Hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền

Hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền (nghiên cứu & thiết kế)

Hiện nay, Việt Nam có khoảng 40 công ty chế biến sản xuất mỳ ăn liền lên đến 2,5 tỷ gói/ năm. Để ổn định được giá thành của sản phẩm, tăng tính cạnh tranh, những công ty sản xuất mỳ ăn liền phải không ngừng đầu tư dây chuyền sản xuất hiện đại ứng dụng công nghệ tự động hóa nhằm xây dựng được hệ thống SCADA cho phép thu thập các số liệu, giám sát và điều khiển mọi thành phần của ‘dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền’ từ xa qua trung tâm điều hành.

Nhằm đáp ứng được nhu cầu thực tế đó, chúng tôi đã nghiên cứu – thiết kế thành công ‘hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền’ với công suất 200,000gói – 230,000gói / 8h.

dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền

1. Đôi điều cần biết về Mỳ ăn liền

Có thể nhiều người vẫn chưa biết Mỳ ăn liền (tên tiếng Anh instant noodle) được người Nhật coi đó là biểu tượng về nền văn hóa đất nước mặt trời mọc. Người sáng chế ra món mỳ ăn liền vô cùng tiện lợi chính là ông Momofuku Ando,người Nhật được gọi là “Vua mỳ ăn liền” hoặc “Cha đẻ của mỳ ăn liền” ( Noodles papa ). Xuất hiện đầu tiên tại Nhật nhưng giờ đây mỳ ăn liền đã trở thành một loại thực phẩm tiện dụng nhất, bán rộng rãi trên toàn thế giới, từ nông thôn hẻo lánh, xa xôi cho tới đô thị phồn hoa ở mọi đất nước.

Hiện nay, Việt Nam có khoảng hơn 40 công ty sản xuất mỳ ăn liền công xuất lên đến 2,5 tỉ gói/năm. Hiếm có sản phẩm nào có “tầm phủ sóng” rộng như mỳ ăn liền. Và cũng hiếm có sản phẩm nào đáp ứng được mọi khẩu vị của cả người giàu lẫn người nghèo. Việt Nam là một trong những quốc gia tiêu thụ mì ăn liền nhiều nhất của châu Á. Theo dự báo của những chuyên gia ngành sản xuất mì ăn liền sẽ tiếp tục tăng trưởng với tốc độ cao, sản lượng sẽ tăng lên đến khoảng 6-7 tỷ gói trong vòng vài năm tới.

Để ổn định được giá thành của sản phẩm, tăng tính cạnh tranh, công ty sản xuất mỳ ăn liền phải không ngừng đầu tư các loại dây chuyền sản xuất hiện đại ứng dụng công nghệ tự động hóa nhằm xây dựng hệ thống SCADA cho phép thu thập các số liệu, giám sát và điều khiển mọi thành phần của dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền từ xa bởi trung tâm điều hành. Nhằm đáp ứng mọi nhu cầu thực tế đó, nhóm đã nghiên cứu đã thiết kế hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền với công suất lên đến 200,000 gói – 230,000 gói / 8h.

2. Quy trình sản xuất mỳ ăn liền

Dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền gồm 6 cụm chính:

  • Cụm cối trộn
  • Cụm lô cán
  • Cụm buồng hấp
  • Cụm định lượng
  • Cụm chảo chiên
  • Buồng thổi nguội.

Trong đó:

  • Bột mì: bột mì đảm bảo phải đạt tiêu chuẩn kỹ thuật và chất lượng
  • Đường và gia vị: Để bổ sung thêm chất dinh dưỡng vào mì ăn liền như: đường, muối tinh, bột ngọt, súp gà hay bò, tôm, heo, nấm, … Chúng được trộn đều với bột mì đạt các yêu cầu để cán.
  • Cán tạo sợi: Bột sau khi trộn được đưa đến hệ thống lô cán thô đến cán tinh tạo thành tấm bột phẳng và mịn sau đó đi qua hệ thống máng cắt tạo sợi mì. Tuỳ theo yêu cầu của công nghệ mà dao cắt tấm bột mỳ thành sợi nhỏ, hay to hay dẹt…
  • Hấp chín và cắt định lượng: Sau khi đã tạo sợi, mì theo băng chuyền qua buồng hấp chín bằng hơi rồi đến cụm dao cắt định lượng cắt thành từng vắt mì theo yêu cầu có trọng lượng: 50gr, 55gr, 60g, 65gr, 70gr, 75gr, 80gr, 85gr, 90gr..
  • Trộn nước lèo: Trước khi chiên mỳ, bổ sung thêm hương liệu vào sợi mì tuỳ theo mỗi chủng loại như: hành, tỏi, tiêu, ớt, hương Gà, hương Bò, hương Heo, hương Nấm, …
  • Chiên mỳ: Mỳ được mang vào chiên trong dầu có chất lượng cao đã được bổ sung Vitamin B1, B2, B6, B3, B9 ở nhiệt độ 150°C tách nước ra khỏi những sợi mì làm cho mì chín và khô thuận tiện bảo quản.
  • Làm nguội và đóng gói: Mỳ chiên xong được chạy qua hệ thống quạt làm nguội. Sau đó chúng được phân loại rồi đưa vào đóng gói đảm bảo nghiêm ngặt của các quy định về vệ sinh an toàn thực phẩm, hạn sử dụng ..… qua hệ thống kiểm tra chất lượng ( KCS ) trước khi xếp vào hộp.
  • Bảo quản: Sản phẩm mỳ nên được bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát. Tránh để tiếp xúc nền đất ẩm ướt. Trong điều kiện bình thường, sản phẩm mỳ có thể bảo quản được từ 6 tháng đến 8 tháng.
Mô hình dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền
Hình 1. Mô hình dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền

3. Mô hình hệ thống dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền

Hệ thống dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền phải đảm bảo chỉ tiêu kỹ thuật sau:

  • Công suất dây chuyền: 200,000 gói – 230,000 gói/ 1 ca (8h)
  • Dây chuyền 8 vắt
  • Chiên mỳ bằng hệ thống trao đổi nhiệt gián tiếp
  • Tổng độ dài dây chuyền 62,5m
  • Tồng điện năng tiêu thụ ~ 120 kW/h
  • Tổng hơi tiêu thụ ~ 3500 kg/h
  • Hơi khí nén tiêu thụ ~ 0,4 m3/h
  • Điều khiển tự động những cụm lô cán, định lượng, buồng hấp, chảo chiên và buồng thổi nguội.

Trong đó, hệ thống dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền gồm các cụm chính sau:

  • Cụm cối trộn: Nước, đường, gia vị, bột mỳ sẽ được bơm vào cối trộn theo tỷ lệ công nghệ định sẵn, cối trộn sẽ hoạt động trong thời gian đã đặt trước (15 – 20 phút). Sau khi hoàn thành trộn, người vận hành sẽ nhấn nút cửa xả bột, để bột đã được trộn rơi xuống mâm chứa bột.
  • Cụm lô cán: Bột từ trên cối trộn sẽ được đổ xuống dưới mâm chứa bột, trong hệ thống mâm sẽ có một kim gạt bột, kim gạt này đã được kích hoạt làm việc khi sensor ở thùng có chứa bột phía dưới có tín hiệu đã hết bột. Sau đó, bột được đưa đi qua cụm lô cán thô – cán tinh để tạo thành từng lá bột dạng tấm có kích thước chiều ngang khoảng chừng 80cm. Tiếp theo, lá bột sẽ được đưa qua dao cắt sợi rồi lưới đón để tạo thành sợi mỳ.
  • Buồng hấp: Lá bột sẽ được chuyển tiếp đến buồng hấp mỳ.
  • Cụm định lượng: Sau khi lá bột từ buồng hấp ra, được chuyển qua lưới trung gian, đưa vào dao cắt thành các vắt mỳ, các vắt mỳ được chuyển vào lưới nước lèo.Tại khu vực dao cắt sẽ có các cảm biến đếm số lượng dao cắt để xác định các công suất của dây chuyền và 1 bộ Synchro Controller để đồng bộ giữa tốc độ dao cắt và băng tải kéo chén & nắp. Sau khi vắt mỳ đã được cắt, vắt mỳ sẽ chạy trên lưới nước lèo và sẽ được ngấm nước lèo. Việc đồng bộ toàn bộ dây chuyền theo tốc độ dao cắt ở cụm định lượng. Ví dụ; dao cắt chạy 60 nhát cắt / 1 phút thì tốc độ của cụm lô cán thì cụm buồng hấp cũng phải chạy theo tốc độ này, cụm chảo chiên & thổi nguội ngoài việc cũng phải chạy cùng một tốc độ với dao cắt. Việc đồng bộ giữa tốc độ của dao cắt và băng tải kéo chén và nắp sẽ được thực hiện bằng bộ điều khiển Synchro Controller số 1.
  • Cụm chảo chiên: Sau khi vắt mỳ đã rơi vào chén, lưới kéo chén sẽ được chuyển vào bên trong phần chảo chiên lúc này toàn bộ vắt mỳ được nằm ngập trong dầu. Nhiệt độ trong chảo chiên điều khiển qua bình trao đổi nhiệt theo quy trình công nghệ. Việc đồng bộ giữa băng tải của kéo chén & nắp và băng tải bàn tay nhựa buồng thổi nguội sẽ được thực hiện bằng bộ điều khiển Synchro Controller số 2.
  • Buồng thổi nguội: Sau khi vắt mỳ đã chiên qua chảo, chuyển tới một băng tải nhỏ rồi chuyển tới bàn tay nhựa có 08 quạt thổi nguội. Những bàn tay nhựa này sẽ giúp chuyển các vắt mỳ ra băng tải chia mỳ, chạy đến khu đóng gói.

4. Hệ thống SCADA giám sát, điều khiển

Hệ thống SCADA giám sát, điều khiển dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền
Hình 2. Hệ thống SCADA giám sát, điều khiển dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền

4.1. Mô hình hệ thống SCADA giám sát và điều khiển

Với yêu cầu thiết kế hệ thống tự động hóa đáp ứng tốt quy trình sản xuất mỳ ăn liền, chúng tôi đã nghiên cứu thiết kế, ứng dụng hệ thống SCADA giám sát & điều khiển trên nền tảng công nghệ PLC Siemens tích hợp với những biến tần của ABB và những cảm biến thông minh chuyên biệt của Omron.

Hệ thống SCADA giám sát & điều khiển gồm tủ điều khiển tích hợp, thiết bị điều khiển khả trình PLC cùng với màn hình vận hành hệ thống Touch Screen. Trong đó,

  • Màn hình vận hành hệ thống Touch Screen TP177B sẽ kết nối với thiết bị điều khiển PLC S7300 qua mạng Profibus – DP.
  • Các cảm biến Omron sẽ kết nối với PLC S7300 qua tín hiệu số DI.
  • Thiết bị điều khiển PLC S7300 điều khiển những biến tần qua tín hiệu tương tự AI 4-20mA.
  • Các đèn báo chỉ thị ở trên mặt tủ điều khiển kết nối với PLC S7300 thông qua tín hiệu số DI.
  • Thiết bị điều khiển PLC S7300 sẽ ra lệnh bật/ tắt các động cơ qua tín hiệu số DO.
  • Bộ điều khiển Synchro Controller số 01 thực hiện việc đồng bộ biến tần điều chỉnh tốc độ dao cắt, biến tần điều chỉnh tốc độ băng tải kéo chén và nắp.
  • Bộ điều khiển Synchro Controller số 02 thực hiện việc đồng bộ biến tần điều chỉnh tốc độ băng tải kéo chén và nắp, biến tần điều chỉnh tốc độ băng tải bàn tay nhựa của buồng thổi nguội.
Tủ điều khiển hệ thống SCADA giám sát, điều khiển
Hình 3. Tủ điều khiển hệ thống SCADA giám sát, điều khiển

4.2. Mô hình đồng bộ tốc độ giữa hai băng tải

Một vấn đề quan trọng hệ thống dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền đó là cần giải quyết bài toán đồng bộ giữa những cụm dây chuyền độc lập với tốc độ dao cắt. Trong đó; tốc độ dao cắt phải đảm bảo công suất hoạt động của dây chuyền từ 200,000 gói -n 230,000 gói/ 8h. Bộ điều khiển Synchro Controller được thiết kế để giải quyết sự đồng bộ giữa 2 hệ thống độc lập như băng tải với tốc độ và độ chính xác cao. Những thiết bị chấp hành phù hợp với bộ điều khiển Synchro Controller như các động cơ AC/DC, động cơ Servo sẽ được điều chỉnh tốc độ bằng tín hiệu 0-10 V.

Mô hình đồng bộ tốc độ giữa 2 băng tải
Hình 4. Mô hình đồng bộ tốc độ giữa 2 băng tải

Trong đó, động cơ Master được chạy độc lập và động cơ Slave điều chỉnh đồng bộ tốc độ với động cơ Master. Thiết bị điều khiển Controller để đo tốc độ của 2 động cơ Master và Slave từ những cảm biến Encoder, tự động tính toán theo thuật toán đã cài đặt sẵn và ra quyết định điều chỉnh tốc độ động cơ Slave qua module Drive theo như tốc độ của động cơ Master.

4.3. Hệ phần mềm giám sát và điều khiển

Hệ phần mềm giám sát cũng như điều khiển dây chuyền mỳ ăn liền bao gồm:

  • Phần mềm nhúng đo và điều khiển được chạy trên PLC S7300 phát triển bằng phần mềm lập trình Simatic Step7, nó có những chức năng chính: khởi động/ dừng động cơ, điều khiển cối trộn, điều khiển cụm lô cán, đồng bộ tốc độ dao cắt, tính toán tốc độ dao cắt và tốc độ băng tải kéo chén nắp, đồng bộ tốc độ băng tải kéo chén nắp và tốc độ băng tải bàn tay nhựa của buồng thổi nguội, và kiểm tra các trạng thái lỗi hệ thống.
  • Phần mềm giám sát, điều khiển trên màn hình vận hành của hệ thống TP177B được phát triển trên nền tảng của hệ phần mềm SCADA WINCC Flexible cho phép các kỹ thuật viên đặt những tham số hệ thống, điều khiển tự động / bằng tay trên màn hình và theo dõi trạng thái hoạt động của hệ thống.
Sơ đồ khối phần mềm nhúng trên thiết bị điều khiển PLC S7300
Hình 5. Sơ đồ khối phần mềm nhúng trên thiết bị điều khiển PLC S7300

5. Kết luận

Hệ thống SCADA giám sát, điều khiển dây chuyền mỳ ăn liền góp phần nâng cao hiệu quả quản lý, vận hành và đảm bảo chất lượng của sản phẩm, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao đến người tiêu dùng. Đồng thời, hệ thống SCADA này chính là một trong những sản phẩm kết tinh của mô hình nghiên cứu phát triển & chuyển giao công nghệ giữa cơ sở nghiên cứu khoa học, doanh nghiệp công nghệ cao. Hy vọng rằng, với mô hình hợp tác nghiên cứu phát triển cùng ứng dụng này sẽ được duy trì và ngày càng được nâng cao để tạo ra nhiều sản phẩm tự động hóa công nghệ cao nhằm nâng cao chất lượng, an toàn thực phẩm và hạ giá thành sản phẩm trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm ở Việt Nam.

Giao diện vận hành hệ thống trên màn hình TP177B
Hình 6. Giao diện vận hành hệ thống trên màn hình TP177B

Phạm Ngọc Minh, Chu Ngọc Liêm, Nguyễn Anh Tuấn
Viện Công nghệ thông tin
Vũ Sĩ Thắng Công ty cổ phần chế tạo máy ID
Chu Đức Việt Đại học Bách khoa Hà Nội
Số 130 (9/2011)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay

Nếu bạn hay doanh nghiệp của bạn đang mong muốn sở hữu dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền hay công nghệ sản xuất mỳ ăn liền mang thương hiệu của mình mà chưa có công thức, công nghệ hay muốn cải tạo, cải tiến lại sản phẩm của mình hãy liên hệ ngay với IFOOD để được chuyên gia thực phẩm chúng tôi tư vấn và nhận những công nghệ sản xuất tối ưu nhất Hotline: 0942 661 626 (Mrs. Hạnh)

IFOOD đã chuyển giao thành công hàng nghìn công nghệ thực phẩm cho hàng trăm, hàng nghìn doanh nghiệp trên cả nước.