ĐỒ án môn học đề tài SYSTEM PROVIDER MOISTURE TO THE WOOD CHIP USE PLC s7 1200 hệ THỐNG sấy vụn gỗ TRONG CÔNG NGHIỆP ván ép

Chất lượng sản phẩm đồ gỗ Việt Nam luôn được nâng cao, có khả năng cạnh tranhđược với các nước trong khu vực Hiện nay, nước ta dự tính có khoảng 3.500 doanh nghiệp chế biến gỗ, 340 là̀n

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Ngà̀nh công nghiệp chế biến gỗ đã trở thà̀nh ngà̀nh hà̀ng xuất khẩu chủ lực đứng thứ 5 của Việt Nam sau dầu thô, dệt may, già̀y dép và̀ thủy sản Việt Nam đã trở thà̀nh nước xuất khẩu đồ gỗ đứng đầu Đông Nam Á Chất lượng sản phẩm đồ gỗ Việt Nam luôn được nâng cao, có khả năng cạnh tranh được với các nước trong khu vực

Hiện nay, nước ta dự tính có khoảng 3.500 doanh nghiệp chế biến gỗ, 340 là̀ng nghề gỗ và̀ số lượng lớn các hộ gia đình sản xuất kinh doanh đồ gỗ chưa được thống kê Theo số liệu từ Bộ Nông nghiệp và̀ Phát triển nông thôn thì các doanh nghiệp chế biến gỗ có quy mô đa phần là̀ nhỏ Theo nguồn gốc vốn thì 5% số doanh nghiệp thuộc sở hữu nhà̀ nước, 95% còn lại là̀ thuộc khu vực tư nhân, trong đó có 16% có vốn đầu tư nước ngoà̀i (FDI) Nhìn chung trong thời gian qua các doanh nghiệp chế biến gỗ đã có một số nỗ lực trong cải tiến công nghệ sử dụng trong chế biến gỗ Các nhà̀ máy sản xuất luôn luôn cải tiến công nghệ trong từng công đoạn sản xuất để tạo ra các sản phẩm đạt chất lượng cao trong đó phải kể đến công đoạn sấy khô gỗ vô cùng quan trọng không thể thiếu của một nhà̀ máy sản xuất gỗ

Hệ thống cung cấp nhiệt hơi ẩm cho nhà̀ máy chế biến gỗ là̀ một khu vực quan trọng trong các khâu của nhà̀ máy để sản xuất ra những tấm gỗ mdf, gỗ ván ép đạt chất lượng cao Hệ thống đảm bảo nhiệt độ,độ ẩm của gỗ luôn luôn đạt mức tối ưu nhất .

Việc giám sát quản lý hệ thống cung cấp hơi ẩm cho những miếng gỗ chip đảm bảo hiệu quả cho quá trình sản xuất các sản phẩm gổ của nhà̀ máy Tất cả các thông số sẽ được các cảm biến thu thập, xử lý và đưa lên màn hình SCADA để người dùng thuận tiện kiểm soát được hệ thống.

Hệ thống nà̀y giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, đẩy nhanh tiến độ công việc của nhà̀ máy đáp ứng nhu cầu của xã hội, giảm sức lao động của con người tiết kiệm nguồn nhân công Người quản lý, vận hà̀nh có thể giám sát ở bất kỳ đâu rất thuận tiện Chính vì vậy nhóm đã chọn đề tà̀i “ Hệ thống sấy vụn gỗ trogn công nghiệp ván ép”

Mục tiêu

• Tìm hiểu cấu trúc và̀ cách lập trình của PLC S7-1200.

• Lựa chọn và̀ tính toán các thông số nhiệt độ áp suất, lưu lượng khí, chip gỗ

• Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của lò hơi

• Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của máy sấy

2 download by : skknchat@gmail.com

• Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của máy nghiền

• Thiết kế mô hình hệ thống SCADA giám sát nhiệt độ hơi ẩm gỗ chip trên WINCC

• Thiết kế sơ đồ kết nối giữa PLC với các cơ cấu chấp hà̀nh và̀ nút nhấn điều khiển.

• Điểu khiển các động cơ thổi nhiệt lò hơi, động cơ máy nghiền

• Sử dụng cảm biến nhiet độ , cảm biến áp suất…

Cấu trúc đề tà̀i

Chương 2: Thiết kế hệ thống

Chương 3: Thiết kế phần mềm

Chương 4: Kết quả đạt được

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Mô tả thà̀nh phần hệ thống

• 1 lò hơi cung cấp nhiệt hơi ẩm

• Các cảm biến nhiệt độ

• Các cơ cấu chấp hà̀nh

giới hạn

Hệ thống nà̀y tập trung cung cấp nhiệt hơi ẩm để là̀m mềm gỗ chip sau đó sẽ được nghiền nhỏ để hoà̀n tất công đoạn

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Giới thiệu về PLC S7-1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

S7-1200 là̀ một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và̀ một tập lệnh mạnh là̀m cho chúng ta có những giải pháp hoà̀n hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7- 1200

S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu và̀o/ra (DI/DO).

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập và̀o cả CPU và̀ chương trình điều khiển: +Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập và̀o PLC

+Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình

S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và̀ TCP/IP Ngoà̀i ra bạn có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232 -Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là̀ FBD, LAD và̀ SCL.Phần mềm nà̀y được tích hợp trong TIA Portal 11 của Siemens.

-Bộ nhớ là̀m việc: 25Kb

-Bộ nhớl ưu trữ: 1Mb

- Ngõ và̀o ra số: 8 In/6 Out

- Ngõ và̀o ra tương tự: 2 in

- Module tín hiệu mở rộng: 2

- Board tín hiệu/truyền thông:1

Hình 2.1: Sơ đồ kết nối PLC S7-1200 CPU 1215C với các thiệt bị ngoại vi

Hình 2.2: Mô Hình Hệ Thống

2.3 Lò sấy gỗ bằng hơi nước

2.3.1 Khái niệm lò sấy gỗ bằng hơi nước

Lò sấy gỗ nà̀y dùng hơi nước trong nồi hơi công nghiệp (hơi nước quá nhiệt ở áp suất khoảng 1-5 kg/cm2 tương ứng với nhiệt độ hơi từ 99,1 - 151,1 oC) Hơi nước được dẫn và̀o hệ thống dẫn nhiệt (để trong hầm sấy) Nhiệt lượng trong hơi nước là̀m nóng toà̀n bộ dà̀n nhiệt và̀ tỏa ra không khí trong lò rất mạnh nhờ hệ thống quạt gió Lượng nhiệt nà̀y là̀m nóng gỗ trong lò và̀ nước trong gỗ bốc hơi dần dần - dẫn đến là̀m khô gỗ theo y muốn của con người.

Hình 2.3: Mô hình lò sấy

Lò hơi cung cấp nhiệt hơi ẩm

Chất lượng nước cấp và̀o lò hơi và̀ hơi nước lò hơi đóng một vai trò rất quan trọng với việc đảm bảo an toà̀n khi vận hà̀nh lò, quyết định hiệu quả lò hơi và̀ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

Máy nghiền gỗ chip

Nguyên lý hoạt động của máy nghiền gỗ chip: Khi cấp nguồn điện cho máy, động cơ truyền động đến trục nghiền thông qua hệ thống dây đai và̀ buli, nguyên liệu được đưa và̀o cửa nạp và̀ bị cuốn và̀o thùng nghiền Nguyên liệu tại đây sẽ được nghiền nhỏ bởi nhiều búa nghiền, đến khi nhỏ hơn lỗ mặt sà̀ng Với tác động lực quay của quạt gió, tạo nên sự chênh lệch áp suất giữa thùng nghiền và̀ bên ngoà̀i, sản phẩm sau khi nghiền được đưa ra ngoà̀i qua vòi xả sản phẩm.

Hình 2.5: Máy nghiền gỗ chip

Cảm biến nhiệt trong công nghiệp

Cảm biến nhiệt được hiểu là̀ thiết bị được dùng để đo sự biến đổi về nhiệt độ của các đại lượng cần đo Theo đó, khi nhiệt độ có sự thay đổi thì các cảm biến sẽ đưa ra một tín hiệu và̀ từ tín hiệu nà̀y các bộ đọc sẽ đọc và̀ quy ra thà̀nh nhiệt độ bằng một con số cụ thể.

Cảm biến nhiệt được biết đến với khả năng thực hiện các phép đo nhiệt độ với độ chính xác cao hơn nhiều so với khi thực hiện bằng các loại cặp nhiệt điện hoặc nhiệt kế Ưu điểm:

Giá thành thấp, dễ chế tạo.

8 download by : skknchat@gmail.com Độ nhạy cao, chống nhiễu tốt.

Thiết kế mạch xử lý đơn giản.

Không chịu được nhiệt độ cao, độ bền thấp.

Hình 2.6: Cảm biến nhiệt độ

Cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất được hiểu đơn giản là̀ một loại thiết bị đo được áp suất trên đường ống hoặc là̀ các bồn chứa có áp suất Những thông số đo được về áp suất sẽ được chuyển đổi thà̀nh tín hiệu điện áp hoặc dòng điện Sau đó, các tín hiệu sẽ được truyền về hệ thống biến tần hoặc PLC để điều khiển độn g cơ hoạt động bình thường.

Có thể hiểu đơn giản về nguyên lý cảm biến từ như hoạt động của máy lạnh và̀ tủ lạnh có Inverter. Động cơ thì luôn chạy mọi lúc, nhưng có thể được điều khiển và̀ giám sát bởi cảm biến nà̀y để tùy chỉnh công suất chạy ít hay nhiều

Hình 2.7: Cảm biến áp suất

Tất cả cảm biến áp suất đều được hoạt động dựa và̀o nguyên lý cảm biến lưu lượng để tính được lực tác động Chúng ta đã quá quen với cảm biến áp lực nước dùng để đo nước, nước thải, hóa chất, khí nén, bơm nước,… được sử dụng rất nhiều trong các nhà̀ máy xử lý nước cấp, nước thải.

Nơi tiếp xúc giữa nước và̀ thiết bị cảm biến là̀ một lớp mà̀ng mỏng được kết nối với các vi mạch điện tử, được coi là̀ khu vực quan trọng nhất của cảm biến Lớp mà̀ng nà̀y thường được tạo nên từ vật liệu Ceramic hoặc 316L cao cấp tùy theo từng hãng sản xuất.

Khi chưa có lực tác động và̀o, mà̀ng cảm biến sẽ là̀ một mặt phẳng Lúc nà̀y cảm biến sẽ có giá trị là̀ 0 bar khá tương đối.

Sau khi có lực tác động, lớp mà̀ng cảm biến sẽ bị biến dạng Chính sự biến dạng của mà̀ng cảm biến có gắn các vi mạch sẽ được chuyển đổi thà̀nh các tín hiệu điện từ Mục đích để biết được áp lực tác động lên cảm biến chính xác là̀ bao nhiêu Lớp mà̀ng biến thiên theo sự thay đổi của áp suất bên trong.

Hình 2.8: Nguyên lý cảm biến

Động cơ

- Động cơ 3 Pha 380V, 1Hp, 0.75Kw

- Tần số lưới điện: 50Hz

* Bồn chứa dung tích từ 10000-30000 lít nước Cung cấp cho việc đốt tạo hơi nước sấy gỗ cho hệ thống

2.10 Sơ đồ khối của hệ thống scada

Sơ đồ khối hệ thống gồm các khối chức năng :

Bộ điều khiển trung tâm: có chức năng thu thập dữ liệu từ cảm biến, giám sát hoạt động của hệ thống và điều khiển các thiết bị chấp hành.

Khối cảm biến: gồm cảm biến nhiệt độ và cảm biến độ ẩm đưa về bộ điều khiển trung tâm.

Thiết bị chấp hành: gồm máy bơm phun sương, quạt thông gió và quạt đối lưu. Điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu: người vận hành giám sát, thu thập dữ liệu của hệ thống, điều khiển hệ thống theo mong muốn.

Hình 2.11: Sơ đồ khối SCADA

2.11 Lắp dặt cấu hình hệ thống

Cấu hình và̀o ra tập trung có hai kiểu kết nối đó là̀ nối trực tiếp cảm biến và̀o module analog của PLC.

Kết nối trực tiếp và̀o module analog: Cách kết nối nà̀y rất đơn giản và̀ tiết kiệm chi phí nhưng tín hiệu sẽ bị nhiễu khi truyền đi và̀ không phải cảm biến nà̀o cũng có thể kết nối trực tiếp với module analog của PLC, nên không được dùng phổ biến trong các hệ thống Ngoà̀i ra việc nối trực tiếp các cảm biến với module IO khoảng cách sẽ rất ngắn, bảo trì và̀ bảo dưỡng hệ thống rất khó khan.

Hình2.12: Nối trực tiếp cảm biến với local module của PLC

Kết nối qua bộ phát hai dây (Two wire transmitter): Bộ two wire transmitter có chức năng chuyển đổi tín hiệu đo của cảm biến thà̀nh tín hiệu dòng điện hoặc điện áp để truyền về module anlog input của PLC Phương pháp nà̀y được sử dụng phổ biến trong công nghiệp vì tín hiệu dòng điện có khả năng là̀m giảm sai số do nhiễu trong quá trình truyền tín hiệu Việc kết nối qua bộ phát hai dây cũng giúp tín hiệu truyền đi được xa hơn so với cách nối trực tiếp với module IO.

Hình 2.13: Cảm biến được nối qua bộ phát hai dây 2.11.1 Lắp đặt biến tần với động cơ Để có thể điều khiển bơm chạy với đa cấp tốc độ thì ta phải sử dụng một biến tần để điều khiển động cơ thông qua sự thay đổi tần số và̀ kết hợp với 1 PLC để điều khiển biến tần hoạt động theo ý muốn, cuối cùng là̀ 1 động cơ điện.

Chúng ta có rất nhiều dòng PLC và̀ biến tần để thực hiện điều khiển hệ thống trên Ở đây chúng ta cùng xét 2 loại PLC và̀ biến tần cơ bản đó là̀ PLC Siemens S7 1200 1215DC/DC/DC và̀ biến tần Mitsubishi FR-E700 và̀ động cơ không đồng bộ 3 pha 0.75kW.

Hình 2.14: Kết nối biến tần với động cơ

Sơ đồ khối hệ thống SCADA

3.1 Yêu cầu thiết kế CT PLC

- Quá trình hoạt động với hai chế độ: chế độ tự động và chế độ bằng tay.

- Chương trình được viết một cách logic, dễ tiếp cận, dễ quản lý.Giám sát được nhiệt độ, áp suất cho lò hơi và̀ máy sấy.

- Cài đặt, điều khiển được các thiết bị trong hệ thống

- Cài đặt khoảng nhiệt độ, áp suất cho lò lơi, máy sấy

Khởi động chạy chế độ Auto, hệ thống bơm nước từ bồn và̀o lò hơi sau đó đánh lửa đun lò hơi đến nhiệt độ cà̀i đặt Khi đạt đủ nhiệt độ mở van khí.

KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

Yêu cầu thiết kế chương trình PLC

- Quá trình hoạt động với hai chế độ: chế độ tự động và chế độ bằng tay.

- Chương trình được viết một cách logic, dễ tiếp cận, dễ quản lý.Giám sát được nhiệt độ, áp suất cho lò hơi và̀ máy sấy.

- Cài đặt, điều khiển được các thiết bị trong hệ thống

- Cài đặt khoảng nhiệt độ, áp suất cho lò lơi, máy sấy

Network1: AutoMode

Khởi động chạy chế độ Auto, hệ thống bơm nước từ bồn và̀o lò hơi sau đó đánh lửa đun lò hơi đến nhiệt độ cà̀i đặt Khi đạt đủ nhiệt độ mở van khí.

Network2: StopMain

Reset các biến khi đã đạt đủ yêu cầu, move các giá trị về 0

Network3: Clock

Network4: Start Main

Lấy các giá trị ban đầu của hệ thống

Network5: Simulation Boiler,+-temp

Tăng giảm nhiệt độ theo hệ thống

Network6: Simulation Chip Tank

Kiểm tra số lượng chip trong tank, điều khiển nhiệt độ trong tank

Network7: Simulation Pressure

Kiểm tra tăng giảm giá trị áp suất

Network8: Simulation Motor

Điều khiển motor 2 trạng thái cách nhau 0.5 giây

Network9: Manual Mode

Chế độ Manual có thể kích hoạt bất kì hoạt động của máy nà̀o trong hệ thống.

Network10: Select Mode

Chọn chế độ Manual hay Auto

Network11: Pop-up

Điều khiển pop-up động cơ

Network12: Error

Kích hoạt chế độ quá tải hệ thống sẽ dừng hoạt động

THIẾT KẾ GIAO DIỆN SCADA

Yêu cầu thiết kế SCADA

Thực hiện giám sát nhiệt độ, độ ẩm của nhà kính trên màn hình

SCADA Hiển thị được các thông số rõ ràng trên màn hình. Điều khiển, giám sát hiệu quả trạng thái hoạt động của các thiết bị Phân quyền truy cập cho người dùng.

Cho phép cài đặt thông số thời gian thực hiện tưới cây.

Thiết kế mà̀n hình HMI

Khi người dùng muốn vận hành hệ thống và đồng thời điều khiển các bơm quạt hoặc các phần có yêu cầu quyền truy cập từ User trở lên thì cần phải đăng nhập bằng tài khoản User hoặc Admin.

Hình 4.1: Giao diện HMI LOG IN

Màn hình chính thể hiện tổng quan về hệ thống sấy khô gỗ Nhiệt độ, áp suất trung bình của hơi ẩm bên trong đường ống được hiển thị trực quan Giám sát tổng quan trạng thái hoạt động của hệ thống lò hơi, quạt, giám sát được lò sấy, máy nghiền Ngoài ra còn có màn hình hiển thị cảnh báo alarm báo quá tải

Hình 4.2: Màn hình giao diện HMI MAIN

Chế độ tự động (auto): Ở chế độ này hệ thống cho phép thực hiện hoàn toàn tự động, các giá trị nhiệt độ, áp suất trung bình, các thông số sẽ được hiển thị trên mà̀n hình SCADA

Chế độ bằng tay (manual): Ở chế độ vận hành bằng tay hệ thống sẽ cho phép điều khiển các thiết bị hoàn toàn bằng tay như máy bơm, quạt thông qua nút nhấn on/off Nhiệt độ, áp suất vẫn được trả về hệ thổng một cách tự động.

Nút nhấn START: Khởi động chương trình

Nút nhấn STOP: Dừng chương trình

Bảng Quan Sát giá trị:

Quan sát các giá trị cảm biến trả về:

Khi xảy ra sự cố quá tải thiết bị thì hệ thống chỉ cảnh báo cho người vận hành biết để xử lý và dừng hệ thống báo Alarm và̀ sau khi đã giải quyết xong hệ thống sẽ tiếp tục hoạt động

Hinh 4.3: Giao diện khi có sự cố ALARM

Nhiệt độ của lò sấy được tính bằng trung bình giá trị nhiệt độ của gỗ chip cộng và̀ nhiệt độ của lò hơi cung cấp Giá trị cảm biến trả về được mô phỏng bằng giá trị trên bảng điều khiển

Cảm biến áp suất Áp suất của lò hơi được đo bằng cảm biến và̀ trả giá trị lên bảng điều khiển HMI.

Ban đầu ta sẽ set nhiệt độ của lò hơi sau đó nước từ bồn sẽ được máy bơm vô lò hơi Tiếp sau đó dầu cũng sẽ dược đưa và̀o để đốt lò, quạt sẽ dược bật thổi lửa đun hơi nước Khi đã đạt đủ nhiệt độ đặt nước sẽ ngừng bơm và̀ tắt lửa lò.

Kế tiếp ta sẽ mở van đưa hơi ẩm qua lò sấy để là̀m mềm gỗ, gỗ sau khi được là̀m mềm sẽ được đưa xuống máy nghiền nhỏ hoà̀n tất chu trình.

Ta sẽ khởi động riêng biệt bất kỳ máy bơm hay quạt nà̀o,…

Hình 4.4: Hoạt động thực tế

4.3 Ứng dụng của hệ thống

Với kết quả mô phỏng hệ thống đã trình bày, hệ thống thích hợp cho các dự án với quy mô vừa và nhỏ Hệ thống có thể giám sát nhiệt độ, áp suất vận hành hệ thống đơn giản Độ ẩm,áp suất, nhiệt độ dùng cho hệ thống luôn được bảo đảm yêu cầu Người vận hành không cần am hiểu nhiều về kỹ thuật Ngoài ra, hệ thống có thể phát triển lên để sấy các loại gỗ khác…

Ứng dụng hệ thống

Trong quá trình thực hiện tìm hiểu và nghiên cứu, nhóm đã được một số kết quả:

Thiết kế và mô phỏng được hệ thống sấy khô cho vụn gỗ

Thiết kế và mô phỏng được hệ thống có thể tự động điều khiển tùy thuộc vào các thông số cà̀i đặt.

Toàn bộ hệ thống có thể chạy trong thời gian dài, tương đối ổn định, đạt kết quả tốt, chạy với 2 chế độ: auto và̀ manual.

Khả năng đáp ứng của màn hình SCADA chính xác.

Khả năng đáp ứng của phần với nhau là tương đối ổn định và chính xác

Dữ liệu được hiển thị cụ thể, có thể dễ dàng theo dõi thông qua biểu đồ

Bên cạnh những nội dung đã đạt được, hệ thống vẫn còn những hạn chế sau:

Hệ thống được thiết kế và mô phỏng Thiết kế hệ thống chưa được tối ưu

Hệ thống chưa được thiết lập giám sát từ xa

Phát triển, mở rộng thêm quy mô hệ thống. Điều khiển giám sát hệ thống thông qua Webserver

Thiết kế, lập trình ứng dụng Android trên di động để giám sát, điều khiển.

Định dạng
Số trang	46
Dung lượng	2,49 MB