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

CM
----------------------

TEMPURA SAU KHI CHIÊN
STUDY ON THE OPTIMIZATION METHOD FOR
CONTROLLING PARAMETERS OF THE OIL DRAINING
SYSTEM IN TEMPURA FRIED SHRIMPS
Chuyên ngành:
8520114

TP.


:
-

- HCM

........................................

..................................

.......................................................

ngày 15 tháng 01

2022.

1.
2. TS. Phùng Trí Cơng
3.

4.
5.


-

-

NHI M V LU
MSHV: 1870236

8520114
:N
h
tôm tempura sau khi chiên
Study on the optimization method for controlling parameters of the oil draining
system in Tempura fried shrimps
I.
TÊN

1.
2.
3.
Tempura sau khi chiên
4.
II.
III.

: 06/09/2021
: 12/12/2021

IV.

PGS.TS.

i


L IC M

Lu

Th

c th c hi n t

ng

i H c Bách Khoa

i

h c Qu c Gia Tp. H Chí Minh.
hồn thành lu

lịng bi

n TH Y PGS.TS.

NG QN

cho tơi trong su t q trình th c hi n lu
Tơi xin chân thành c
và các th

ng

nói chung

n tình truy

ng d n, giúp

t nghi p.
y, cô trong B

i H c Bách Khoa

n T nói riêng

i h c Qu c Gia Tp. H Chí Minh

t ki n th c, t o m i

h c t p, nghiên c u và th c hi n lu

u ki n thu n l i cho ho

ng

a tôi.

xin g i l i c
ki n th

c và g i l i c

i các b n l p cao h

ng hành và giúp tơi trong q trình h c t

chia s
n

.

Tp.HCM, tháng 01

LÊ

ii


TÓM T T LU

Trong s các s n ph m ch bi n t tôm xu t kh u, tôm chiên Tempura là m t
trong nh ng s n ph m có giá tr

t. Vi c chi t xu t d u t tôm Tempura

c xem là m t trong nh ng y u t quan tr ng nh
ch

ng c a s n ph

u này s

n ch

m giác béo ng y cho khách, tác d ng ph c a d u chiên bên
trong tôm.
Tuy nhiên, hi

tb

c yêu c u chi t xu t d u thành

ph m. Dây chuy n chiên tơm Tempura (phiên b n 1) do nhóm nghiên c u Bio-Mech
Lab chuy

d ng thu

tơm thành ph m. Vì v
th

iv iv

u khi n vòng h

s y

này hi u qu không cao, ph i xác minh c

ng d u rút trong tơm. Tempura tơm sau khi chiên v n cịn nhi u d u bên trong

tơm. Vì v y, hi

ng này c

nâng cao ch
Nghiên c

c c i thi

t

c hút d u trong tơm

ng tơm.
xu

ki m sốt các thơng s c a

h th ng thốt d u trong tơm chiên Tempura. T
thông s trên module x d
s

i thi n các

di chuy n c

n tơm, nhi

ng gió, t
u khi n h

l a ch n thu t
u khi n (Vd. PID ho c Fuzzy ho c GA v i nhi u b ch

u vào khác nhau) các thông s quan tr ng quy
ph m. Nghiên c u này s góp ph n nâng cao ch
theo ch

ng d u chi t xu t t

K t qu c a nghiên c
ph n m m mô ph

nh ch

ng tôm thành

ng tôm Tempura thành ph m

c và sau khi áp d ng b

u khi n.

c ki m ch
c th c nghi m trên dây chuy n chiên tơm

Tempura (phiên b n 2) do nhóm nghiên c u Bio-Mech Lab ch t

t

ng 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


L

t qu nghiên c
k t qu

a trên các

c trong quá trình nghiên c u c a riêng tơi.
N i dung c a lu

nh t các ngu n sách, bài báo khoa h c, t

o và s d ng m t s thơng tin, tài li u, hình
c li t kê trong danh m c

các tài li u tham kh o.

iên quan

TP. HCM, tháng 01

22

v


M CL C
NHI M V LU
L IC M

............................................................................ i

.............................................................................................................ii

TÓM T T LU

........................................................................................... iii

ABSTRACT ............................................................................................................... iv
L

....................................................................................................... v

M C L C .................................................................................................................. vi
NG QUAN VÀ
1.1 GI I THI

NG NGHIÊN C U................................ 1

TÀI .................................................................................... 1

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN C

C............................................... 4

1.2.1 Dịng s n ph m chiên GEA EasyFry c a công ty Gi i pháp th c ph m
GE (Hà Lan). ....................................................................................................... 4
1.2.2 Máy chiên tôm Tempura c a công ty PF MAX COMPANY (Nh t B n)
[4].

................................................................................................................. 5

1.2.3 Máy chiên tôm Tempura c a công ty DingLoan) [6].............................................................................................................. 7
1.2.4 ROBOT chiên tôm Tempura c a công ty Nachi (Nh t B n) [9]. ......... 10
1.2.5 H th ng s

c ng d ng thu

u khi n GODFIP (Genetic

Optimization Dual Fuzzy Immune PID) cho máy s
1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN C
1.3.1 Các lo i máy làm ráo d

c IRC [10]. ........ 11

C ............................................ 13
c s n xu t trong

c. ............................................................................................................... 13
1.3.2 Các lo i máy chiên th c ph

c s n xu t trong

c. ............................................................................................................... 15
1.4 K T LU N CHUNG V TÌNH HÌNH NGHIÊN C U TRONG VÀ
C. .................................................................................................... 17
1.5 M

TÀI .................................................................................... 17

1.5.1 M c tiêu t ng quát ................................................................................. 17
1.5.2 M c tiêu c th ...................................................................................... 17
vi


1.6

NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U ............................................. 18

1.6.1

ng nghiên c u ............................................................................ 18

1.6.2 Ph m vi nghiên c u ............................................................................... 18
1.7 N I DUNG NGHIÊN C U ........................................................................ 18
1.8

................................................................................ 19
LÝ THUY T .............................................................................. 20

2.1 DÂY CHUY N CHIÊN TÔM TEMPURA T I CÁC DOANH NGHI P
CH BI N TH Y H I S N ............................................................................... 20
2.1.1 Gi i thi u ............................................................................................... 20
2.1.2 Mô t dây chuy n .................................................................................. 21
2.2 NH N D NG H TH NG

NG THAM S ..................... 23

2.2.1 Nh n d ng mơ hình h th ng [16] ......................................................... 23
2.2.2

ng .............................................................. 25

2.3 GI I THU

U KHI N PID ............................................................... 25

2.3.1 Nguyên lý b

u khi n PID [17] ........................................................ 25

2.3.2 Tinh ch nh thông s b

u khi n PID s d ng gi i thu t Fuzzy [18] 28

2.4 GI I THU T DI TRUY N (GA: GENETIC ALGORITHM) [19] [20] ... 29
2.4.1 Mơ hình gi i thu t di truy n .................................................................. 30

2.4.2

th c hi n gi i thu t di truy n ...................................................... 30
U KHI N S

D

TÀI

NGHIÊN C U .......................................................................................................... 33
3.1

U KHI N V N T

I................... 33

3.1.1

u khi n t

........................................ 34

3.1.2 L a ch n thi t b

u khi n t

i phù h p v i h th ng. ..... 36

3.2

U KHI N NHI

3.2.1 Gi i thi
3.2.2 Nguyên l ho
3.2.3 L a ch n b
3.3
3.3.1 Gi i thi

TRÊN H TH NG. ............ 42

u khi n nhi
ng c a b

trên h th ng. .................. 43

u khi n nhi

i u khi n nhi

d ng tích h p. .......... 48

phù h p v i h th ng. ....................... 49

U KHI

NG GIÓ. ................................ 52
u khi

ng trên h th ng [25]. ....... 54
vii

3.3.2 L a ch n b

u khi

ng phù h p v i h th ng. .................... 60

I QUY T V

.......................................................................... 67

4.1 KH O SÁT DÂY CHUY N CHIÊN TÔM TEMPURA (PHIÊN B N
1).

...................................................................................................................... 67

4.2

LÝ THUY

GI I QUY T V N D . ................................... 71

4.2.1 Mô ph ng CFD (Computational Fluid Dynamics)................................ 71
4.2.2

i quy tuy n tính............................................................ 74

4.3 K T QU

C .............................................................................. 80

4.3.1 Thi t k c m s y cho h th ng chiên tôm Tempura. ............................ 80
4.3.2 K t qu mô ph ng trên ph n m m ANSYS cho c m s y tôm. ............. 84
4.3.3 Th c nghi m trên dây chuy n chiên tôm Tempura. ............................ 104
T LU

NG PHÁT TRI N ............................................ 110

5.1 K T LU N ................................................................................................ 110
5.2

NG PHÁT TRI N C

TÀI ..................................................... 112

TÀI LI U THAM KH O ....................................................................................... 113
PH L C 1 ............................................................................................................. 116

viii


DANH M C HÌNH NH
nh hình trên dây chuy n [2]. .......................3
Hình 1.2 Dịng s n ph m GEA EasyFry c a cơng ty GE [3]. ....................................5
Hình 1.3 H th ng s y tôm sau khi chiên trên dây chuy n chiên tôm Tempura c a
công ty PF MAX COMPANY [5]. .............................................................................6
Hình 1.4 Dịng s n ph m thi t b s y d u DH507W c a công ty Ding-Han Machinery
[7]. ...............................................................................................................................8
Hình 1.5 C m làm ráo d u c a dòng s n ph m thi t b s y d u DH507 c a công ty

Ding-Han Machinery [8]. ............................................................................................9
Hình 1.6 ROBOT chiên tơm Tempura c a cơng ty Nachi [9]. .................................10
Hình 1.7 Ki n trúc c a mơ hình NARX [10]. ...........................................................12
Hình 1.8 C u trúc c a b

u khi n GODFIP [10]..................................................12

Hình 1.9 Máy làm ráo d u do công ty TNHH Thành Trung gi i thi u [11]. ...........14
Hình 1.10 Máy chiên tơm Tempura do Công ty TNHH K Ngh Th c Ph m Sài Gịn
ch t o [12]. ...............................................................................................................15
Hình 1.11 Dây chuy

i do Cơng ty công ngh và thi t b

Phát ch t o [13]........................................................................................................16
Hình 2.1 Hình nh thi t k h th ng s y ráo d u cho tôm chiên Tempura [2] .........22
Hình 2.2 Hình nh th c t dây chuy

c nghiên

c u ch t o t i Trung tâm Nghiên c u Thi t b và Công ngh
i h c Bách Khoa

......................................................22

u khi n vịng kín. ....................................................................26
Hình 2.4 C u trúc b
Hình 2.5: S

u khi n PID ........................................................................26

kh i c a b

u khi n PID m t

u ch nh ................................29

th c hi n gi i thu t di truy n. .......................................................31
Hình 3.1 M t s b

n áp 3 pha và 1 pha có trên th

Hình 3.2 M t s nhà s n xu t và m u m bi n t n trên th

ng. ..................35
ng [21] ...................36

kh i bên trong c a bi n t n [22]. .....................................................37
k tn

n bi n t n v

u khi

......37

u n i c a bi n t n Mitsubishi FR-E740 [23]................................41
ix

kh i t ng quát vi c ki m soát nhi
Hình 3.7 Nguyên l ho
Hình

ng d

ng c a b

Hình 3.10 M i quan h gi a

ng trong h th ng. .....43

u khi n nhi

u n i thi t b I/O vào thi t b

u n i c a thi t b

t

u khi n nhi

ch

on/off [2] .......49

u khi n nhi

AX4 [2] .50

AX4. .................................51

ng và v n t c [24]............................................53

Hình 3.11 Phân b áp su t c a dịng ch y có thi t b thu h p ..................................55
c ut oc
Hình 3.13 C u t o c

ng k

n t ....................................................57

ng k turbine .............................................................59

Hình 3.14 Thi t b

ng theo nguyên lý chênh áp DPT-Flow [26]. .......61

Hình 3.15 Thi t b t o chênh l ch áp su

....................62
...........................................................63

Hình 3.17 Cách th c l
Hình 3.18 B

t DPT-

ng trong ng. 63

u khi n t

AC 220V 4kW model BT-4000 [28]

...................................................................................................................................64
Hình 3.19 PLC FX2N-48MR ....................................................................................66
kh i các thi t b c a h th

u khi

i s y ráo d u. ......70

Hình 4.2 Hình nh dây chuy n (phiên b n 1) ...........................................................70
Hình 4.3 Các y u t c u thành mơ ph ng CFD [30].................................................72
Hình 4.4 Phân lo i theo d ng mơ hình tốn h c m t s v

n c a CFD [31]

...................................................................................................................................72
Hình 4.5 T ng quát quy trình ki m tra (verification) và ki m nghi m (validation) mơ
phịng CFD [32]. .......................................................................................................73
Hình 4.6 Giao di n b ng nh p thơng s trong phân tích h i quy tuy n tính trên ph n
m m IBM SPSS [33]. ................................................................................................78
Hình 4.7 B ng Coefficients trong ph n m m IBM SPSS [33]. ................................79
Hình 4.8 Qu t s y gió nóng cơng nghi p Fred FR-C3/1 ..........................................80
Hình 4.9: C m s y (phiên b n 2) ..............................................................................81
Hình 4.10

ns

cl

t 2 c m s y (phiên b n 2)...................82

Hình 4.11: Ph u và nón chia gió ...............................................................................83
Hình 4.12

c c a ph u và nón chia gió ................................................83
x


Hình 4.13

c c a các l thốt gió và phân b các l thốt gió trên m

ph u. ..........................................................................................................................84
Hình 4.14 Tóm t t trình t th c hi n mơ ph ng trên ph n m m ANSYS. ...............85
Hình 4.15 Mơ hình mơ ph ng trên ph n m m ANSYS ............................................87
Hình 4.16 Mơ hình mơ ph

i trên ph n m m ANSYS ................87

Hình 4.17 Các thơng s chính c

i chia trên ph n m m ANSYS ......................88

Hình 4.18 Giao di n trên ph n m m ANSYS thi

t thông s cho Inlet. ..............88

Hình 4.19 Giao di n trên ph n m m ANSYS thi

t thơng s cho Outlet. ...........89

Hình 4.20 Giao di n trên ph n m m ANSYS thi

t thơng s cho Symmetry. .....89

Hình 4.21 Ba v

i di n cho các l thốt khí trên tồn b m t outlet. ................90

Hình 4.22 Giao di n trên ph n m m ANSYS thi

.....90

Hình 4.23 Giao di n trên ph n m m ANSYS sau khi ch y trình Solver. .................91
Hình 4.24 Stremline c a v n t c gió trong c m s y. ................................................92
Hình 4.25 Bi

n t c m t ph ng thốt khí (outlet) c a c m s y. ................92

Hình 4.26 Bi

volume nhi

(ch

mơ ph ng isothermal) t i m t ph ng thốt

khí (outlet) c a c m s y. ...........................................................................................93
Hình 4.27 Bi

(ch

mơ ph ng isothermal) t i m t ph ng thốt khí

(outlet) c a c m s y. .................................................................................................94
Hình 4.28 Volume nhi

(ch

mơ ph ng Thermal Energy) t i m t ph ng thốt

khí (outlet) c a c m s y. ...........................................................................................94
Hình 4.29 Giao di n trên ph n m m ANSYS thi
ph ng

ch

t thông s cho Inlet ch y mơ

Transient. .........................................................................................95

Hình 4.30 Các thi

tính giá tr Velocity inlet sau m

c mơ

ph ng. ........................................................................................................................96
Hình 4.31 K t qu ch y mơ ph ng Transient
Hình 4.32 Bi

th hi n nhi t

ch

và v n t c gió t

Thermal Energy .................96
m kh o sát. .................97

Hình 4.33 Stremline c a v n t c gió trong ph u model 2.......................................101
Hình 4.34 Bi
Hình 4.35 Volume nhi

n t c t i m t ph ng thốt khí (outlet) c a ph u model 2. 102
(ch

mô ph ng Thermal Energy) t i m t ph ng thốt

khí (outlet) c a ph u model 2..................................................................................103
xi


Hình 4.36 Bi

(ch

mơ ph ng isothermal) t i m t ph ng thốt khí

(outlet) c a ph u model 2. .......................................................................................103
Hình 4.37 M t s hình nh c a c m s y trên dây chuy n chiên tôm Tempura (phiên
b n 2) trong quá trình ch t o và th nghi m t i Lab. ............................................104

xii


DANH M C BI U B NG
B

tài nghiên c u. ...................................................19

B ng 2.1

ng c a các thông s c a b

u khi n PID .................................27

B ng 3.1 Các thông s k thu t c a bi n t n Mitsubishi FR-E740 ..........................38
B ng 3.2: Các thông s c

t i ...........................................................42

B

m c a 2 gi i pháp gia nhi t cho khí nóng
s y tơm Tempura. ........................................................................................45

B

m c a 2 gi

u khi n cho h th ng

s y tôm Tempura. ......................................................................................................46
B ng 3.5 Chi ti t các thông s ngõ vào c a thi t b
B ng 3.6 Chi ti t các thông s ngõ ra c a thi t b
B ng 4.1 Thi t b chính c a h th ng s y d

u khi n nhi
u khi n nhi

AX4. ........50
AX4. ...........51

i chiên tôm Tempura (phiên

b n 1). ........................................................................................................................68
B ng 4.2 B ng t ng h p phân lo i tơm theo kích c
B ng 4.3 Các thơng s

nh c a nhà máy..105

t cho bi n t n.................................................106

B ng 4.4: K t qu c a quá trình th c nghi m trên dây chuy n chiên tôm Tempura.
.................................................................................................................................108

xiii


T NG QUAN VÀ
1.1 GI I THI

NG NGHIÊN C U

TÀI

,

1


Trong các s

bi n tôm xu

m t trong nh ng m t hàng có giá tr
n ch bi n t tôm nguyên li
c a các công ty ch bi n tơm xu

chính là
t khi tr i qua nhi u cơng

ng l m t trong nh ng m t hàng ch l c
n hình là các cơng ty

Tuy nhiên,

nâng cao
).

ng s

u khí, Coliform, Staphylococcus,

2


c th c hi n b ng tay v

ng công nhân

r tl

há nh

Hình 1.1 Tơm Tempura sau khi

3


án

các

tơm

à
l

ANSYS
cao.
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN C

C

Hi n t i c c h th ng m y chiên t

p

c to n b yêu c

.

1.2.1
GE (Hà Lan).

[3]

4


T
chiên.

B
trong q trình chiên.

.

Hình 1.2

3].

làm ráo

1.2.2
[4].
Cơng ty PF MAX COMPANY là

5


n

, máy
.

m Tempura u
T
y tơm sau
khi

n chiên tơm T

.

Hình 1.3
cơng ty PF MAX COMPANY [5].
m

g khơng khí nóng hay

6


pháp nâng cao

các
các

.

làm
ng tôm sau khi chiên.

tham gia vào
.

trong tôm sau khi chiên.

p

,
1.2.3

.

Ding-Han Machinery Co., Ltd (

Loan) [6].
Ding-Han Machinery Co., Ltd

y tâm.

7


m
u khi chiên.

Hình 1.4

-Han
Machinery [7].

nhau. Tuy nhiên,

empura.

.

m sau
khi chiên

,

m cho bao bì

khơ ráo, tránh
8


empura,
tuy

.

Hình 1.5
Ding-Han Machinery [8].

có
.

hau

tơm chiên Tempura.

9


empura. Tuy nhiên

1.2.4

(

) [9].

tay máy
y
h

v

i thơng tin
i

Hình 1.6

[9].

10