Thiết kế và thi công mô hình hệ thống sấy mít

Thiết kế và thi công mô hình hệ thống sấy mít Thiết kế và thi công mô hình hệ thống sấy mít Thiết kế và thi công mô hình hệ thống sấy mít Thiết kế và thi công mô hình hệ thống sấy mít Thiết kế và thi công mô hình hệ thống sấy mít

Mục tiêu đề tài

Mục tiêu đạt được sau khi hoàn thành đề tài “Thiết kế và thi công mô hình hệ thống sấy mít” do sinh viên thiết kế:

Mô hình hệ thống sấy lát mít mới được thiết kế với khả năng hoạt động ổn định và tối ưu hơn so với các hệ thống sấy lát mít trước đây.

 Kết nối và sử dụng được các cảm biến và các cơ cấu chấp hành

 Thiết kế tối ưu, nhỏ gọn, thẩm mỹ hợp lí và hoạt động ổn định, dễ thao tác và sử dụng

 Có thực hiện phân quyền: quyền admin, quyền quản lý, quyền thực hành

Để đảm bảo hiệu quả trong quá trình sấy mít, cần phải kiểm soát và cài đặt các thông số quan trọng như nhiệt độ sấy, thời gian sấy, trọng lượng của từng bao mít và tình trạng hoạt động của hệ thống.

 Xem xét và chọn được mô hình hệ thống, thiết bị phù hợp để thiết kế hệ thống Đảm báo về cả chi phí, chất lượng và an toàn

 Độ linh hoạt cao dễ dàng tháo lắp bảo trì và sửa chữa

 Lập trình hệ thống chạy ổn định, chính xác, tối ưu các thiết bị, điều khiển và quản lý hệ thông trên SCADA.

Nội dung nghiên cứu và giới hạn đề tài

Nội dung nghiên cứu

 Nghiên cứu về các nguyên lý sấy, các phương pháp sấy, tìm hiểu về thời gian, nhiệt độ sấy và kích thước của các loại nông sản

 Tìm hiểu và lựa chọn các loại thiết bị tín hiệu, các cơ cấu chấp hành để phù

 Thiết kế giao diện HMI để hiển thị, giám sát và điều khiển hệ thống

 Sử dụng bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 để điều khiển hoạt động của mô hình.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơ sở lý thuyết

Một hệ thống sấy nông sản phải đạt được những yêu cầu cơ bản sau:

 Dễ dàng điều khiển, vận hành

 Hệ thống làm việc ổn định, đúng năng suất được yêu cầu

 Lắp đặt, sửa chữa đơn giản

 Vận hành hệ thống bằng 2 chế độ AUTO và MANUAL

 Sản phẩm được sấy đều, đủ yêu cầu về chất lượng độ ẩm

 Khối lượng từng bịch thành phẩm phải chính xác theo khối lượng đặt

Sấy là quá trình loại bỏ độ ẩm khỏi vật liệu thông qua nhiệt, được cung cấp bằng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc năng lượng điện trường cao tần Mục tiêu của sấy là giảm khối lượng và độ ẩm của vật liệu, từ đó tăng cường độ bền và khả năng bảo quản.

Trong quá trình sấy, nước bay hơi ở nhiệt độ bất kỳ thông qua khuếch tán do sự chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu, cùng với sự chênh lệch áp suất hơi nước tại bề mặt và môi trường xung quanh Quá trình sấy không ổn định, với độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian.

Sấy là phương pháp làm khô thực phẩm có lịch sử lâu dài và hiện diện trong nhiều loại thực phẩm Mỗi nguyên liệu với đặc tính riêng sẽ yêu cầu các phương pháp sấy khác nhau Có hai phương thức chính trong phân loại phương pháp sấy.

Sấy tự nhiên là phương pháp sấy truyền thống, sử dụng năng lượng tự nhiên như ánh nắng mặt trời và gió để bay hơi nước Phương pháp này cho phép điều chỉnh nhiệt độ theo yêu cầu kỹ thuật, nhưng thường dẫn đến năng suất thấp và làm chậm tiến độ kinh doanh trong nông nghiệp.

Hình 2.1: Phương pháp phơi khô tự nhiên

Sấy nhân tạo là quá trình sử dụng thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm, nhằm bảo quản thực phẩm lâu dài mà không bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài Có nhiều phương pháp sấy khác nhau như sấy thăng hoa, sấy tuần hoàn khí nóng, sấy bơm nhiệt, sấy lạnh và sấy năng lượng mặt trời, mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng, giúp người dùng lựa chọn phù hợp cho từng loại sản phẩm cụ thể.

Sấy thăng hoa, hay còn gọi là làm khô lạnh, là một kỹ thuật khử nước hiệu quả, thường được áp dụng để bảo quản nguyên liệu và thực phẩm Phương pháp này không chỉ giúp dễ dàng trong việc vận chuyển mà còn giữ lại các phẩm chất vốn có của sản phẩm ban đầu.

Công nghệ sấy thăng hoa giúp bảo toàn chất lượng sản phẩm, giữ nguyên các thành phần dinh dưỡng, hoạt chất sinh học, màu sắc, mùi vị mà không bị phá hủy Sản phẩm sau khi sấy vẫn giữ được độ xốp mềm, có khả năng nở trở lại khi ngâm vào nước, gần giống như nguyên liệu ban đầu.

Công nghệ sấy thăng hoa bảo toàn gần như toàn bộ thành phần dinh dưỡng của sản phẩm, bao gồm protein, lipid, glucid, vitamin, enzyme và các hoạt chất sinh học Phương pháp này giúp giữ nguyên màu sắc, mùi vị và các đặc tính quan trọng khác của thực phẩm, tránh sự phá hủy trong quá trình chế biến.

Sấy thăng hoa là phương pháp hiệu quả giúp sản phẩm duy trì cấu trúc vật lý và hóa học, mang lại độ xốp cho sản phẩm mà không bị xẹp như các phương pháp sấy khác Khi ngâm vào nước, sản phẩm sẽ hoàn ẩm và trương nở trở lại, gần giống như nguyên liệu ban đầu.

 Sản phẩm sau khi sấy thăng hoa có độ ẩm rất thấp 1-5% nên bảo quản được lâu hơn

 Khi gia nhiệt sẽ tăng áp suất khí gas dễ xảy ra nổ ống dẫn khí

 Chi phí thiết bị và chuyển giao công nghệ còn cao

 Buồng sấy và buồng cấp đông là 1 nên phải bọc bảo ôn khiếp khó chế tạo, bảo hành, bảo trì

 Hệ thống điều khiển phức tạp, ít ổn định

 Ứng dụng thực tế của hệ thống sấy thăng hoa:

Sấy thăng hoa là một phương pháp quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất sữa bột và trà, nhờ vào khả năng giữ nguyên hương vị sản phẩm khi hòa vào nước.

Sấy bơm nhiệt là phương pháp sử dụng hệ thống bơm nhiệt kết hợp với bộ cấp nhiệt phụ để điều chỉnh chính xác nhiệt độ sấy trong buồng sấy Phương pháp này không chỉ giúp làm khô không khí trước khi đưa trở lại buồng sấy mà còn tận dụng nguồn nhiệt từ bơm nhiệt để làm nóng khí sấy Nhờ đó, sấy bơm nhiệt có khả năng tiết kiệm đến 80% điện năng so với các phương pháp sấy thông thường.

 Tiết kiệm điện năng hơn 80% so với sấy nhiệt

 Chất lượng sản phẩm đáp ứng được nhu cầu trên thị trường

 Sấy được các dòng sản phẩm cao cấp đòi hỏi mức nhiệt thấp

 Giữ được màu sắc đối với các loại thực phẩm

 Sản phẩm sấy còn nguyên vẹn, không bị biến dạng

 Sấy công suất lớn, mỗi mẻ sấy có thể đến vài tấn sản phẩm

 Chi phí đầu tư ban đầu khá cao

 Chiếm diện tích, cần có một kho lớn để đặt máy

 Chỉ áp dụng vào sản xuất dạng công nghiệp đối với ngành thực phẩm

 Công suất lớn, cần nguồn điện 3 pha với dòng sấy thực phẩm

 Ứng dụng thực tế của hệ thống sấy bơm nhiệt:

 Hệ thống sấy bơm nhiệt được sử dụng rộng rãi trong ngành sấy nhiệt, cụ thể như:

Ngành sấy khô quần áo ngày càng trở nên quan trọng với sự phát triển của máy sấy quần áo hiện đại Những chiếc máy này không chỉ đơn thuần quay ly tâm để tách nước mà còn sử dụng hệ thống sấy bơm nhiệt, giúp tạo ra luồng khí nóng vào buồng sấy Khi quần áo còn độ ẩm nhất định, hệ thống này hoạt động hiệu quả, thu lại hơi nóng và tách nước qua quá trình làm mát Không khí khô sau đó được đưa trở lại buồng sấy, mang lại hiệu quả cao trong việc sấy khô quần áo, chăn màn và khăn.

Ngành công nghiệp gỗ hiện nay cho thấy hiệu quả cao khi mỗi mẻ sấy có khả năng xử lý một lượng lớn gỗ, đồng thời tiêu thụ điện năng ở mức thấp Quy trình sấy liên tục trong thời gian dài giúp tối ưu hóa chi phí, giảm thiểu phụ phí và từ đó nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.

Sấy khô và sấy dẻo thực phẩm là phương pháp phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm, đặc biệt là sấy bơm nhiệt Phương pháp này mang lại hiệu quả cao cho các công ty, xí nghiệp và hộ kinh doanh lớn, cho phép sấy đa dạng sản phẩm như rau củ, thịt cá, ngũ cốc, thuốc và hoa trà.

Sấy lạnh là phương pháp sử dụng không khí khô với nhiệt độ thấp hơn so với sấy thông thường, thường dao động từ 35-65 độ C và độ ẩm không khí khoảng 10-30% Phương pháp này giúp bảo quản sản phẩm lâu dài hơn.

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Tính toán và bản vẽ

3.3.1 Yêu cầu về phần cứng cơ khí

Để đảm bảo mô hình vận hành hiệu quả theo quy trình hệ thống, phần cơ khí bao gồm năm thành phần chính: thùng sấy, máng hứng sản phẩm, băng tải vít chia sản phẩm, hệ thống cân và đóng gói, cùng với chân đế.

 Thùng sấy nhiệt: gồm 2 khay đựng sản phẩm sấy, bên cạnh là bóng sấy và cảm biến nhiệt

Máng hứng sản phẩm được đặt dưới cửa tự động của thùng nhiệt, giúp thu gom sản phẩm sau khi quá trình sấy hoàn tất Khi sản phẩm được sấy xong, cơ chế gạt bên trong thùng sẽ đẩy sản phẩm xuống máng hứng này.

 Băng tải: Được đặt ở bên dưới máng hứng Băng tải hoạt động sẽ di chuyển sản phẩm từ máng hứng xuống hệ thống cân

 Hệ thống cân và đóng gói: Đặt ở dưới mép của băng tải để nhận sản phẩm và đóng gói sản phẩm

Chân đế của hệ thống bao gồm các thành phần như thùng sấy, máng hứng sản phẩm, băng tải vít, hệ thống cân và đóng gói Chiều cao thiết kế được tối ưu để người vận hành có thể dễ dàng thực hiện công việc đóng gói, đồng thời chiều rộng đủ để đặt bảng điều khiển Để đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, nhóm đã đề ra các yêu cầu cụ thể về phần cứng cơ khí.

 Lỗ thông khí ở thùng sấy phải đúng kích thước để tránh việc tổn hao nhiệt độ hoặc không kịp thoát nhiệt

 Chiều cao của gá đỡ động cơ đẩy sản phẩm của thùng sấy phải cao bằng với vị trí nằm của thanh đẩy sản phẩm

 Cửa tự động của thùng sấy phải đóng mở chính xác nhằm tránh việc hở cửa làm tổn hao nhiệt

 Ngoài ra việc gia công hệ thống phải giúp vận hành ổn định chắc chắn, tránh việc bị móp méo trong quá trình vận hành

Mô hình hệ thống cho phép sức chứa tối đa của 2 khay lên đến 3 kg nguyên liệu Hai khay này được phủ một lớp sơn chống dính và thiết kế với nhiều lỗ nhỏ, giúp sản phẩm khô ráo và tránh tình trạng đọng nước.

Vị trí của bóng sấy và cảm biến được thiết kế hợp lý, giúp dễ dàng tháo lắp cho việc bảo trì, sửa chữa và vệ sinh sau mỗi lần sử dụng.

Sau khi sấy, sản phẩm sẽ được di chuyển nhờ cơ cấu truyền động của vít me, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Cơ cấu này tích hợp cả hai khay, giúp đẩy sản phẩm ra khỏi khay một cách hiệu quả.

Nhóm thiết kế thùng sấy có 2 cửa gồm: Cửa tay và cửa tự động

 Cửa tay được sử dụng như 1 cửa để tiếp liệu sản phẩm, cụ thể khay chứa sẽ được đưa vào từ cửa này

 Cửa tự động được sử dụng sau khi hoàn thành sấy sẽ tự động mở để sản phẩm được đẩy ra ngoài

Hình 3.2: Thùng sấy và khay sấy được vẽ trên phần mềm SolidWork

 Cấu tạo thùng sấy và khay:

- Thùng sấy và khay được làm bằng inox 304 với độ dày 1mm

- Bên trong thùng sấy bao gồm vị trí đặt của bóng sấy, cảm biến, khay đựng sản phẩm và thanh đẩy

- Tại mỗi mặt thùng có 2 tấm inox được cách nhau bởi 1 miếng cách nhiệt dày 10mm

Kích thước thùng sấy 250*350*350mm

3.3.1.2 Hệ thống đấy sản phẩm trong thùng

Hình 3.3: Thanh đẩy, vítme, mặt đẩy và đỡ mặt bích

- Chất liệu inox không gỉ

- Kích thước thanh đẩy: đường kính =5mm, chiều dài 250mm

- Kích thước vítme: đường kính =8mm, chiều dài 220mm

- Kích thước mặt đẩy: 30*213mm

- Kích thước mặt bích: bán kính lỗ nhỏ =7mm, bán kính lỗ lớn mm, chiều dài 107mm

Hình 3.4: Bạc lót trục và mặt bích

- Chất liệu inox không gỉ

- Kích thước bạc lót trục đường kính trong =8mm, đường kính ngoài mm, đường kính giữa mm, chiều dài 16mm

- Kích thước mặt bích: đường kính ngoài 'mm, đường kính trong mm, đường kính 4 lỗ nhỏ =3.5mm

3.3.1.3 Hệ thống kéo cửa tự động

- Đường kính Piston của xy lanh khí 40mm

- Chiều dài Stroke của xy lanh khí 100mm

- Kích thước cổng của xy lanh khí 13mm

- Chât liệu của xy lanh khí là Nhôm

Hình 3.6: Phễu hứng sản phẩm

- Chất liệu inox không gỉ

- Hình thang cân: đáy bé 52mm, đáy lớn 280mm, cạnh bên 187mm

3.3.1.5 Băng tải và khung băng tải

- Chất liệu bằng nhựa cứng với kích thước 60x700mm

- Dây băng tải làm bằng PVC độ dày 2mm, màu xanh lá

- Rolo nhựa kéo băng tải

- Sử dụng động cơ 24VDC

- Kích thước đầu vào sản phẩm: 50*80mm

- Kích thước đầu ra sản phẩm:60*70mm

- Chất liệu inox không gỉ, có 4 chân để cố định vào băng tải

3.3.1.6 Hệ thống cân sản phẩm

Hình 3.9: Mặt cân và mặt đẩy của hệ thống cân

- Kích thước mặt cân 100*150*150mm

- Kích thước mặt đẩy của hệ thống cân 150*150mm

- Kích thước miếng kê loadcell 30*95*33mm.

Bản vẽ kết nối mạch điện

Hình 3.12: Sơ đồ động lực của hệ thống.

Lựa chọn phần cứng

Yêu cầu cần đạt của hệ thống sau khi thiết kế là:

 Đạt được tỉ lệ sai số khối lượng cho phép chỉ ở 5%

 Hệ thống đảm bảo việc sấy các lát mít ổn định, không để tình trạng nhiệt độ đáp ứng chậm dẫn đến ảnh hưởng quy trình

 Thời gian delay cho feedback tín hiệu cảnh báo gần như không có

 Việc đảm bảo thiết bị an toàn và bền trong điều kiện nhiệt độ cao, hoạt động theo chu trình trong thời gian dài

3.2 Đề xuất sơ đồ khối

THI CÔNG HỆ THỐNG

Tính toán và bản vẽ

4.1.1 Thi công thùng sấy và khay sấy

Sau khi hoàn thành mô hình sấy trên Solidworks, nhóm đã tiến hành ghép các mặt thùng sấy thành các tấm lớn để xuất file cắt CNC Mục tiêu là đảm bảo độ chính xác và nhanh chóng cho phần cứng của hệ thống, nhằm giảm thiểu sai lệch trong quá trình hàn ghép.

Hình 4.1: Một trong các file cắt

Dùng những mặt vừa cắt CNC để lắp ghép và hàn lại thành thùng sấy hoàn chỉnh

4.1.2 Thi công hệ thống đẩy sản phẩm

Sử dụng khớp nối trục để nối trục động cơ bước NEMA 17 và vít-me

Một đầu vít me cố định vào mặt bích cùng 2 đầu thanh pusher, đầu còn lại của 2 thanh pusher đưa vào trong thùng sấy

4.1.3 Thi công hệ thống của tự động

Hình 4.8: Hệ thống cửa tự động

Hệ thống cửa tự động được gia công tương tự như thùng sấy, gồm giá đỡ có trục xoay tích hợp cùng xy lanh khí nén

Khi thời gian sấy được cài đặt sẵn kết thúc, xy lanh khí sẽ được kích hoạt cửa tự động mở ra và pusher bắt đầu đẩy sản phẩm

4.1.4 Thi công phễu hứng sản phẩm

Hình 4.9: Phễu hứng sản phẩm

Phễu hứng sản phẩm được chế tạo tương tự như thùng sấy, với hai cạnh bên được chấn đều và hàn vào mặt còn lại Phễu được cố định bằng ốc vào khung, đảm bảo miệng phễu sát mép dưới cửa tự động, giúp hứng sản phẩm một cách hiệu quả mà không bị rơi ra ngoài.

Mặt đáy của phễu nối với miệng khung băng tải

4.1.5 Thi công băng tải và khung băng tải

Băng tải sử dụng động cơ Step để điều khiển

Dùng 2 thanh inox chữ L chiều dài 400mm làm khung đỡ cho băng tải, lắp dây băng tải, ru lô và động cơ cố định, chắc chắn lên khung băng tải

4.1.6 Thi công hệ thống cân

4.1.7 Thi công hệ thống đóng gói

Tại hệ thống đóng gói, nhóm đã sử dụng một cảm biến hồng ngoại để kiểm tra xem bọc nilon đã được đặt đúng vị trí hay chưa Nếu cảm biến phát hiện túi nilon đã ở vị trí tiếp liệu, quy trình đóng gói sẽ tiếp tục diễn ra.

Xi lanh sẽ thực hiện đẩy sản phẩm

Hình 4.13: Hệ thống đóng gói

Xác định các vị trí của các thiết bị trong tủ điện như PLC, nguồn tổ ong, Driver,

Sau khi xác định vị trí, ta tiến hành khoan và lắp đặt các thiết bị trên thanh rail nhôm

Khoan và lắp đặt hệ thống đèn cùng nút nhấn trên nắp tủ, đồng thời sử dụng domino và máng cáp để đi dây điện, đảm bảo tính thẩm mỹ cho tủ Dưới mô hình, cần có mặt chứa cơ cấu chấp hành (van khí), bộ chuyển đổi (khối lượng, nhiệt độ) và SSR, giúp hệ thống đi dây gọn gàng, có tổ chức, từ đó dễ dàng tháo lắp và bảo trì nhanh chóng.

Hình 4.15: Các bộ chuyển đổi, cơ cấu chấp hành và tủ điện hệ thống

Mô hình hoàn thiện sau khi lắp ráp

 Phần 2: Cân chia sản phẩm

 Phần 3: Đóng gói sản phẩm

KẾT QUẢ

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Kết luận

Hình 6.1: Toàn cảnh mô hình hệ thống sấy

Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài, nhóm đã hoàn thành và đáp ứng yêu cầu đề ra Phần cứng hoạt động ổn định, không xảy ra hiện tượng chập cháy hay thiếu an toàn trong quá trình vận hành Đề tài cho phép người sử dụng giám sát nhiệt độ sấy, khối lượng đóng gói và trạng thái hoạt động của từng khâu Hệ thống đạt được những cải tiến so với máy sấy thông thường, như tự động đẩy sản phẩm ra khỏi thùng sau khi hoàn thành sấy, giúp người sử dụng an toàn hơn, tránh tiếp xúc trực tiếp với không khí nóng và sản phẩm mới sấy.

Về phần chuyên môn nhóm chúng em cũng đạt được những thành công sau:

 Giám sát, điều khiển hệ thống thông qua giao diện SCADA tốt

 Thực hiện mô hình ứng dụng Step motor hoạt động ổn định và chính xác

Nắm vững cách hoạt động, cài đặt thông số và hiệu chỉnh các cơ cấu chấp hành là rất quan trọng, cùng với khả năng vận hành chúng trong các ứng dụng công nghiệp.

Mặc dù đề tài đã đạt được những thành công nhất định, nhưng vẫn tồn tại một số thiếu sót và hạn chế Hệ thống bán tự động hiện tại yêu cầu sử dụng tay trong quá trình đóng gói, dẫn đến năng suất thấp Kích thước tủ điện bị hạn chế khiến việc đi dây từ các domino đến các thiết bị không được gọn gàng, và việc đánh số dây theo quy ước của nhóm gây khó khăn cho công tác sửa chữa nếu không có bản vẽ Thêm vào đó, hệ thống sấy chưa được trang bị giám sát độ ẩm trực tiếp trong quá trình hoạt động, đây là một trong những nhược điểm lớn nhất mà nhóm đang phải đối mặt.

Hướng phát triển

Từ những nhược điểm của hệ thống thực tế mà nhóm đã thực hiện, nhóm đặt ra những hướng phát triển như sau:

 Cải tiến phần cứng của hệ thống, gia cố thêm chắc chắn và thẩm mỹ

 Nâng cấp khâu đóng gói để đóng gói tự động nâng cao năng suất hoạt động của hệ thống

 Giám sát độ ẩm trực tiếp nhằm giúp đánh giá chất lượng sản phẩm tốt hơn

Có thể tạo ra giao diện website cho phép người quản lý giám sát thiết bị qua mạng và sử dụng camera để theo dõi hoạt động cũng như kiểm tra màu sắc sản phẩm, từ đó đánh giá chất lượng trong quá trình hoạt động.