320\text{ kg/m}^3$; chiều dày lớp chè $h = 0,05\text{ m}$; vận tốc băng $\omega = 0,3\text{ m/phút}$.
    • Chiều rộng tính toán: $B_r = \frac{G_1}{h \cdot 60 \cdot \omega \cdot \rho} = \frac{100}{0,05 \cdot 60 \cdot 0,3 \cdot 320} \approx 0,35\text{ m}$. Chọn chiều rộng thực tế $B_{tt} = 0,4\text{ m}$ (với hệ số hiệu chỉnh $\eta = 0,9$).
    • Chiều dài tính toán: $L_b = \frac{G_1 \cdot T}{B_{tt} \cdot q} + l_s \approx 16,8\text{ m}$. Hệ thống được chia thành 3 tầng băng tải, mỗi tầng có chiều dài $l_b = 5,6\text{ m}$, đường kính tang $d = 0,3\text{ m}$.

  2. Tính chọn công suất động cơ truyền động:

    • Băng tải cấp liệu (băng tải nghiêng $30^\circ$, dài $5,6\text{ m}$, vận tốc $v = 1\text{ m/s}$, tải trọng vật liệu $\delta = 5\text{ kg/m}$):
      • Lực dịch chuyển vật liệu: công suất $P_1 = 114,94\text{ W}$;
      • Lực cản ma sát: công suất $P_2 = 32,8\text{ W}$;
      • Lực nâng tải trọng: công suất $P_3 = 82,4\text{ W}$;
      • Tổng công suất tĩnh: $P = P_1 + P_2 + P_3 = 227,14\text{ W} = 0,23\text{ kW}$.
      • Chọn động cơ điện 3 pha công suất định mức $0,5\text{ kW}$, điện áp 380V.
    • Băng tải buồng sấy (băng tải ngang, dài $5,6\text{ m}$, vận tốc $v = 1\text{ m/s}$, tải trọng vật liệu $\delta = 5\text{ kg/m}$, tải trọng băng $\delta_b = 3\text{ kg/m}$):
      • Công suất dịch chuyển vật liệu: $P_1 = 412,02\text{ W}$;
      • Công suất thắng lực cản ma sát: $P_2 = 407,4\text{ W}$;
      • Công suất nâng $P_3 = 0\text{ W}$;
      • Tổng công suất tĩnh: $P = 819,42\text{ W}$. Chọn động cơ 3 pha Oriental phù hợp.

  3. Thuật toán và chu trình điều khiển tự động:

    • Khi nhấn START ở chế độ Auto: Hai cửa buồng sấy đóng $\rightarrow$ Quạt thổi khí nóng khởi động $\rightarrow$ Sau 30 giây, hệ thống gia nhiệt kích hoạt đạt nhiệt độ cài đặt ($95 - 100^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ Cảm biến cấp liệu xác nhận có chè $\rightarrow$ Xi lanh cửa vào mở, băng tải cấp liệu và 3 tầng băng tải sấy hoạt động $\rightarrow$ Chè chuyển động qua 3 tầng trong 25 phút $\rightarrow$ Xi lanh cửa ra mở để đưa thành phẩm ra ngoài $\rightarrow$ Cảm biến báo hết chè đóng cửa xả $\rightarrow$ Tắt thanh gia nhiệt, quạt tiếp tục chạy đối lưu làm mát trong 10 phút rồi dừng hoàn toàn.

Kết quả và đóng góp

Bảng 5: Tổng hợp thông số thiết kế và kết quả tính toán chính của hệ thống sấy chè

Hạng mục / Thông số Giá trị thiết kế Đơn vị Ghi chú
Năng suất sấy định mức ($G_1$) 100 kg/h Tính theo nguyên liệu đầu vào
Độ ẩm nguyên liệu vào ($W_1$) 60 % Chè sau công đoạn lên men
Độ ẩm sản phẩm ra ($W_2$) 5 % Chè khô thành phẩm
Nhiệt độ tác nhân sấy 95 – 100 $^\circ\text{C}$ Cấp bởi thanh điện trở và quạt
Thời gian sấy 25 phút Chu kỳ lưu trong buồng sấy
Vận tốc băng tải sấy 0,3 m/phút Điều khiển qua biến tần LS iC5
Vận tốc dòng khí nóng đối lưu 0,5 m/s Thổi ngược chiều dòng sản phẩm
Số tầng băng tải buồng sấy 3 tầng Bố trí xếp chồng
Kích thước mỗi tầng băng tải $5,6 \times 0,4$ m Dài $\times$ Rộng thực tế
Tổng chiều dài làm việc băng tải 16,8 m Lưới inox dày 1 mm
Công suất động cơ cấp liệu 0,5 kW Động cơ 3 pha 380V (băng nghiêng $30^\circ$)
Công suất tĩnh băng tải buồng sấy 819,42 W Động cơ 3 pha Oriental
Bộ điều khiển trung tâm Siemens S7-1500 — Thuật toán PID_Compact trên TIA Portal V14
Giao diện giám sát SCADA WinCC — Kết nối SIMATIC PC Station qua PROFINET

Đóng góp chính của đồ án gồm:

  • Hoàn thiện bộ tài liệu tính toán cơ khí và động lực học chi tiết cho máy sấy băng tải 3 tầng năng suất 100 kg/h, làm cơ sở chế tạo trong nước nhằm hạ giá thành so với thiết bị nhập ngoại.
  • Xây dựng hoàn chỉnh sơ đồ mạch động lực, mạch điều khiển, lựa chọn chính xác các thiết bị bảo vệ (rơ le mất pha 600PSR, contactor) và cơ cấu biến đổi công suất (SCR, biến tần).
  • Thiết lập giải pháp điều khiển nhiệt độ buồng sấy ổn định bằng thuật toán PID tích hợp trong PLC Siemens S7-1500, kết hợp giao diện SCADA trên WinCC hỗ trợ giám sát trực quan và vận hành tự động.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Toàn bộ quá trình tính toán nhiệt, tính chọn động cơ và cấu hình điều khiển được thực hiện trên cơ sở lý thuyết và mô phỏng trên phần mềm (TIA Portal V14, WinCC). Đồ án chưa tiến hành chế tạo mô hình thực nghiệm quy mô công nghiệp để đo đạc sai số thực tế giữa nhiệt độ buồng sấy và độ ẩm chè đầu ra trong điều kiện thời tiết thay đổi.
  • Hướng phát triển tiếp:
    • Chế tạo mô hình thử nghiệm phần cứng hoàn chỉnh để đánh giá độ bền cơ học và mức độ tiêu hao điện năng thực tế của hệ thống gia nhiệt SCR.
    • Tích hợp thêm cảm biến đo độ ẩm trực tuyến tại đầu vào và đầu ra của băng tải để thực hiện thuật toán điều khiển thích nghi đa biến (vừa tự động điều chỉnh nhiệt độ gia nhiệt vừa tự động thay đổi tần số biến tần điều khiển tốc độ băng tải theo độ ẩm nguyên liệu).

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao đối với:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử: Cung cấp phương pháp chi tiết về cách lập trình PLC Siemens S7-1500 (khối hàm PID_Compact), phương pháp cấu hình mạng truyền thông công nghiệp, kết nối biến tần LS iC5 và thiết kế giao diện vận hành SCADA/HMI trên WinCC.
  • Sinh viên và kỹ sư ngành Công nghệ Nhiệt, Công nghệ Thực phẩm: Tham khảo quy trình công nghệ chế biến chè chuẩn xác, các bảng dữ liệu thực nghiệm về biến đổi sinh hóa của lá chè và các công thức tính toán nhiệt - cơ học cho hệ thống sấy băng tải nhiều tầng.
  • Các đơn vị chế tạo máy nông nghiệp: Nắm bắt quy trình tính chọn thiết bị điện - điều khiển và giải pháp thay thế linh kiện ngoại nhập bằng thiết bị sẵn có trên thị trường nội địa.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao hệ thống sấy chè trong đồ án lại lựa chọn máy sấy băng tải 3 tầng mà không dùng máy sấy 1 tầng?
Trả lời: Tổng chiều dài làm việc của băng tải theo tính toán là $16,8\text{ m}$. Việc chia thành 3 tầng băng tải (mỗi tầng $5,6\text{ m}$) giúp tiết kiệm diện tích nhà xưởng, đồng thời khi chè rơi tự do từ tầng trên xuống tầng dưới sẽ tạo ra quá trình đảo trộn tự nhiên, giúp chè tiếp xúc đều với tác nhân không khí nóng và tăng độ đồng đều của độ ẩm thành phẩm.

2. Tác nhân sấy và nguyên lý cấp nhiệt trong hệ thống được thiết kế như thế nào?
Trả lời: Hệ thống sử dụng không khí nóng làm tác nhân sấy, chuyển động cưỡng bức ngược chiều với dòng di chuyển của chè với vận tốc $0,5\text{ m/s}$. Nhiệt lượng được tạo ra từ giàn thanh điện trở (dây mayso), điều khiển công suất mịn bằng bộ biến đổi điện áp xoay chiều SCR kết hợp quạt thổi khí vào hầm sấy ở dải nhiệt độ $95 - 100^\circ\text{C}$.

3. Các thông số ẩm độ của lá chè biến đổi qua các giai đoạn trong đồ án được xác định ra sao?
Trả lời: Chè tươi thu hái có độ ẩm $75% - 78%$; sau giai đoạn làm héo giảm xuống $63% - 65%$; sau giai đoạn lên men đưa vào buồng sấy có độ ẩm $60%$; sau khi sấy khô 25 phút trong buồng sấy đạt độ ẩm $3% - 5%$; và khi đóng thùng bảo quản độ ẩm yêu cầu đạt mức $W \le 7,5%$.

4. Vai trò của biến tần LS iC5 và PLC S7-1500 trong đồ án là gì?
Trả lời: PLC S7-1500 đóng vai trò điều khiển trung tâm, thu thập tín hiệu nhiệt độ từ cảm biến PT100 để tính toán thuật toán PID_Compact và điều khiển góc mở bộ SCR, đồng thời phát lệnh điều khiển logic cho toàn dây chuyền. Biến tần LS iC5 nhận tín hiệu điều khiển từ PLC để thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ 3 pha, qua đó điều chỉnh tốc độ chuyển động của băng tải trong khoảng $0,3 - 0,6\text{ m/phút}$ tùy thuộc vào trạng thái ẩm của mẻ sấy.

5. Chu trình dừng hệ thống sấy tự động được lập trình an toàn như thế nào?
Trả lời: Sau khi sấy xong và cảm biến báo cạn xác nhận đã xả hết sản phẩm, bộ điều khiển sẽ ngắt nguồn thanh gia nhiệt nhưng vẫn duy trì quạt thổi hoạt động thêm 10 phút để làm nguội buồng sấy và bảo vệ thanh điện trở trước khi dừng toàn bộ hệ thống.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế thiết bị sấy trong dây chuyền sản xuất chè" của sinh viên Phan Thị Chuyến (Học viện Kỹ thuật Quân sự, năm 2020) đã giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế cơ khí và tự động hóa cho hệ thống sấy băng tải 3 tầng năng suất 100 kg/h. Đề tài đã ứng dụng thành công bộ điều khiển PLC Siemens S7-1500, thuật toán PID, biến tần LS iC5 và phần mềm WinCC để xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ và tốc độ sấy chính xác, ổn định. Kết quả nghiên cứu là tài liệu kỹ thuật có tính ứng dụng cao, góp phần thúc đẩy việc nội địa hóa và làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị chế biến nông sản tại Việt Nam.