Tính toán, thiết kế và điều khiển một hệ thống máy ủ viên thức ăn tôm

Lời cảm ơn
Để hoàn thành luận văn này, con xin cảm ơn bố mẹ, người đã
vất vả nuôi nấng con và bên luôn bên cạnh con để vượt qua mọi khó
khăn trong cuộn đời. Đồng thời luôn khuyên nhủ, động viên con mỗi
khi con mắc sai lầm. Cảm ơn vì tất cả tình cảm mà bố mẹ đã dành
cho con.
Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô ở Trường Đại học
Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh nói chung cũng như Khoa Cơ Khí
nói riêng vì công lao giảng dạy, truyền đạt các kiến thức quý báu
trong suốt thời gian học tại trường. Những kiến thức ấy sẽ là hành
trang quan trọng trong công việc và cuộc sống của em sau này.
Trong quá trình làm luận văn, em đã gặp nhiều khó khăn trong
việc tiếp cận các kiến thức trong thực tế. Em xin cảm ơn thầy Võ Anh
Huy vì đã hướng dẫn, nghiêm khắc và tạo điều kiện để em hoàn
thành luận văn một cách tốt nhất. Cảm ơn các anh chị tại công ty cơ
điện tử Quang Huy BK vì đã hỗ trợ thiết bị cũng như truyền đạt
những kinh nghiệm thực tế quí báu.
Mình xin cảm ơn tất cả các bạn sinh viên khóa K13 vì đã giúp đỡ,
trao đổi và chia sẻ kiến thức và cùng nhau học tập trong suốt quá
trình học tập tại trường Đại học Bách Khoa.
Cảm ơn những người bạn thân đã luôn bên cạnh tôi dù lúc vui
hay lúc buồn. Luôn an ủi động viên tôi khi tôi gặp khó khăn và bế tắc
trong cuộc sống. Chính các bạn là nguồn động lực to lớn để tôi có thể
hoàn thành luận văn này.
Với thời gian thực hiện luận văn ngắn và chưa có nhiều kinh
nghiệm đúc kết từ kiến thức thực tế, luận văn này chắc chắn sẽ có
nhiều thiếu sót. Rất mong sự góp ý từ thầy cô và các bạn để đề tài
trở nên hoàn thiện hơn.
1

Xin chân thành cảm ơn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 3 năm 2018
Phạm Văn Phú

Tóm tắt luận văn
Trong thời đại công nghiệp hóa và hiện đại hóa hiện nay, thức ăn
công nghiệp ngày càng trở nên phổ biến và được ứng dụng rộng rãi ở
mọi quốc gia chăn nuôi gia súc và thủy sản.
Ở Việt Nam ta nói riêng, các loại thức ăn công nghiệp đã được
dùng rộng rãi, phổ biến ngay cả trong các hộ chăn nuôi nhỏ. Tuy
nhiên, dù được sử dụng nhiều nhưng thức ăn công nghiệp đến giờ
vẫn chưa đạt được chất lượng tốt nhất. Để giải quyết vấn đề này,
nhiều phương án khác nhau đã được phát minh và đưa vào sử dụng.
Trong đề tài này, tôi xin đề cập tới một phương án, đó là ủ viên
thức ăn để tăng chất lượng viên thức ăn nuôi tôm. Đồng thời cũng
trình bày cách tính toán, thiết kế và điều khiển một hệ thống máy ủ
viên thức ăn tôm, lập trình điều khiển hệ thống máy ủ viên tôm và
xây dựng giao diện SCADA để tương tác giữa những người dùng, trợ
giúp người dùng trong quá trình điều khiển của hệ thống.
Từ khóa: Post-conditioning, SCADA WinCC, TIA PORTAL, Siemens
PLC.

2


Mục lục

Danh sách hình vẽ

3

Danh sách bảng biểu

4


5


Chương 1: Tổng quan

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Vai trò của viên thức ăn tôm trong sản xuất thủy sản
1.1.1 Vai trò của viên thức ăn tôm
Đón đầu nhu cầu xuất khẩu tôm đang có xu hướng gia tăng, Việt
Nam đang phát huy lợi thế nuôi tôm để cung cấp cho các thị trường.
Để làm được điều đó, nguồn dinh dưỡng trong quá trình nuôi là một
yếu tố cần thiết, đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định chất
lượng và năng suất.
Hiện có ba loại thức ăn dành cho tôm:
• Thức ăn tự nhiên, bao gồm các phiêu sinh vật (động vật và
thực vật phù du), các mùn bã hữu cơ, các loại thực vật sống
trong nước…
• Thức ăn tự chế được sản xuất từ nguồn nguyên liệu sẵn có như
ốc, cá tạp, phụ phẩm nông nghiệp.
• Thức ăn công nghiệp cung cấp bởi các nhà sản xuất.
Về cơ bản, thức ăn nuôi tôm cần có đủ các dinh dưỡng cần thiết
như đạm (protein), chất béo (lipid), đường (carbonhydrate), vitamin
và khoáng chất được phối theo một tỉ lệ phù hợp. Các loại thức ăn tự

nhiên tuy có sẵn nhưng không bảo đảm về số lượng lẫn chất lượng.
Thức ăn tự chế biến có giá thành rẻ nhưng lại không bảo đảm về mặt
dinh dưỡng. Bởi vậy, thức ăn công nghiệp trở thành lựa chọn ưu tiên
cho những người muốn nuôi tôm năng suất cao.
Thức ăn nuôi tôm công nghiệp có các ưu điểm:
• Độ ổn định trong nước tốt, đảm bảo mức độ ô nhiễm thấp nhất.
• Thức ăn có tính hấp dẫn cao, kích thích tôm bắt mồi tốt.
• Thức ăn được tổng hợp đầy đủ nhu cầu dinh dưỡng cho tôm
như các axit amin thiết yếu, axit béo, vitamin, khoáng chất,
chất kích thích cho tôm lột xác và giúp tôm khỏe mạnh.

6


Chương 1: Tổng quan
• Kích cỡ thức ăn phù hợp cho từng giai đoạn phát triển, tăng độ
đồng đều tôm nuôi.
• Sản xuất trên một quy trình kiểm soát vệ sinh chặt chẽ từ khâu
nguyên liệu đến thành phẩm. Đạt hệ số chuyển hóa thức ăn tối
ưu, giúp tôm mau lớn.
1.1.2 Quá trình chế biến viên thức ăn nuôi tôm
Sau đây là qui trình chế biến viên thức ăn tôm của công ty IDAH:

Hình 1. 1 Qui trình chế biến thức ăn tôm của công ty IDAH
Sau khi nạp nguyên liệu vào bồn chứa nguyên liệu thô, các
thành phần nguyên liệu khô sẽ được cân định lượng để phù hợp với
khẩu phần dinh dưỡng đã thiết lập.
Sau đó sẽ được đưa qua hệ thống trộn lần thứ nhất (trộn
nguyên liệu khô).
Tiếp theo sẽ được đưa qua máy nghiền siêu mịn (Hammer Mill và

Pulverizer) để nghiền nhỏ nguyên liệu thành dạng bột với 80% đến
95% đạt chuẩn.
Nguyên liệu sẽ tiếp tục được trộn lần hai, lần này nguyên liệu sẽ
được thêm vào các chất dinh dưỡng, dầu, chất béo,... Sau giai đoạn
này, hỗn hợp viên thức ăn theo công thức đã được hoàn thành.
Hỗn hợp đã trộn được đưa qua máy ép viên. Hơi nước được đưa
vào và nấu viên ở nhiệt độ cao. Thời gian nấu có thể được điều chỉnh
bằng bộ điều khiển. Đường kính viên được quyết định bởi đường kính
7


Chương 1: Tổng quan
lỗ ép, lỗ ép có các đường kính 1.2, 1.4, 1.5, 1.6, 1.8, 2.0, 2.2, 2.3,
và 2.5 mm.
Các viên sau khi ép được đưa vào hệ thống ủ và sấy để tăng
chất lượng viên thức ăn.
Hệ thống làm nguội sẽ làm nguội để viên thức ăn đạt nhiệt độ
+2oC so với môi trường.
Tất cả các viên sẽ đi qua sàng rung để loại bỏ bột viên hoặc tạp
chất trước khi đóng gói. Các viên vụn sẽ được đưa qua hệ thống băm
để sản xuất thức ăn dạng vụn.
Sau cùng, viên thức ăn sẽ được cân và đóng bao để trữ lại.
1.2 Vai trò cuả quá trình ủ trong chế biến thức ăn nuôi tôm
1.2.1 Ủ là gì
Ủ là phương pháp dùng chính sức nóng của nguyên liệu đã được
gia nhiệt, tiếp tục giữ nóng nguyên liệu trong thời gian dài. Nhờ ủ kín
để kéo dài độ nóng, nguyên liệu sẽ tiếp tục được nung nóng, các
nguyên liệu sẽ mềm, chất ngọt nhưng không bị bấy nát. Vi nồi ủ
được đậy kín, ủ thức ăn nóng trong môi trường chân không nên dinh
dưỡng trong thực phẩm ít bị hao hụt, tiết kiệm được nhiên liệu.

Ưu điểm:
• Tiết kiệm nhiên liệu (vì chỉ cần nấu một thời gian ngắn trên bếp
sau khi sôi)
• Giữ nhiệt tốt
• Chủ động thời gian
Khuyết điểm:
• Không thích hợp khi cần nấu ở nhiệt độ cao
• Cấn nhiều thời gian

8


Chương 1: Tổng quan
1.2.2 Vai trò của quá trình ủ
Trong thành phần của viên thức ăn nuôi tôm có một lượng đáng
kể là tinh bột. Và làm thế nào để giữ viên thức ăn trong nước ổn định
và dinh dưỡng luôn đóng một vai trò quan trọng trong chất lượng
thức ăn. Phương pháp hiệu quả và kinh tế nhất là ủ. Chất lượng viên
cũng sẽ tốt hơn sau khi ủ.
Trong sản xuất thức ăn nuôi tôm, phương pháp này được áp
dụng để ủ viên tôm sau khi ép. Khi các viên rời khỏi khuôn, viên bị
nở ra, nhưng nếu được ủ từ từ, đường kính hạt trở nên co lại. Sự co
ngót này mang lại các hạt lại với nhau, bao gồm các hạt tinh bột,
protein và các chất kết dính khác. Nếu không có quá trình ủ, khi các
viên bị thay đổi đột ngột về nhiệt độ, như trong trường hợp các viên
tiếp xúc ngay lập tức với chất làm lạnh (như nước), chúng không có
thời gian để co lại, và các vết nứt nhỏ xuất hiện, nước tràn vào phá
hủy cấu trúc viên.
1.3 Vai trò của quá trình sấy
Kỹ thuật sấy đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp và đời

sống. Trong ngành công nghiệp nói chung thì việc bảo quản chất
lượng sản phẩm rất quan trọng. Vật liệu sau khi sấy có thời gian bảo
quản lâu hơn, chống nấm mốc phát triển, chất lượng được nâng cao,
giá thành tăng lên,..
Quá trình sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng nhiệt. Có
hai loại chính là sấy tự nhiên và sấy nhân tạo.
Sấy tự nhiên là phơi dưới nắng. Phương pháp này có ưu điểm là
đơn giản, không tốn nhiên liệu. Nhưng lại có quá nhiều khuyết điểm
như:
• Cần nhiều không gian phơi sấy
• Cần nhiều nhân công
9


Chương 1: Tổng quan
• Phụ thuộc vào thời tiết
• Không kiểm soát được nhiệt độ, độ ẩm
• Nông sản không sạch, có nhiều tạp chất.
Vì những khuyết điểm kể trên, sấy nhân tạo ngày càng phổ biến
và thay thế sấy tự nhiên. Đối với quá trình sấy đòi hỏi năng suất cao
và sản xuất lớn, sấy tự nhiên tất nhiên sẽ không được lựa chọn.
Sau khi qua quá trình ủ viên, hơi nước vẫn còn tồn đọng bên
trong viên thức ăn nuôi tôm. Bởi vậy, giai đoạn sấy là cần thiết để có
thể làm bay hơi nước trong viên, giúp bảo quản được lâu hơn đồng
thời đạt được chất lượng tốt.
1.4 Máy ủ viên thức ăn tôm
Trên thị trường có nhiều loại máy ủ viên, nhưng máy ủ viên kết
hợp với máy sấy băng tải tiêu biểu nhất là máy do công ty IDAH sản
suất. Loại máy này có các ưu điểm như:
−

−
−
−

Chủ động tính toán thời gian ủ
Điều khiển nhiệt độ ủ
Quá trình ủ, sấy diễn ra liên tục.
Có hệ thống lấy phế liệu.

Hình 1. 2 Máy ủ viên của công ty IDAH

10


Chương 1: Tổng quan
Máy ủ viên có thể làm việc liên tục, đáp ứng dây chuyền đòi hỏi
năng suất cao. Viên tôm được đưa vào buồng ủ và được gia nhiệt,
bắt đầu quá trình ủ. Sau đó được đưa xuống dàn sấy băng tải để tách
ẩm. Nhiệt độ và thời gian ủ được cài đặt trước.
Máy còn kết hợp hệ thống sấy băng tải phái dưới để sấy viên
tôm sau khi ủ. Hệ thống sấy băng tải có các ưu điểm:
− Sử dụng được 2 mặt băng tải
− Tiết kiệm không gian sấy và chi phí đầu tư.
− Băng tải sấy dạng khay di chuyển phù hợp với vật liệu dạng
tấm, miếng, không cần đảo trộn trong quá trình sấy.
− Băng tải sấy chịu nhiệt được vận hành một cách đơn giản, chế
độ an toàn cao nhờ các hệ thống an toàn đi kèm như role, còi
báo...
− Cấu tạo máy sấy băng tải thực sự tiết kiệm nhiên liệu nhờ mặt
thoáng tiếp xúc nhiệt cao làm giảm đáng kể lượng tiêu hao

nhiên liệu sấy.
Đặc điểm của thiết bị sấy băng tải là sản xuất liên tục xuyên
suốt, đáp ứng trong hệ thống dây chuyền lớn. Nguyên lý làm việc
của máy là vật liệu rơi từ phễu rải liệu, sau đó được bộ phân truyền
động đưa vào di chuyển trong máy sấy. Máy sấy có nhiều vùng sấy
tổ hợp thành, khí nóng xuyên qua lớp nguyên liệu phủ trên mặt băng
tải theo chiều từ trên xuống hoặc từ dưới lên. Tốc độ băng tải tùy
theo tốc độ thiết lập.
1.5 Các bước thực hiện đề tài
Với đề tài “Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điện điều khiển máy
ủ viên thức ăn tôm”, ta cần thực hiện các bước chính sau đây [6]:
− Phân tích quá trình công nghệ: tìm hiểu, phân tích hoạt động
của hệ thống điều khiển, thứ tự hoạt động cũng như vai trò của
các bộ phận trong hệ thống. Từ đó có thể viết ra lưu đồ giải

11


Chương 1: Tổng quan
thuật. Bước này sẽ thực hiện ở chương 2: phân tích cơ khí và
nguyên lý hoạt động.
− Xác định và lựa chọn các thiết bị vào và ra: Xác định các thiết
bị điện đầu vào và đầu ra. Phần này sẽ thực hiện ở chương 4:
thiết kế hệ thống điện.
− Phân định những đầu vào và đầu ra: Tất cả các thiết bị đầu vào
và đầu ra cần được lập trình hóa và xác định địa chỉ tương ứng
của PLC. Những thiết bị đầu vào phản ánh nội dung dữ liệu cần
xử lý như: công tác, cảm biến,... Những thiết bị đầu ra là những
thiết bị thừa hành như các van điện từ , động cơ, đèn báo,...
Phần này sẽ thực hiện ở chương 4 thiết kế hệ thống điện.

− Viết chương trình: viết chương trình dưới dạng sơ đồ Ladder
thông qua thứ tự thao tác của hệ thống điều khiển như đã xác
định, theo từng bước một. Bước này sẽ thực hiện sẽ chương 5:
thiết kế hệ thống điều khiển, bằng phần mềm TIA Portal.
− Nạp chương trình vào trong bộ nhớ: sau khi hoàn chỉnh lập
trình, ta kiểm tra lỗi mã hóa bằng phần mềm và nạp chương
trình vào bộ nhớ. Sử dụng phần mềm mô phỏng để xem xét các
bước hoạt động và kiểm tra lỗi. Do hạn chế của đề tài, không
có thiết bị trong thực tế, bước này chỉ thực hiện mô phỏng bằng
phần mềm TIA Portal, sẽ được nêu ở chương 5.
− Kết nối thiết bị: Việc đấu nối thiết bị phải phân định bảng phân
định vào ra. Do hạn chế của đề tài, không có thiết bị trong thực
tế, bước này chỉ thực hiện bằng việc gán các Tag khi mô phỏng
bằng phần mềm TIA Portal. Phần này sẽ được biểu diễn ở
chương 5.
− Chạy thử: để đảm bảo cấu trúc chương trình và các tham số đã
cài đặt là chính xác. Nếu có lỗi hoặc chưa hợp lý thì sửa liên
tục. Do hạn chế của đề tài, không có thiết bị trong thực tế,
bước này chỉ thực hiện mô phỏng màn hình HMI bằng phần
mềm TIA Portal. Phần này sẽ được biểu diễn ở chương 5.

12


Chương 2: Nguyên lý hoạt động và phân tích cơ cấu máy ủ viên

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ PHÂN
TÍCH CƠ CẤU MÁY Ủ VIÊN
Chương này sẽ tìm hiểu, phân tích nguyên lý hoạt động cũng
như vai trò của các bộ phận trong hệ thống máy ủ viên đã có sẵn. Từ

đó có thể viết được lưu đồ giải thuật vận hành của máy. Đồng thời
chương này cũng phân tích cơ cấu của máy để hiểu rõ hơn về các
thành phần của máy và lựa chọn động cơ phù hợp.
2.1 Nguyên lý hoạt động
Khi viên thức ăn tôm ra khỏi máy ép, viên được đưa vào tháp ủ
bằng rotary và được rải đều bằng trục phân đều liệu. Tại đây, viên
thức ăn được xả thẳng xuống băng tải, được các vách ngăn che kín
tạo thành buồng ủ.
Sau khi liệu dâng cao đến mức chạm vào cảm biến quang, rotary
xả liệu ngưng lại. Hơi nóng được đưa vào các calorifer đặt trong các
vách ngăn, bắt đầu quá trình ủ viên. Thời gian ủ được cài đặt trước.
Sau khi ủ xong, các vách ngăn được kéo lên một độ cao để tạo
bề dày lớp liệu phù hợp, băng tải bắt đầu chạy, bắt đầu quá trình
sấy. Giữa các băng tải ủ có các ống chứa calorifer để gia nhiệt. Đồng
thời có quạt hút ẩm để hút ẩm từ viên thức ăn tôm ra ngoài.
Vận tốc và thời gian sấy được cài đặt trước. Sau khi qua hai băng tải
ủ, viên thức ăn được xả ra ngoài qua phễu rải liệu. Các viên thức ăn
rơi vãi trong quá trình sấy được đưa ra ngoài bởi vít tải.

13


Chương 2: Nguyên lý hoạt động và phân tích cơ cấu máy ủ viên

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy ủ viên
14


Chương 2: Nguyên lý hoạt động và phân tích cơ cấu máy ủ viên
gian timer ,chế độ auto được

1. Rotary xả liệu vào

cài đặt mặc định nếu người

2. Trục phân đều liệu

dùng không muốn thay đổi.

3. Vách nhiệt

Khi hoạt động, cảm biến

4. Ống nhiệt

nhiệt độ và cường độ dòng điện

5. Vách ngăn có tăng đưa

đọc về từ biến tần được cập
nhật liên tục. Nếu nhiệt độ và

6. Quạt hút ẩm

cường độ dòng điện vượt quá

7. Vít tải lấy liệu rơi vãi

ngưỡng quy đinh, hệ thống sẽ

8. Ống calorifer của băng

dừng ngay lập tức. Đồng thời có

tải sấy

thể nhập xuất các giá trị liên

9. Phễu ra liệu

tục khi máy đang hoạt động.
Người dùng có thể chọn

10. Băng tải xích

chế độ hoạt động Auto hoặc

2.2 Lưu đồ giải thuật

Manual. Nếu chọn Auto máy sẽ

Phương pháp biểu diễn lưu đồ rất

hoạt động theo thứ tự đã quy

thường dùng khi thiết kế phần mềm

định. Nếu chọn Manual, người

máy tính, đồng thời nó cũng rất phổ

dùng có thể tùy ý bật tắt các

biến để biểu diễn trình tự họat động của

thiết bị trong hệ thống.

một hệ thống điều khiển. Lưu đồ có
quan hệ trực tiếp đến sự mô tả bằng lời
hệ thống điều khiển, chỉ ra từng điều
kiện cần kiểm tra ở từng bước và các
xử lý trong bước đó theo chuỗi trình tự.
Sau khi chương trình được
khởi động, lệnd Reset all được
thực thi để reset các giá trị
timer, nhiệt độ, vận tốc ở phiên
làm việc trước. Sau đó các giá
trị như nhiệt độ, vận tốc, thời
15


Chương 2: Nguyên lý hoạt động và phân tích cơ cấu máy ủ viên
Hình 2. 3: Giao tiếp Modbus

Hình 2. 4: Dừng ngay lập tức
khi quá nhiệt độ và quá dòng.

Hình 2. 2: Chế độ hoạt động
Auto/Manual trong hệ thống

2.3 Phân tích các cơ cấu có trong máy
ủ viên thức ăn tôm
2.3.1 Buồng ủ
Buồng ủ là nơi giữ viên
thức ăn tôm sau khi được cấp
từ rotary. Tại đây quá trình ủ sẽ
bắt đầu. Cần bảo đảm thể tích
buồng ủ thỏa mãn yêu cầu 3
tấn/mẻ.
Buồng ủ có kích thước:
− Chiều dài:
− Chiều rộng:
− Chiều cao: >
Bề dày buồng ủ:
16


Chương 2: Nguyên lý hoạt động và phân tích cơ cấu máy ủ viên
Thể tích buồng khi không
có cơ cấu bển trong:

Hình 2.6: Vách ngăn ủ
Vách ngăn ủ là nơi chứa
các ống nhiệt, cấp nhiệt cho
buồng ủ khi hoạt động.
Thể tích vách ngăn ủ:
3 vách ngăn giữa:

2 vách ngăn 2 bên:

Tổng thể tích vách ngăn ủ:

Thể tích chứa liệu:
Hình 2.5: Buồng ủ

17


Chương 2: Nguyên lý hoạt động và phân tích cơ cấu máy ủ viên
Khối lượng riêng của viên

Như

thức tôm sau khi ra khỏi máy

vậy cần

xoay

242

vòng để xả 3 tấn liệu.

ép:

Thời gian xả liệu là 5 phút.
Vậy buồng ủ có thể chứa:

Vậy vận tốc động cơ cần

(2.6)

thiết là: .

Vậy buồng ủ thỏa mãn yêu

Momen cần thiết để tải

cầu công suất 3 tấn/mẻ.

liệu:

2.3.2 Rotary xả liệu vào
buồng ủ

Công suất động cơ cần
thiết:

Cống suất lựa chọn động
cơ:

Vậy

chọn

động

cơ

3K90Sb6, với công suất 0,55

kW, số vòng quay 1000 vg/ph,
Hình 2.7: Rotary xả liệu

chọn hộp giảm tốc có tỉ số

Buồng ủ sử dụng rotary để

1:20.

đưa vào buồng ủ sau khi ra

2.3.3 Cơ cấu phân liệu

khỏi máy ép viên. Cần xác định
được động cơ cần thiết cho
rotary để đạt được năng suất
tốt nhất.
Lượng liệu xuống khi rotary
xoay một vòng:
Hình 2. 8: Cơ cấu phân liệu

(2.7)
18


Chương 2: Nguyên lý hoạt động và phân tích cơ cấu máy ủ viên
Cơ cấu phân liệu là bộ

2.3.4 Cơ cấu tăng đưa

phận phân đều liệu ra khắp
buồng ủ để liệu không bị dồn
về một ngăn và đạt năng suất
tốt. Cần xác định được động cơ
cần thiết cho cơ cấu quạt liệu
để có thể kết hợp với rotary cấp
liệu.
Với 6 tấm gạt liệu, mỗi

Hình 2.9: Cơ cấu tăng đưa

vòng cơ câu sẽ phân đều được

Cơ cấu tăng đưa rất cần

200g liệu.

thiết trong buồng ủ vì là cơ cấu
điều chỉnh độ dày của lớp liệu

Số liệu cần gạt là 3 tấn.

theo mong muốn. Cơ cấu tăng

Số vòng quay cần thiết:

đưa có thể điều chỉnh độ cao

(2.11)

của miếng thép 4mm bằng

Thời gian phân liệu cần

cách vặn bulong lên xuống.

thiết là 5 phút.

Cơ cấu tăng đưa có thể

Vận tốc cơ cấu cần thiết:

tăng đưa từ 0 đến 78 mm làm
thay đổi bề dày lớp liệu từ 52

(2.12)

mm đến 130 mm.

Chọn động cơ 4K71A2 với

Bề dày miếng tăng đưa: 4

với công suất 0,55 kW, số vòng

mm.

quay 3000 vg/ph.

19

Chương 2: Nguyên lý hoạt động và phân tích cơ cấu máy ủ viên
2.3.5 Vít tải lấy phế liệu

vít

Vít tải là cơ cấu lấy những

Góc
nghiêng

viên thức ăn tôm bị rơi vãi khi

Năng suất trọng lượng của

chuyển từ băng tải trên xuống

vít tải:

băng tải sấy phía dưới. Cần xác
định công suất động cơ cần
thiết để vít tải hoạt động tốt

Trong đó:

nhất.

Tỷ trọng của vật liệu:

Năng suất lấy phế liệu là

Đường kính trục vít:

Tại khu vực cấp nguyên
liệu

khối

lượng

riêng

Bước vít

của

Số vòng quay trục vít: Theo

nguyên liệu là , .

bảng 12.1 Tài liệu [2] chọn

Bảng 2. 1: Thông số vít tải.
Thông số

Ký
hiệu

Giá

trị

Hệ số điền đầy diện tích

Đơn
vị

tiết diện ngang của trục vít

Đường
kính hộp
vít

trong vít tải ngang: chọn

Chiều dài
hộp vít

điền đầy khi vật chuyển động

Đường
kính
ngoài của
lá vít

giảm năng suất của vít tải:

Hệ số tính đến giảm sự
lên trên theo độ nghiêng và sự

Vậy thỏa năng suất yêu

Đường
kính
trong của
trục vít

cầu
Công suất cần thiết là:

Bước
xoắn của
trục vít

Trong đó:

Số bước
vít

Chiều dài vít tải:

Bề dày

Hệ số cản chuyển động:
20


Chương 2: Nguyên lý hoạt động và phân tích cơ cấu máy ủ viên
(2.16)

Hệ số cản chuyển động:

Công suất lựa chọn động
cơ:
(2.17)

Chọn công suất động cơ:

Ta chọn động cơ 4K71A4
công suất với số vòng quay tối

Số vòng quay động cơ:

đa , chọn hộp số có tỉ số truyền
1/10.

Ta chọn động cơ 3K200M4

2.3.6 Băng tải sấy

công suất với số vòng quay tối

Băng tải sấy là cơ cấu

đa .

chính trong máy ủ viên tôm.
Mục đích là để sấy khô viên
thức ăn tôm sau khi ủ và đạt
được năng suất tốt nhất. Cần

tính được công suất động cơ
cần thiết để có thể tải được liệu
với vận tốc phù hợp.
Công suất cần thiết cho
băng tải khi vận chuyển:
(2.18)
Năng suất băng tải:
(2.19)
Với:
Trị số tải trọng trên một
đơn vị chiều dài
Vận tốc băng tải chọn
(2.20)
21


Chương 3: Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
THIẾT KẾ.
Từ mục tiêu nhiệm vụ của đề tài, chương này sẽ phân tích và lựa
chọn các phương án điều khiển chính, phương thức giao tiếp điều
khiển và phương pháp điều khiển nhiệt độ phù hợp với đề tài máy ủ
viên thức ăn tôm.
3.1 Phân tích và lựa chọn thiết bị điều khiển
3.1.1 Đánh giá ưu nhược điểm các loại thiết bị điều khiển
Trong điều khiển hệ thống, cần chọn lựa thiết bị điều khiển chính
có thể thực hiện hàng loạt các sự kiện, thỏa mãn được các yêu cầu
cần thiết để đạt được năng suất cao nhất.
Trong công nghiệp, người ta thường sử dụng bốn thiết bị điều

khiển chính sau: rờ le, vi điều khiển và PLC.
Bảng 3. 1: Đánh giá ưu nhược điểm các loại thiết bị điều khiển
Chỉ tiêu so
sánh

Rờ le

Vi điều
khiển

PLC

Giá thành

Thấp

Thấp

Cao

Khả năng
điều khiển

Thấp

Tốt

Tốt

Kích thước

lắp đặt

Lớn

Gọn

Gọn

Tốc độ điều
khiển

Chậm

Nhanh

Nhanh

Khả năng
chống
nhiễu

Tốt

Không tốt

Tốt

Thiết kế

Phức tạp

Khá phức
tạp

Đơn giản

Lập trình

Phức tạp

Khá phức
tạp

Đơn giản

Bảo trì

Khó khăn

Khó khăn

Dễ dàng


Chương 3: Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế
3.1.2 Nêu nhận xét và lựa chọn thiết bị điều khiển
Qua bảng đánh giá so sánh các thiết bị điều khiển công nghiệp
hiện nay, ta thấy rằng:
Thiết bị rờ le mặc dù có giá thành rẻ nhưng nếu một mình tạo
nên một bộ điều khiển nhiều quá trình, hệ thống lớn thì phải sử dụng

rất nhiều rờ le, điều này dẫn tới khó khăn trong việc lắp đặt, thiết kế
cũng như bảo dưỡng. Vì vậy rờ le thích hợp cho những cụm điều
khiển đơn giản hoặc hỗ trợ các thiết bị khác.
PLC và vi điều khiển đều đáp ứng được các yêu cầu về tốc độ xử
lý, lắp đặt dễ dàng, kích thước nhỏ gọn. Lập trình vi điều khiển và
PLC đều là lập trình căn bản. Tuy nhiên do yêu cầu về độ ổn định,
khả năng chống nhiễu, bảo trì cũng như khả năng kết nối với các
thiết bị khác, phương án PLC được lựa chọn làm thiết bị điều
khiển chính.
3.2 Phân tích và lựa chọn thiết bị HMI
3.2.1 Đánh giá ưu nhược điểm các loại thiết bị HMI
Thiết bị tương tác người – máy (HMI) là thiết bị không thể thiếu
trong các hệ thống công nghiệp hiện đại. HMI có vai trò giám sát,
quản lý hệ thống, tương tác với người vận hành, giúp người vận hành
nắm bắt và thiết lập các thông số hệ thống qua đó vận hành hệ
thống tốt hơn.
Các thiết bị HMI thường được dùng trong các hệ thống hiện nay
là: tổ hợp bàn phím và màn hình LCD (Keypad – LCD) và màn hình
HMI (HMI Monitor).
Bảng 3. 2: Đánh giá ưu nhược điểm các loại thiết bị HMI
Chỉ tiêu so sánh

Keypad – LCD

HMI

Giá thành

Thấp

Cao

Kích thước lắp đặt

Nhỏ

Nhỏ


Chương 3: Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế
Thiết kế phần cứng

Tự thiết kế

Có sẵn

Tính ổn định

Kém

Cao

Tương tác

Kém

Cao

Thiết kế giao diên

Khó khăn

Đơn giản

Giao tiếp

Vi điều khiển

PLC

Bảo trì

Khó khăn

Đơn giản

3.2.2 Nêu nhận xét và lựa chọn thiết bị HMI
Qua bảng đánh giá so sánh các phương án về thiết bị tương tác
người – máy, ta có các nhận xét sao:
Với Keypad – LCD, đây là thiết bị chỉ thích hợp cho học tập và
nghiên cứu vi điều khiển. Nếu dùng trong thực tế sẽ rất khó khăn
trong thiết kế phần cứng và lập trình nhưng độ thẩm mỹ và độ ổn
định lại không cao.
Màn hình HMI tuy có giá thành cao hơn nhưng lại đảm bảo các
yêu cầu về kích thước lắp đặt, khả năng thiết kế giao diện, tính ổn
định, tương tác tốt, bảo trì dễ dàng cũng như lập trình dễ dàng vì có
phần mềm hỗ trợ và khả năng kết nối dễ dàng với PLC. Do đó
phương án dùng màn hình HMI được lựa chọn làm thiết bị
tương tác người và máy.
3.3 Phân tích và lựa chọn phương pháp điều khiển nhiệt độ

3.3.1 Đánh giá ưu nhược điểm các phương pháp điều
khiển nhiệt độ
Điều khiển nhiệt độ là phần không thể thiếu đối với máy ủ viên,
điều khiển nhiệt độ giúp cho nhiệt độ máy luôn được giữ ở mức thích
hợp nhất, đem lại năng suất cao nhất.
Trông công nghiệp, các phương pháp điều khiển nhiệt độ phổ
biến là các phương pháp ON/OFF, PID hoặc Fuzzy.


Chương 3: Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế
Bảng 3. 3: Đánh giá ưu nhược điểm các phương pháp điều khiển
nhiệt độ
Chỉ tiêu so
sánh

ON/OFF

PID

Fuzzy

Quy trình tính
toán

Rất đơn giản

Đơn giản

Phức tạp

Độ chính xác

Thấp, có
khoảng dao
động

Cao

Cao

Tính ổn định

Thấp

Cao

Cao

Lập trình

Rất đơn giản

Đơn giản

Phức tạp

Phần cứng hỗ
trợ

Dùng rờ le

Dùng PLC, vi
điều khiển

Dùng vi điều
khiển

3.3.2 Nêu nhận xét và lựa chọn phương pháp điều khiển
nhiệt độ
Phương pháp ON/OFF tuy rất đơn giản nhưng độ chính xác
nhưng tính ổn định lại không cao. Cần phải có độ dao động, khoảng
sai số để máy móc không phải tắt mở liên tục gây ảnh hưởng xấu
đến tuổi thọ. Đối với yêu cầu cần điều khiển nhiệt độ chính xác, ta
không chọn phương án này.
Phương pháp Fuzzy tuy chính xác và có tính ổn định cao, tuy
nhiên tính toán và lập trình lại phức tạp. Phương pháp thích hợp cho
hệ thống cần sự thích nghi với môi trường cao và yêu cầu khắt khe
về sai số nhiệt độ. Đối với đề tài, ta không chọn phương án này.
Phương pháp dùng PID có quy trình tính toán đơn giản, độ chính
xác và tính ổn định cao, ngoài ra điều khiển PID còn rất phổ biến
trong công điều khiển công nghiệp. Được hỗ trợ nhiều trong các thiết
bị như PLC và đồng hồ nhiệt DTA. Do đó điều khiển PID được lựa
chọn là phương pháp điều khiển nhiệt độ.