Nghiên cứu tối ưu thông số điều khiển hệ thống làm ráo dầu cho tôm tempura sau khi chiên

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật cơ điện tử nghiên cứu phương án tối ưu thông số điều khiển hệ thống làm ráo dầu trong tôm, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Phùng Trí Công
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Quân
• Trường học: Học viện Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Tối ưu hóa hệ thống làm ráo dầu cho tôm tempura sau chiên
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ NGHIÊN CỨU
• 1.1. GIỚI THIỆU
• 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
• 1.2.1. Dòng sản phẩm chiên GEA EasyFry của công ty Giải pháp thực phẩm GE (Hà Lan)
• 1.2.2. Máy chiên tôm Tempura của công ty PF MAX COMPANY (Nhật Bản)
• 1.2.3. Máy chiên tôm Tempura của công ty Ding-Han Machinery
• 1.2.4. ROBOT chiên tôm Tempura của công ty Nachi (Nhật Bản)
• 1.2.5. Hệ thống sử dụng điều khiển GODFIP (Genetic Optimization Dual Fuzzy Immune PID) cho máy sử dụng IRC
• 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1.1. Mô hình CFD (Computational Fluid Dynamics)
• 2.1.2. Giải quy tuyến tính
• 2.1.2.1. Thiết kế cơm sấy cho hệ thống chiên tôm Tempura
• 2.1.2.2. Kết quả mô phỏng trên phần mềm ANSYS cho cơm sấy tôm
• 2.1.2.3. Thực nghiệm trên dây chuyền chiên tôm Tempura
• 2.2. GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
• 2.2.1. Nguyên lý bộ điều khiển PID
• 2.2.2. Tinh chỉnh thông số bộ điều khiển PID sử dụng giải thuật Fuzzy
• 2.2.3. Giới thiệu thuật di truyền (GA: Genetic Algorithm)
• 2.2.3.1. Mô hình giải thuật di truyền
• 2.2.3.2. Quá trình thực hiện giải thuật di truyền
• 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
• 3.1. YÊU CẦU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
• 3.2. LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN
• 3.3. LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỀU NGÕ VÀO
• 3.4. LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỀU NGÕ RA
• 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 5. KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT
• 5.1. Mục tiêu tổng quát
• 5.2. Phạm vi nghiên cứu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Trong ngành chế biến thực phẩm, tôm tempura là một trong những sản phẩm có giá trị cao nhất. Việc tối ưu hóa hệ thống làm ráo dầu cho tôm tempura sau khi chiên là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Quá trình chiên tôm tempura thường để lại một lượng lớn dầu ăn bên trong, gây cảm giác béo ngậy cho người tiêu dùng. Do đó, việc nghiên cứu và cải tiến quy trình chiên là cần thiết để nâng cao chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số trong quy trình chiên nhằm giảm thiểu lượng dầu thừa trong tôm.

1.1 Tầm quan trọng của việc làm ráo dầu

Việc làm ráo dầu cho tôm tempura không chỉ ảnh hưởng đến cảm giác của người tiêu dùng mà còn tác động đến chất lượng sản phẩm. Dầu ăn thừa có thể làm giảm độ giòn và hương vị của tôm, dẫn đến sự không hài lòng của khách hàng. Do đó, việc tối ưu hóa hệ thống làm ráo dầu là một yếu tố quan trọng trong quy trình sản xuất. Nghiên cứu này sẽ phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống làm ráo dầu, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến phù hợp.

II. Quy trình chiên tôm tempura

Quy trình chiên tôm tempura bao gồm nhiều bước, từ chuẩn bị nguyên liệu đến chiên và làm ráo dầu. Công nghệ làm ráo dầu hiện tại chủ yếu sử dụng các thiết bị truyền thống, tuy nhiên, hiệu quả của chúng chưa đạt yêu cầu. Việc áp dụng các công nghệ mới như máy làm ráo dầu tự động có thể cải thiện đáng kể hiệu suất làm ráo dầu. Nghiên cứu này sẽ xem xét các thông số như độ giòn của tôm, nhiệt độ chiên, và thời gian chiên để tối ưu hóa quy trình.

2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình chiên

Các yếu tố như độ giòn của tôm, nhiệt độ chiên, và thời gian chiên đều có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Nghiên cứu sẽ phân tích mối quan hệ giữa các yếu tố này và hiệu quả của hệ thống làm ráo dầu. Việc điều chỉnh các thông số này có thể giúp giảm thiểu lượng dầu ăn thừa trong tôm, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sẽ sử dụng các phương pháp phân tích định lượng để đánh giá hiệu quả của hệ thống làm ráo dầu. Các thông số sẽ được điều chỉnh và theo dõi trong quá trình chiên tôm tempura. Sử dụng các công nghệ như mô phỏng ANSYS để dự đoán hiệu quả của các thay đổi trong quy trình. Kết quả sẽ được so sánh với các phương pháp truyền thống để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các giải pháp mới.

3.1 Thiết kế thí nghiệm

Thiết kế thí nghiệm sẽ bao gồm việc kiểm soát các yếu tố như nhiệt độ, thời gian chiên, và tốc độ di chuyển của băng chuyền. Các thí nghiệm sẽ được thực hiện trên dây chuyền chiên tôm tempura để thu thập dữ liệu về lượng dầu ăn còn lại trong tôm sau khi chiên. Kết quả sẽ được phân tích để đưa ra các khuyến nghị cho việc tối ưu hóa quy trình.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số trong hệ thống làm ráo dầu có thể giảm thiểu lượng dầu ăn thừa trong tôm tempura. Các thông số như nhiệt độ chiên và thời gian chiên có mối liên hệ chặt chẽ với chất lượng sản phẩm. Việc áp dụng các công nghệ mới trong quy trình chiên sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu của thị trường.

4.1 Đánh giá hiệu quả

Đánh giá hiệu quả của hệ thống làm ráo dầu cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong chất lượng tôm tempura. Các sản phẩm sau khi áp dụng quy trình tối ưu hóa có độ giòn cao hơn và ít cảm giác béo ngậy hơn. Điều này không chỉ nâng cao sự hài lòng của khách hàng mà còn tăng giá trị sản phẩm trên thị trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành chế biến thủy sản xuất khẩu, tôm chiên Tempura là một trong những sản phẩm có giá trị gia tăng cao nhất, chiếm khoảng 52% giá trị xuất khẩu tôm chế biến. Việc chiết xuất dầu dư thừa trong tôm Tempura sau khi chiên là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, bao gồm cảm giác ngon miệng, không bị ngấy dầu và giảm tác động tiêu cực của dầu còn sót lại bên trong tôm. Tuy nhiên, hiện nay các dây chuyền chiên tôm Tempura chưa có hệ thống kiểm soát và tối ưu hiệu quả chiết xuất dầu thừa đạt yêu cầu. Dây chuyền chiên tôm Tempura phiên bản 1 do nhóm nghiên cứu Bio-Mech Lab phát triển sử dụng thuật toán điều khiển mở để sấy khô tôm thành phẩm, dẫn đến hiệu quả chiết xuất dầu không cao, tôm sau khi chiên vẫn còn nhiều dầu bên trong.

Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất phương pháp tối ưu điều khiển các thông số của hệ thống thoát dầu trong tôm chiên Tempura nhằm nâng cao hiệu quả chiết xuất dầu, cải thiện chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu tập trung đánh giá và điều chỉnh các thông số như tốc độ băng tải tôm, nhiệt độ sấy, lưu lượng và tốc độ gió, hướng gió,... Qua đó áp dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến như PID, Fuzzy, GA để kiểm soát các thông số quan trọng quyết định chất lượng tôm thành phẩm. Nghiên cứu được thực hiện trên dây chuyền chiên tôm Tempura phiên bản 2 do Bio-Mech Lab chế tạo, kết hợp mô phỏng bằng phần mềm ANSYS để đánh giá hiệu quả.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc giảm lượng dầu còn sót lại trong tôm chiên, nâng cao cảm giác ngon miệng, giảm tác động tiêu cực của dầu thừa, đồng thời tăng năng suất và chất lượng sản phẩm xuất khẩu. Kết quả nghiên cứu góp phần thúc đẩy tự động hóa trong chế biến thủy sản, giảm chi phí nhân công và nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình điều khiển hiện đại trong kỹ thuật tự động hóa và xử lý tín hiệu:

• Lý thuyết điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative): Nguyên lý điều khiển vòng kín với ba thành phần tỉ lệ, tích phân và đạo hàm giúp điều chỉnh chính xác các thông số hệ thống. Việc tinh chỉnh các hệ số KP, KI, KD được thực hiện dựa trên thuật toán Fuzzy để tăng độ chính xác và thích nghi với biến đổi môi trường.

• Thuật toán Fuzzy Logic: Hệ thống điều khiển mờ giúp xử lý các tín hiệu không chính xác hoặc không rõ ràng, cải thiện khả năng điều khiển trong môi trường biến động và không tuyến tính.

• Thuật toán di truyền (Genetic Algorithm - GA): Phương pháp tối ưu hóa dựa trên nguyên lý chọn lọc tự nhiên, lai ghép và đột biến để tìm ra bộ tham số điều khiển tối ưu nhất cho hệ thống thoát dầu.

• Mô hình ARX, ARMA, Box-Jenkins: Các mô hình toán học dùng để mô phỏng và dự báo hành vi của hệ thống thoát dầu và quá trình sấy khô tôm, hỗ trợ trong việc thiết kế bộ điều khiển.

• Mô phỏng CFD (Computational Fluid Dynamics): Phân tích dòng chảy khí nóng trong hệ thống sấy để tối ưu thiết kế và điều chỉnh các thông số gió, nhiệt độ.

Các khái niệm chính bao gồm: chiết xuất dầu, điều khiển vòng kín, thuật toán tối ưu, mô hình toán học hệ thống, mô phỏng dòng chảy khí.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp thực nghiệm và mô phỏng:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu thực tế từ dây chuyền chiên tôm Tempura phiên bản 1 và phiên bản 2 tại các doanh nghiệp chế biến thủy sản ở TP. Hồ Chí Minh. Dữ liệu bao gồm lượng dầu còn lại trong tôm, nhiệt độ sấy, tốc độ băng tải, lưu lượng gió, thời gian sấy, kích thước tôm.

• Phương pháp chọn mẫu: Lấy mẫu tôm chiên theo các kích cỡ khác nhau, thời gian sấy và điều kiện vận hành khác nhau để đảm bảo tính đại diện và đa dạng của dữ liệu.

• Phương pháp phân tích: Áp dụng các thuật toán điều khiển PID, Fuzzy, GA để tối ưu các tham số điều khiển. Sử dụng phần mềm ANSYS để mô phỏng dòng chảy khí và nhiệt độ trong hệ thống sấy. Phân tích thống kê và so sánh hiệu quả chiết xuất dầu trước và sau khi áp dụng bộ điều khiển.

• Timeline nghiên cứu:

  • Giai đoạn 1 (6 tháng): Thu thập dữ liệu và khảo sát thực trạng dây chuyền chiên tôm Tempura phiên bản 1.
  • Giai đoạn 2 (8 tháng): Thiết kế và phát triển bộ điều khiển tối ưu, mô phỏng CFD.
  • Giai đoạn 3 (6 tháng): Thử nghiệm trên dây chuyền phiên bản 2, đánh giá kết quả và hoàn thiện báo cáo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả chiết xuất dầu tăng đáng kể: Sau khi áp dụng bộ điều khiển PID kết hợp Fuzzy và GA, lượng dầu còn lại trong tôm giảm từ khoảng 195 mg xuống còn khoảng 175 mg, tương đương giảm 10% lượng dầu thừa trong sản phẩm.

2. Tối ưu các thông số vận hành: Tốc độ băng tải tôm được điều chỉnh trong khoảng 0.5-0.7 m/s, nhiệt độ sấy duy trì ở 80-90°C, lưu lượng gió đạt 1500-1800 m³/h, giúp cân bằng giữa hiệu quả chiết xuất dầu và chất lượng tôm không bị quá khô.

3. Mô phỏng CFD hỗ trợ thiết kế: Phân tích dòng chảy khí nóng bằng ANSYS cho thấy việc điều chỉnh hướng gió và phân bố lưu lượng gió giúp tăng hiệu quả sấy khô và thoát dầu, giảm thiểu vùng khí chết trong hệ thống.

4. So sánh với dây chuyền phiên bản 1: Phiên bản 2 với bộ điều khiển tối ưu cho thấy hiệu suất chiết xuất dầu tăng khoảng 15% so với phiên bản 1 sử dụng điều khiển mở, đồng thời giảm thời gian sấy trung bình từ 8 phút xuống còn 6.5 phút.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc cải thiện hiệu quả chiết xuất dầu là do bộ điều khiển vòng kín PID kết hợp thuật toán Fuzzy và GA giúp điều chỉnh linh hoạt các thông số vận hành theo biến đổi thực tế của dây chuyền và đặc tính tôm. Việc mô phỏng CFD cung cấp cơ sở khoa học để thiết kế lại hệ thống phân phối gió, tăng cường khả năng sấy khô đều và hiệu quả.

So với các nghiên cứu trong ngành chế biến thủy sản, kết quả này phù hợp với xu hướng ứng dụng tự động hóa và điều khiển thông minh nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí nhân công. Việc giảm lượng dầu thừa không chỉ cải thiện cảm giác ngon miệng mà còn giảm tác động tiêu cực đến sức khỏe người tiêu dùng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh lượng dầu còn lại trước và sau khi áp dụng bộ điều khiển, bảng thống kê các thông số vận hành tối ưu, và hình ảnh mô phỏng dòng chảy khí nóng trong hệ thống sấy.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai bộ điều khiển PID-Fuzzy-GA trên dây chuyền chiên tôm Tempura: Áp dụng ngay trong vòng 6 tháng tới tại các nhà máy chế biến để nâng cao hiệu quả chiết xuất dầu, giảm lượng dầu thừa ít nhất 10%.

2. Tối ưu thiết kế hệ thống phân phối gió: Điều chỉnh hướng gió, lưu lượng và tốc độ gió dựa trên kết quả mô phỏng CFD, thực hiện trong 3 tháng, do bộ phận kỹ thuật và thiết kế nhà máy đảm nhiệm.

3. Đào tạo nhân viên vận hành: Tổ chức khóa đào tạo về vận hành và bảo trì hệ thống điều khiển tự động, giúp nhân viên hiểu và vận dụng hiệu quả bộ điều khiển mới, hoàn thành trong 2 tháng.

4. Xây dựng hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu tự động: Lắp đặt cảm biến đo nhiệt độ, lưu lượng gió, tốc độ băng tải và lượng dầu còn lại để giám sát liên tục, hỗ trợ điều chỉnh kịp thời, dự kiến hoàn thành trong 6 tháng.

5. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng: Áp dụng phương pháp điều khiển tối ưu cho các sản phẩm chiên khác trong ngành chế biến thủy sản nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả sản xuất.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các doanh nghiệp chế biến thủy sản: Đặc biệt là các nhà máy sản xuất tôm chiên Tempura, giúp cải tiến dây chuyền sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí vận hành.

2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, tự động hóa: Cung cấp kiến thức về ứng dụng thuật toán điều khiển hiện đại trong sản xuất thực phẩm, mô hình hóa và mô phỏng hệ thống.

3. Các kỹ sư thiết kế và vận hành dây chuyền công nghiệp: Hỗ trợ trong việc thiết kế hệ thống điều khiển tự động, tối ưu hóa quy trình sản xuất và bảo trì thiết bị.

4. Cơ quan quản lý chất lượng và an toàn thực phẩm: Tham khảo để xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật, quy trình kiểm soát chất lượng sản phẩm chiên dầu, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần tối ưu hệ thống thoát dầu trong tôm chiên Tempura?
   Việc tối ưu giúp giảm lượng dầu còn lại trong tôm, cải thiện cảm giác ngon miệng, giảm tác động tiêu cực đến sức khỏe và nâng cao chất lượng sản phẩm xuất khẩu.

2. Bộ điều khiển PID-Fuzzy-GA hoạt động như thế nào?
   Bộ điều khiển kết hợp PID để điều chỉnh chính xác, Fuzzy để xử lý tín hiệu không rõ ràng, và GA để tối ưu các tham số điều khiển nhằm đạt hiệu quả cao nhất.

3. Mô phỏng CFD có vai trò gì trong nghiên cứu?
   CFD giúp phân tích dòng chảy khí nóng trong hệ thống sấy, từ đó tối ưu thiết kế phân phối gió, tăng hiệu quả sấy và chiết xuất dầu.

4. Hiệu quả cải thiện sau khi áp dụng bộ điều khiển là bao nhiêu?
   Lượng dầu còn lại trong tôm giảm khoảng 10-15%, thời gian sấy giảm từ 8 phút xuống còn 6.5 phút, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

5. Có thể áp dụng phương pháp này cho các sản phẩm khác không?
   Có, phương pháp điều khiển tối ưu có thể mở rộng cho các sản phẩm chiên khác trong ngành chế biến thủy sản nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả sản xuất.

Kết luận

• Đã phát triển thành công phương pháp tối ưu điều khiển các thông số hệ thống thoát dầu trong tôm chiên Tempura, kết hợp PID, Fuzzy và GA.
• Nghiên cứu chứng minh hiệu quả giảm lượng dầu thừa trong tôm chiên khoảng 10-15%, đồng thời giảm thời gian sấy và tăng năng suất.
• Mô phỏng CFD hỗ trợ tối ưu thiết kế hệ thống phân phối gió, nâng cao hiệu quả sấy khô và chiết xuất dầu.
• Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và thúc đẩy tự động hóa trong ngành chế biến thủy sản.
• Đề xuất triển khai áp dụng rộng rãi trong các nhà máy chế biến, đồng thời mở rộng nghiên cứu cho các sản phẩm chiên khác.

Next steps: Triển khai thử nghiệm thực tế trên dây chuyền phiên bản 2, đào tạo nhân viên vận hành, xây dựng hệ thống giám sát tự động và mở rộng nghiên cứu ứng dụng.

Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực chế biến thủy sản nên áp dụng và phát triển tiếp phương pháp này để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất.

---

Luận văn thạc sĩ về "Phương pháp tối ưu điều khiển các thông số hệ thống thoát dầu trong tôm chiên Tempura" do nhóm nghiên cứu Bio-Mech Lab thực hiện tại TP. Hồ Chí Minh, năm 2022.

Trích đoạn nội dung tài liệu

+,ӆ1 +ӊ7+Ӕ1*/¬05È2'Ҫ87521*7Ð0 TEMPURA SAU KHI CHIÊN STUDY ON THE OPTIMIZATION METHOD FOR CONTROLLING PARAMETERS OF THE OIL DRAINING SYSTEM IN TEMPURA FRIED SHRIMPS Chuyên ngành: .+2$- Ĉ+4*- HCM &iQEӝKѭӟQJGүQNKRDKӑF3*6769}7ѭӡQJ4XkQ . &iQEӝFKҩPQKұQ[pW3*6761JX\ӉQ7KDQK3KѭѫQJ . &iQEӝFKҩPQKұQ[pW3*676/r0ӻ+j . /XұQYăQWKҥFVƭÿѭӧFEҧRYӋWҥL7UѭӡQJĈҥLKӑF%iFK.KRDĈ+4*7S+&0 ngày 15 tháng 01 QăP 2022. 7KjQKSKҫQ+ӝLÿӗQJÿiQKJLiOXұQYăQWKҥFVƭJӗP 1. 3*6761JX\ӉQ'X\$QK ± &KӫWӏFK 2. Phùng Trí Công ± 7KѭNê 3. 3*6761JX\ӉQ7KDQK3KѭѫQJ ± 3KҧQELӋQ 4. 76ĈRjQ7KӃ7KҧR ± Ӫ\YLrQ ;iFQKұQFӫD&KӫWӏFK+ӝLÿӗQJÿiQKJLi/9Yj7UѭӣQJ.KRDTXҧQOêFKX\rQ QJjQKVDXNKLOXұQYăQWKҥFVƭÿѭӧFVӱDFKӳD QӃXFy  &+Ӫ7ӎ&++Ӝ,ĈӖ1* 75ѬӢ1*.+2$ ĈӝFOұS- 7ӵGR- +ҥQKSK~F NHIӊM VӨ LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ +ӑWrQKӑFYLrQ/ÇĈÎ1+&+,ӂ148Ӕ& MSHV: 1870236 1Jj\WKiQJQăPVLQK 1ѫLVLQK73+XӃ &KX\rQQJjQK.ӻWKXұWFѫÿLӋQWӱ 0mVӕ8520114 TÊN Ĉӄ7¬,: NJKLrQFӭXSKѭѫQJiQWӕLѭXWK{QJVӕÿLӅXNKLӇQ hӋWKӕQJOjP UiRGҫXWURQJtôm tempura sau khi chiên Study on the optimization method for controlling parameters of the oil draining system in Tempura fried shrimps I. 1JKLrQFӭXKӋWKӕQJFKLrQ7HPSXUDEiQWӵÿӝQJÿmYjÿDQJÿѭӧFVӱGөQJ 2. 1JKLrQFӭXFiFSKѭѫQJiQ OjPUiRGҫXWURQJW{P7HPSXUDVDXNKLFKLrQ 3. 1JKLrQFӭXWKLӃWNӃÿLӅXNKLӇQKӋWKӕQJOjPUiRGҫXFѭӥQJEӭFWURQJW{P Tempura sau khi chiên 4. 7KӵFQJKLӋPNLӇPFKӭQJNӃWTXҧ GӵNLӃQ II. &È1%Ӝ +ѬӞ1*'Ү13*6769®7ѬӠ1*48Æ1 7S+&0QJj\WKiQJQăP &È1%Ӝ+ѬӞ1*'Ү1 &+Ӫ1+,ӊ0%Ӝ0Ð1Ĉ¬27Ҥ2 +ӑWrQYjFKӳNê +ӑWrQYjFKӳNê PGS.+Ë i LӠI CҦM Ѫ1 LuұQYăQThҥFVƭQj\ÿѭӧc thӵc hiӋn tҥLWUѭӡng Ĉҥi Hӑc Bách Khoa ± Ĉҥi hӑc Quӕc Gia Tp. ĈӇ hoàn thành luұQYăQQj\W{L[LQWӓ lòng biӃWѫQVkXVҳc và gӱi lӡi cҧPѫQ FKkQWKjQKÿӃn THҪY PGS. 9®7ѬӠNG QUÂNÿmWұQWuQKKѭӟng dүn, giúp ÿӥ cho tôi trong suӕt quá trình thӵc hiӋn luұQYăQWӕt nghiӋp. Tôi xin chân thành cҧPѫQTXêWKҫy, cô trong Bӝ P{Q&ѫĈLӋn Tӱ nói riêng và các thҫ\F{WUѭӡng Ĉҥi Hӑc Bách Khoa ± Ĉҥi hӑc Quӕc Gia Tp. Hӗ Chí Minh nói chung ÿmWұn tình truyӅQÿҥt kiӃn thӭc, tҥo mӑi ÿLӅu kiӋn thuұn lӧi cho hoҥWÿӝng hӑc tұp, nghiên cӭu và thӵc hiӋn luұQYăQFӫa tôi. 7{LFNJQJxin gӱi lӡi cҧPѫQWӟi các bҥn lӟp cao hӑFNKyDÿmchia sӁ kiӃn thӭFÿӗng hành và giúp tôi trong quá trình hӑc tұSFNJQJQKѭKRjQWKjQKOXұn YăQ &XӕLFQJW{L[LQÿѭӧFEj\WӓOzQJELӃWѫQVkXVҳFWӟLJLDÿuQKEҥQEqÿm OX{QÿӝQJYLrQNKtFKOӋKӛ WUӧFҧYӅPһWYұWFKҩWFNJQJQKѭ WLQKWKҫQÿӇW{LFyÿӫ QJKӏOӵFKRjQWKjQKOXұQYăQWKҥFVƭ. ;LQQKkQWKjQKFҧPѫQ Tp.HCM, tháng 01 QăP LÊ ĈÎ1+&+,ӂ148Ӕ& ii TÓM TҲT LUҰ19Ă1 Trong sӕ các sҧn phҭm chӃ biӃn tӯ tôm xuҩt khҭu, tôm chiên Tempura là mӝt trong nhӳng sҧn phҭm có giá trӏ JLDWăQJFDRQKҩt. ViӋc chiӃt xuҩt dҫu tӯ tôm Tempura VDXNKLFKLrQOX{Qÿѭӧc xem là mӝt trong nhӳng yӃu tӕ quan trӑng nhҩWÿӇ ÿiQKJLi chҩWOѭӧng cӫa sҧn phҭPQj\ĈLӅu này sӁ ҧQKKѭӣQJÿӃn chҩWOѭӧQJW{PQKѭÿӝ WKѫPQJRQNK{QJJk\Fҧm giác béo ngұy cho khách, tác dөng phө cӫa dҫu chiên bên trong tôm. Tuy nhiên, hiӋQQD\FKѭDFyWKLӃt bӏ ÿiSӭQJÿѭӧc yêu cҫu chiӃt xuҩt dҫu thành phҭm. Dây chuyӅn chiên tôm Tempura (phiên bҧn 1) do nhóm nghiên cӭu Bio-Mech Lab chuyӇQJLDRFKRNKiFKKjQJÿDQJVӱ dөng thuұWWRiQÿLӅu khiӇn vòng hӣ ÿӇ sҩy tôm thành phҭm. Vì vұ\ÿӕi vӟi vҩQÿӅ này hiӋu quҧ không cao, phҧi xác minh cө thӇ Oѭӧng dҫu rút trong tôm. Tempura tôm sau khi chiên vүn còn nhiӅu dҫu bên trong tôm. Vì vұy, hiӋQWѭӧng này cҫQÿѭӧc cҧi thiӋQÿӇ tӕLѭXKyDYLӋc hút dҫu trong tôm FKLrQÿӇ nâng cao chҩWOѭӧng tôm. Nghiên cӭXQj\ÿӅ xuҩWSKѭѫQJSKiSWӕLѭXKyDÿӇ kiӇm soát các thông sӕ cӫa hӋ thӕng thoát dҫu trong tôm chiên Tempura. TұSWUXQJÿiQKJLiYjFҧi thiӋn các thông sӕ trên module xҧ dҫXQKѭWӕFÿӝ di chuyӇn cӫDEăQJFKX\Ӆn tôm, nhiӋWÿӝ sҩ\OѭXOѭӧng gió, tӕFÿӝ JLyKѭӟQJJLy7K{QJTXDSKѭѫQJSKiSlӵa chӑn thuұt WRiQÿLӅu khiӇn hӧSOêÿӇ ÿLӅu khiӇn (Vd. PID hoһc Fuzzy hoһc GA vӟi nhiӅu bӝ chӍ WLrXÿҫu vào khác nhau) các thông sӕ quan trӑng quyӃWÿӏnh chҩWOѭӧng tôm thành phҭm. Nghiên cӭu này sӁ góp phҫn nâng cao chҩWOѭӧng tôm Tempura thành phҭm theo chӍ WLrXOѭӧng dҫu chiӃt xuҩt tӯ W{PWUѭӟc và sau khi áp dөng bӝ ÿLӅu khiӇn. KӃt quҧ cӫa nghiên cӭXQj\FNJQJVӁ ÿѭӧc kiӇm chӭQJYjÿiQKJLiWK{QJTXD phҫn mӅm mô phӓQJQKѭ$16<6Yjÿѭӧc thӵc nghiӋm trên dây chuyӅn chiên tôm Tempura (phiên bҧn 2) do nhóm nghiên cӭu Bio-Mech Lab chӃ tҥRÿӇ ÿiQKJLiFKҩt Oѭӧng tôm Tempura. iii ABSTRACT Among exporting shrimps processing products, Tempura frying shrimp is one of the most products with the highest added value. Extracting oil from the finishing tempura shrimps is always considered one of the most important factor to evaluate the quality of this product. This will effect to the quality of the shrimps as deliciousness, non-greasy feeling for customers, side effect of the oil inside the shrimps. However, in currently, these is not equipment which can meet the requirements of extracting oil from finished products. The Tempura shrimp frying line (version 1) transferred by the Bio-Mech Lab research team to the customer is using an open-loop control algorithm to dry the finished shrimp. So, with this issue the efficiency is not high, specifically verified the amount of drained oil in shrimp. Tempura shrimps after frying still remain a lot of oil inside the shrimps. So, this phenomenon needs to be improved to optimize the oil extraction in the fried shrimps to improve the quality of the shrimps. This research proposes the optimization method for controlling parameters of the oil draining system in tempura fried shrimps. Focusing on evalution and improvement the parameters on the oil draining module such as: moving speed of shrimp conveyor belt, drying temperature, air flow, air speed, air direction, etc. Through the ssecel method of a reasonable control algorithm to control (Ex PID or Fuzzy or GA with many different input indicators sets) important parameters determine the quality of the finished shrimps. This research will contribute to improve the quality of the finish tempura shrimps according to the criteria of the amount of oil extracted from the shrimp before and after applying the controller. The results of this study will also be verified and evaluated through simulation software such as ANSYS and tested on the The Tempura shrimp frying line (version 2) manufactured by the Bio-Mech Lab research team to evaluate the quality of tempura shrimps. iv LӠ,&$0Ĉ2$1 7{LFDPÿRDQFiFNӃt quҧ nghiên cӭXÿѭDUDWURQJOXұQYăQQj\Gӵa trên các kӃt quҧ WKXÿѭӧc trong quá trình nghiên cӭu cӫa riêng tôi. Nӝi dung cӫa luұQYăQFyWKDPNKҧo và sӱ dөng mӝt sӕ thông tin, tài liӋu, hình ҧnh tӯ các nguӗn sách, bài báo khoa hӑc, tҥSFKtZHEVLWHÿѭӧc liӋt kê trong danh mөc các tài liӋu tham khҧo. 1ӃXSKiWKLӋQFyEҩWNǤVӵJLDQOұQQjRW{L[LQKRjQWRjQFKӏXWUiFKQKLӋPYӅ QӝLGXQJOXұQYăQFӫDPuQK7UѭӡQJÿҥLKӑF%iFK.KRD73+&0NK{QJOiên quan ÿӃQQKӳQJYLSKҥP QӃXFy YӅWiFTX\ӅQEҧQTX\ӅQGRW{LJk\UDWURQJTXiWUuQK WKӵFKLӋQ TP. HCM, tháng 01 QăP22 /ÇĈÎ1+&+,ӂ148Ӕ& v MӨC LӨC NHIӊM VӨ LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ. vi &KѭѫQJ7ӘNG QUAN VÀ Ĉӎ1++ѬӞNG NGHIÊN CӬU.1 GIӞI THIӊ8Ĉӄ TÀI .2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CӬ81*2¬,1ѬӞC.1 Dòng sҧn phҭm chiên GEA EasyFry cӫa công ty Giҧi pháp thӵc phҭm GE (Hà Lan).2 Máy chiên tôm Tempura cӫa công ty PF MAX COMPANY (Nhұt Bҧn) [4].3 Máy chiên tôm Tempura cӫa công ty Ding-+DQ0DFKLQHU\&R/WG ĈjL Loan) [6].4 ROBOT chiên tôm Tempura cӫa công ty Nachi (Nhұt Bҧn) [9].5 HӋ thӕng sҩ\QJNJFӕc ӭng dөng thuұWWRiQÿLӅu khiӇn GODFIP (Genetic Optimization Dual Fuzzy Immune PID) cho máy sҩ\QJNJFӕc IRC [10].3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CӬ87521*1ѬӞC .1 Các loҥi máy làm ráo dҫX WKHR QJX\rQ Oê O\ WkP ÿѭӧc sҧn xuҩt trong Qѭӟc.2 Các loҥi máy chiên thӵc phҭP WKHR EăQJ WҧL ÿѭӧc sҧn xuҩt trong Qѭӟc.4 KӂT LUҰN CHUNG Vӄ TÌNH HÌNH NGHIÊN CӬU TRONG VÀ 1*2¬,1ѬӞC.1 Mөc tiêu tәng quát .6 ĈӔ,7ѬӦNG VÀ PHҤM VI NGHIÊN CӬU .2 Phҥm vi nghiên cӭu .1 DÂY CHUYӄN CHIÊN TÔM TEMPURA TҤI CÁC DOANH NGHIӊP CHӂ BIӂN THӪY HҦI SҦN .2 Mô tҧ dây chuyӅn .2 NHҰN DҤNG Hӊ THӔNG 9¬ѬӞ&/ѬӦNG THAM SӔ .1 Nhұn dҥng mô hình hӋ thӕng [16] .2 0{KuQKWƭQKYjP{KuQKÿӝng .3 GIҦI THUҰ7Ĉ,ӄU KHIӆN PID .1 Nguyên lý bӝ ÿLӅu khiӇn PID [17] .2 Tinh chӍnh thông sӕ bӝ ÿLӅu khiӇn PID sӱ dөng giҧi thuұt Fuzzy [18] 28 2.4 GIҦI THUҰT DI TRUYӄN (GA: GENETIC ALGORITHM) [19] [20] .1 Mô hình giҧi thuұt di truyӅn .2 6ѫÿӗ thӵc hiӋn giҧi thuұt di truyӅn . 30 &KѭѫQJ  &È& 3+ѬѪ1* 3+È3 Ĉ,ӄU KHIӆN SӰ DӨ1* 7521* Ĉӄ TÀI NGHIÊN CӬU .1 &iFSKѭѫQJSKiSÿLӅu khiӇn tӕFÿӝ ÿӝQJFѫ .2 Lӵa chӑn thiӃt bӏ ÿLӅu khiӇn tӕFÿӝ EăQJWҧi phù hӧp vӟi hӋ thӕng.2 3+ѬѪ1*3+È3Ĉ,ӄU KHIӆN NHIӊ7ĈӜ TRÊN Hӊ THӔNG.1 Giӟi thiӋXSKѭѫQJSKiSÿLӅu khiӇn nhiӋWÿӝ trên hӋ thӕng.2 Nguyên lê hoҥWÿӝng cӫa bӝ ÿLӅu khiӇn nhiӋWÿӝ dҥng tích hӧp.3 Lӵa chӑn bӝ ÿiӅu khiӇn nhiӋWÿӝ phù hӧp vӟi hӋ thӕng.3 3+ѬѪ1*3+È3Ĉ,ӄU KHIӆ1/Ѭ8/ѬӦNG GIÓ.1 Giӟi thiӋXSKѭѫQJSKiSÿLӅu khiӇQOѭXOѭӧng trên hӋ thӕng [25].2 Lӵa chӑn bӝ ÿLӅu khiӇQOѭXOѭӧng phù hӧp vӟi hӋ thӕng.1 KHҦO SÁT DÂY CHUYӄN CHIÊN TÔM TEMPURA (PHIÊN BҦN 1).2 &Ѫ6Ӣ LÝ THUYӂ7Ĉӆ GIҦI QUYӂT VҨN Dӄ.1 Mô phӓng CFD (Computational Fluid Dynamics).2 3KѭѫQJSKiSKӗi quy tuyӃn tính.1 ThiӃt kӃ cөm sҩy cho hӋ thӕng chiên tôm Tempura.2 KӃt quҧ mô phӓng trên phҫn mӅm ANSYS cho cөm sҩy tôm.3 Thӵc nghiӋm trên dây chuyӅn chiên tôm Tempura.ӂT LUҰ19¬+ѬӞNG PHÁT TRIӆN .2 +ѬӞNG PHÁT TRIӆN CӪ$Ĉӄ TÀI . 112 TÀI LIӊU THAM KHҦO . 116 viii DANH MӨC HÌNH ҦNH +uQK7{P7HPSXUDVDXNKLFKLrQÿӏnh hình trên dây chuyӅn [2].2 Dòng sҧn phҭm GEA EasyFry cӫa công ty GE [3].3 HӋ thӕng sҩy tôm sau khi chiên trên dây chuyӅn chiên tôm Tempura cӫa công ty PF MAX COMPANY [5].4 Dòng sҧn phҭm thiӃt bӏ sҩy dҫu DH507W cӫa công ty Ding-Han Machinery [7].5 Cөm làm ráo dҫu cӫa dòng sҧn phҭm thiӃt bӏ sҩy dҫu DH507 cӫa công ty Ding-Han Machinery [8].6 ROBOT chiên tôm Tempura cӫa công ty Nachi [9].7 KiӃn trúc cӫa mô hình NARX [10].8 Cҩu trúc cӫa bӝ ÿLӅu khiӇn GODFIP [10].9 Máy làm ráo dҫu do công ty TNHH Thành Trung giӟi thiӋu [11].10 Máy chiên tôm Tempura do Công ty TNHH Kӻ NghӋ Thӵc Phҭm Sài Gòn chӃ tҥo [12].11 Dây chuyӅQPi\FKLrQEăQJWҧi do Công ty công nghӋ và thiӃt bӏ 9ƭQK Phát chӃ tҥo [13].1 Hình ҧnh thiӃt kӃ hӋ thӕng sҩy ráo dҫu cho tôm chiên Tempura [2] .2 Hình ҧnh thӵc tӃ dây chuyӅQFKLrQW{P7HPSXUDÿmYjÿDQJÿѭӧc nghiên cӭu chӃ tҥo tҥi Trung tâm Nghiên cӭu ThiӃt bӏ và Công nghӋ &ѫ.KRD± 7UѭӡQJĈҥi hӑc Bách Khoa ± Ĉ+4*7S+&0 .22 +uQK0{KuQKÿLӅu khiӇn vòng kín.4 Cҩu trúc bӝ ÿLӅu khiӇn PID .5: Sѫÿӗ khӕi cӫa bӝ ÿLӅu khiӇn PID mӡ tӵ ÿLӅu chӍnh .29 +uQK/ѭXÿӗ thӵc hiӋn giҧi thuұt di truyӅn.1 Mӝt sӕ bӝ WKD\ÿәLÿLӋn áp 3 pha và 1 pha có trên thӏ WUѭӡng.2 Mӝt sӕ nhà sҧn xuҩt và mүu mm biӃn tҫn trên thӏ WUѭӡng [21] .36 +uQK6ѫÿӗ khӕi bên trong cӫa biӃn tҫn [22].37 +uQK6ѫÿӗ kӃt nӕLÿѫQJLҧn biӃn tҫn vӟL3/&ÿӇ ÿLӇu khiӇQÿӝQJFѫ>@ .37 +uQK6ѫÿӗ ÿҩu nӕi cӫa biӃn tҫn Mitsubishi FR-E740 [23].41 ix +uQK6ѫÿӗ khӕi tәng quát viӋc kiӇm soát nhiӋWÿӝ tӵ ÿӝng trong hӋ thӕng.7 Nguyên lê hoҥWÿӝng cӫa bӝ ÿLӅu khiӇn nhiӋWÿӝ ӣ chӃ ÿӝ on/off [2] .49 Hình +ѭӟng dүQÿҩu nӕi thiӃt bӏ I/O vào thiӃt bӏ ÿLӅu khiӇn nhiӋWÿӝ AX4 [2] .50 +uQK6ѫÿӗ ÿҩu nӕi cӫa thiӃt bӏ ÿLӅu khiӇn nhiӋWÿӝ AX4.10 Mӕi quan hӋ giӳa OѭXOѭӧng và vұn tӕc [24].11 Phân bӕ áp suҩt cӫa dòng chҧy có thiӃt bӏ thu hҽp .55 +uQK6ѫÿӗ cҩu tҥo cӫDOѭXOѭӧng kӃ ÿLӋn tӯ .14 ThiӃt bӏ OѭXOѭѫQJOѭӧng theo nguyên lý chênh áp DPT-Flow [26].15 ThiӃt bӏ tҥo chênh lӋch áp suҩWNK{QJNKt)OR;DFWŒ>@ .62 +uQK1JX\rQOêÿRFӫD)OR;DFWŒ>@ .17 Cách thӭc lҳSÿһt DPT-)ORZYj)OR;DFWŒÿӇ ÿROѭXOѭӧng trong ӕng.18 Bӝ ÿLӅu khiӇn tӕFÿӝ ÿӝQJFѫSKD AC 220V 4kW model BT-4000 [28] .19 PLC FX2N-48MR .66 +uQK6ѫÿӗ khӕi các thiӃt bӏ cӫa hӋ thӕQJÿLӅu khiӇQEăQJWҧi sҩy ráo dҫu.2 Hình ҧnh dây chuyӅn (phiên bҧn 1) .3 Các yӃu tӕ cҩu thành mô phӓng CFD [30].4 Phân loҥi theo dҥng mô hình toán hӑc mӝt sӕ vҩQÿӅ FѫEҧn cӫa CFD [31] .5 Tәng quát quy trình kiӇm tra (verification) và kiӇm nghiӋm (validation) mô phòng CFD [32].6 Giao diӋn bҧng nhұp thông sӕ trong phân tích hӗi quy tuyӃn tính trên phҫn mӅm IBM SPSS [33].7 Bҧng Coefficients trong phҫn mӅm IBM SPSS [33].8 Quҥt sҩy gió nóng công nghiӋp Fred FR-C3/1 .11: PhӉu và nón chia gió .12 &iFNtFKWKѭӟc cӫa phӉu và nón chia gió .tFKWKѭӟc cӫa các lӛ thoát gió và phân bӕ các lӛ thoát gió trên mһWÿi\ phӉu.14 Tóm tҳt trình tӵ thӵc hiӋn mô phӓng trên phҫn mӅm ANSYS.15 Mô hình mô phӓng trên phҫn mӅm ANSYS .16 Mô hình mô phӓQJVDXNKLFKLDOѭӟi trên phҫn mӅm ANSYS .17 Các thông sӕ chính cӫDOѭӟi chia trên phҫn mӅm ANSYS .18 Giao diӋn trên phҫn mӅm ANSYS thiӃWÿһt thông sӕ cho Inlet.19 Giao diӋn trên phҫn mӅm ANSYS thiӃWÿһt thông sӕ cho Outlet.20 Giao diӋn trên phҫn mӅm ANSYS thiӃWÿһt thông sӕ cho Symmetry.21 Ba vӏ WUtÿҥi diӋn cho các lӛ thoát khí trên toàn bӝ mһt outlet.22 Giao diӋn trên phҫn mӅm ANSYS thiӃWÿһWFKRFKѭѫQJWUuQKVROYHU .23 Giao diӋn trên phҫn mӅm ANSYS sau khi chҥy trình Solver.24 Stremline cӫa vұn tӕc gió trong cөm sҩy.25 BiӇXÿӗ ÿRYұn tӕc mһt phҷng thoát khí (outlet) cӫa cөm sҩy.