Trong quá trình sản xuất bột, khâu cân bột vào túi theo một khối lượng chính xác chiếm rất nhiều thời gian. Do đó, việc sử dụng máy rót bột tự động thay thế việc cân bột thủ công sẽ rút ngắn thời gian của quá trình, từ đó nâng cao năng suất lao động. Máy rót bột tự động có nguyên lý làm việc chính dựa trên sự kết hợp chuyển động giữa cơ cấu vít tải và cơ cấu đảo bột (hình 1). Trong đó, cơ cấu đảo bột có tác dụng chống hiện tượng bám dính của bột, và đẩy bột vào vùng làm việc của vít tải; còn cơ cấu vít tải khi chuyển động sẽ rót bột ra theo một lưu lượng ổn định. Bài báo này tập trung vào trình bày việc thiết kế hệ thống điều khiển cho máy rót bột tự động thực hiện các nhiệm vụ sau: Đọc tín hiệu từ cảm biến tiệm cận để xác định có sự tồn tại của túi đựng bột trong vùng làm việc hay không; Đọc tín hiệu từ cảm biến loadcell để xác định khối lượng bột đã được rót; Điều khiển chính xác động cơ bước được nối với vít tải; Truyền và nhận dữ liệu với màn hình cảm ứng.

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY RÓT BỘT TỰ ĐỘNG

Thiết kế hệ thống điện

Hệ thống điện được thiết kế để cung cấp nguồn điện ba pha cho động cơ ba pha gắn với cơ cấu đảo bột và một pha được tách để cấp cho hệ thống điều khiển. Các CB được chọn để đóng ngắt và chống ngắn mạch cho phần nguồn ba pha và một pha. Động cơ ba pha kết nối với cơ cấu đảo bột được điều khiển thông qua hệ thống nút nhấn và contactor. Một pha được tách từ hệ thống điện ba pha sẽ cấp cho các bộ nguồn một chiều để cấp cho mạch điều khiển, động cơ bước, các cảm biến và màn hình cảm ứng.

Thiết kế mạch cho bộ điều khiển

Bộ điều khiển được thiết kế sử dụng hai Arduino Nano để tính toán, xử lý dữ liệu. Hai Arduino nano được kết nối với nhau qua giao tiếp I2C. Trong đó, Arduino Master sẽ đọc tín hiệu từ cảm biến tiệm cận, loadcell, giao tiếp với màn hình cảm ứng. Các dữ liệu sau đó được xử lý, tính toán để ra tín hiệu điều khiển thích hợp gửi sang Arduino Slave. Arduino Slave sẽ nhận dữ liệu được gửi sang từ Arduino Master thông qua sự kiện ngắt của giao tiếp I2C và thực hiện việc cấp xung điều khiển động cơ bước theo dữ liệu nhận được.

Viết chương trình điều khiển

Chip Master sẽ liên tục đọc tín hiệu từ cảm biến tiệm cận và loadcell để kiểm tra điều kiện bắt đầu quá trình rót bột. Nếu điều kiện bắt đầu là đúng (có túi trong vùng rót bột và sai số khối lượng túi bột vẫn lớn hơn sai số cho phép) thì gửi sai số về khối lượng bột cần rót sang chip Slave. Sau đó, nếu thoả mãn điều kiện dừng rót bột (không có túi trong vùng rót bột hoặc sai số về khối lượng đã nhỏ hơn sai số cho phép) thì chip Master sẽ gửi tín hiệu dừng sang chip Slave. Chip Slave sẽ xử lý dữ liệu nhận được từ ngắt I2C để điều khiển cơ cấu vít tải.

Chip Master cũng được lập trình để giao tiếp với màn hình cảm ứng Nextion Display. Dữ liệu về khối lượng đo được thực tế từ loadcell, và số lần rót bột thành công sẽ được hiển thị lên màn hình cảm ứng (tương ứng vào biến KL và SL) để giúp người sử dụng dễ theo dõi, thống kê quá trình rót bột. Màn hình giao diện thứ hai giúp người sử dụng có thể thay đổi khối lượng chuẩn của quá trình rót bột trong phạm vi cân của loadcell từ 0 – 5kg. Điều này giúp tăng tính ứng dụng của máy trong sản xuất quy mô vừa và nhỏ, khi cần rót nhiều loại túi bột với kích thước khác nhau.

KẾT LUẬN

Bài báo đã trình bày quá trình thiết kế một hệ thống điều khiển cho máy rót bột tự động. Việc thiết kế máy rót bột có hệ thống điều khiển mang lại nhiều ưu điểm như:

Tự động phát hiện điều kiện bắt đầu hay dừng quá trình rót bột giúp nâng cao năng suất lao động, giảm nguy cơ xảy ra lỗi trong quá trình rót bột.

Ứng dụng bộ điều khiển PD điều khiển chính xác số bước quay của vít tải giúp nâng cao tốc độ và độ chính xác của quá trình rót bột.

Khả năng giao tiếp với màn hình cảm ứng giúp tăng tính tương tác với người sử dụng. Người sử dụng có thể thiết lập khối lượng bột của mỗi lần cân làm tăng tính linh hoạt của máy, phù hợp hơn với điều kiện sản xuất vừa và nhỏ.