Hầu hết các dây chuyền sản xuất gạch gốm đồng bộ trên thế giới có nguổn gốc từ Italy như Sacmi, Nasseti, Sitti và Welko hoặc một số hãng từ Đài Loan, Trung Quốc và CHLB Đức. Trong đó các dây chuyền trước năm 2000 thường có quy mô 1 đến 1,5 triệu m²/ năm, nhưng từ sau năm 2005 công suất của các dây chuyền tăng lên đến 2-3 triệu m²/năm. Trong các dây chuyền sản xuất thì thiết của hãng Sacmi được đánh giá cao nhất vì tính ổn định, đồng bộ và năng suất đảm bảo. Còn các hãng còn lại của Italia, Đức nhìn chung đảm bảo được tiêu chí hiện đại. Trong khi đó dây chuyền sử dụng thiết bị của Đài Loan, Trung Quốc có giá thành thấp hơn nhưng tuổi thọ thiết bị không cao, chi phí bảo trì, bảo dưỡng, thay thế cao. Chính vì vây hiện nay có một xu thế là sử dụng kết hợp giữa các thiết bị của Châu Âu và Trung Quốc nhằm giảm giá thành của dây chuyền sản xuất mà vẫn đáp ứng được yêu cầu công nghệ. Tuy nhiên thực hiện theo phương pháp này thiếu sự điều khiển và giám sát tập trung, đòi hỏi sự cần thiết của các nhà nghiên cứu công nghệ tích hợp tổng thể dây chuyền sản xuất của nhà máy nhằm tạo sự thuận lợi cho người quản lý, cập nhật những thông tin và cảnh báo về phòng điều khiển trung tâm.      

Khi ngành kỹ thuật tự động hóa ngày càng phát triển, các dây chuyền sản xuất gạch gốm yêu cầu về việc tự động giám sát và phát hiện, cảnh báo sớm các nguy cơ sảy ra sự cố để đảm bảo an toàn lao động cũng như an toàn trang thiết bị, đảm bảo sản xuất ổn định. Khi sự phức tạp của cả hệ thống tăng lên đòi hỏi cả dây chuyền sản xuất phải được giám sát và quản lý đồng bộ, tập trung với đầy đủ thông tin được lưu trữ để phục vụ cho thống kê vật tư sản phẩm cũng như phục vụ cho việc phân tích chính xác sự cố nhằm khắc phục kịp thời, hiệu quả các sự cố. Một hệ thống điều khiển cho dây chuyền sản xuất gạch gốm với các cụm rời rạc ít liên quan tự động với nhau gồm điều khiển định lượng (tự động), điều khiển cấp liệu  (thủ công), điều khiển điện động lực (thủ công) được thay thế.. Trong điều kiện các nhà chế tạo cơ khí và tự động hóa trong nước chưa kịp cung cấp các dây chuyền sản xuất gạch gốm, các hãng nước ngoài (Italy, Đức, Trung quốc...) đã chớp thời cơ chiếm thị trường này tại Việt nam. Với các nhà máy sản xuất gạch gốm hiện đại, việc sử dụng hệ thống điều khiển tích hợp là một xu thế tất yếu của các hãng nước ngoài vì độ phức tạp cao và đòi hỏi yêu cầu gắt gao về công nghệ. Khi đó toàn bộ hệ thống dây chuyền sản xuất đều được giám sát và điều khiển từ một hệ điều khiển tích hợp, giải quyết được các vấn đề còn tồn tại của các dây chuyền sản xuất thủ công, lạc hậu hiện nay.

Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa (VIELINA) ngay từ năm1997 đã có sản phẩm là hệ thống định lượng tự động cung cấp cho các dây chuyền sản xuất có khâu định lượng trong sản xuất xi măng, thức ăn chăn nuôi, phân bón tổng hợp... và vật liệu xây dựng như trạm trộn bê tông xi măng và trạm trộn bê tông nhựa nóng, trong đó các hệ thống điều khiển định lượng đã trở thành sản phẩm có uy tín cao tại Việt Nam và đến nay. Với kinh nghiệm và uy tín trong lĩnh vực hệ thống điều khiển từ nhiều năm nay, nhóm nghiên cứu do ThS. Dương Đức Anh, Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa, đứng đầu đã mạnh dạn tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển tự động hóa dây chuyền sản xuất gạch gốm” trên cơ sở kế thừa các giải pháp công nghệ của bài toán định lượng mà VIELINA đang sở hữu, kết hợp với việc giải quyết các vấn đề mới trong phạm vi thời gian và kinh phí của một đề tài cấp bộ, nhằm tạo ra một sản phẩm hoàn thiện triển khai ngay thành sản phẩm thương mại (không cần trải qua giai đoạn hoàn thiện của quá trình sản xuất thử nghiệm) cung cấp cho các dây chuyền sản xuất gạch gốm và các cơ sở sử dụng, giúp sản phẩm Cơ khí - TĐH này sẽ cạnh tranh tốt với sản phẩm của nước ngoài ngay tại “sân nhà”.  

Các kết quả thu được từ đề tài như sau:

Đã phân tích sơ đồ sản xuất của dây chuyền sản xuất gạch gốm cơ bản, sau đó đưa ra cấu hình sản xuất của một số hãng chế tạo dây chuyền gạch gốm nổi tiếng hiện nay đang được sử dụng trên thế giới và ngay tại Việt Nam. Trong đó nêu ra các hệ thống điều khiển đi kèm với nó một cách tương đối chi tiết. Đồng thời phân tích được những khả năng có thế phát triển sản phầm của đề tài, đánh giá những mặt tích cực của hệ thống điều khiển tự động hóa dây chuyền sản xuất gạch gốm khi cung cấp cho các nhà nhà chế tạo cơ khí, cơ sở sử dụng.

Xây dựng cấu trúc tổng thể của hệ thống, lựa chọn phương pháp truyền thông Ethernet từ bộ điều khiển từng công đoạn đến máy tính quản lý giám sát trung tâm cấp trên là một xu thế của tự động hóa ngày nay. Lựa chọn địa điểm thực hiện các nội dung đặt ra trước đó, kết hợp với những địa điểm có thể đưa sản phẩm của đề tài đi thử nghiệm thực tế.

Đưa ra sơ đồ nguyên lý chi tiết cho toàn bộ hệ thống điều khiển, lựa chọn phương án thiết kế của từng khối chức năng của hệ thống theo dạng phần cứng. Phân tích những yêu cầu cần đạt được của mỗi khối chức năng, lựa chọn các linh kiện đáp ứng được trong môi trường làm việc khắc nghiệt, ổn định trong một khoảng thời gian dài, thiết kế đảm bảo tính linh hoạt, dễ dàng thay thế, bảo chỉ và bảo hành, tránh ảnh hưởng đến quá trình sản xuất.  Từ những thiết kế phần cứng, báo cáo nêu những yêu cầu của phần mềm đối với sản phầm đề tài.

Xây dựng các lưu đồ chương trình của phần mềm, đưa ra phương án tính toán cho từng khối chức năng theo các module một cách tối ưu nhất, đảm bảo hệ thống dễ dàng mở rộng các chức năng về phần mềm khi cần nâng cấp hệ thống, tăng tính linh hoạt cho nhiều dây chuyền sản xuất các loại gạch khác nhau. Phần giao diện cấp trên máy tính có khả năng lưu trữ, giám sát toàn bộ hoạt động của dây chuyền sản xuất gạch gốm. Một ứng dụng cao hơn của phần mềm giám sát là có khả năng cảnh bảo các sự cố xảy ra đối với hệ thống, lưu trữ các thông số trong quá trình lầm việc.

Ngoài ra, đưa ra những quy trình trong quá trình chế tạo phần cứng và lắp đặt hệ thống. Dựa vào sơ đồ thiết kế, đấu nối hệ thống để giúp người vận hành dễ dàng sữa chữa, và thay thế khi có những sự cố xảy ra. Màn hình giao diện HMI thân thiện với người sử dụng.

Hệ thống điều khiển tự động hóa dây chuyền sản xuất gạch gốm bao gồm như sau:

- Công đoạn nghiền: Năng suất: 20 tấn/giờ; Định lượng liên tục 3 thành phần nguyên liệu; Điện áp cấp:  220V AC, 50Hz; Hiệu chỉnh hệ thống cân

- Mô phỏng đồ thị cân, sơ đồ công nghệ sản xuất Công đoạn cân trộn: Năng suất 20 tấn/giờ; Định lượng 2 thành phần theo mẻ; Công suất mẻ trộn: 1300 kg/mẻ; Hiệu chỉnh hệ thống cân; Điện áp cấp : 220V AC, 50Hz

- Mô phỏng đồ thị cân, sơ đồ công nghệ sản xuất Công đoạn nhào đùn: Năng suất9 tấn/giờ; Điều chỉnh quá trình cấp liệu, cấp nước theo độ ẩm; Giám sát dòng điện động cơ; Đặt độ ẩm, năng suất làm việc theo ca; Điện áp cấp 220V AC, 50Hz

- Mô phỏng sơ đồ công nghệ sản xuất

Sản phẩm đã được đưa đi thử nghiệm thực tế để đánh giá tính ổn định và độ chính xác của hệ thống. Đề tài đã làm chủ các vấn đề về kỹ thuật và công nghệ về hệ thống điều khiển tự động hóa dây chuyền sản xuất gạch gốm.

Như vậy, sản phẩm của đề tài có khả năng ứng dụng cho nhiều dây chuyền sản xuất gạch khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu của nhà chế tạo mà hệ thống có khả năng thêm bớt hoặc lược bỏ một số chức năng khi cần thiết. Trong quá trình thử nghiệm thực tế, với những đóng góp của các nhà vận hành, sản phẩm đã hoàn thiện, cải tạo hệ thống so với ban đầu, đáp ứng đòi hỏi khắt khe của các nhà sử dụng, làm tăng tính tương tác từ nhà sản xuất với cơ sở sử dụng. Nhóm thực hiện đề tài tin rằng có thể sớm đưa các nghiên cứu ra thành sản phẩm thương mại có sức cạnh tranh cao trên thị trường. Việc từng bước cải tiến và hoàn thiện công nghệ, chủ động sản xuất tại Việt Nam giúp việc hạ giá thành sản phẩm, thuận lợi trong việc bảo trì, sửa chữa chủ động tại chỗ cũng như tiết kiệm chi phí bảo trì, giảm khó khăn và tốn kém cả về tiền của lẫn thời gian.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 14744/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.T.T (NASATI)