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

Hệ thống cung cấp nhiệt hơi ẩm cho nhà máy chế biến gỗ là một khu vực quan trọng trong cáckhâu của nhà máy để sản xuất ra những tấm gỗ mdf, gỗ ván ép đạt chất lượng cao.. • Tìm hiểu n

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

- ∆ - ⸙ ⸙

ĐỀ TÀI: SYSTEM PROVIDER MOISTURE TO THE

WOOD CHIP USE PLC S7-1200

HỆ THỐNG SẤY VỤN GỖ TRONG CÔNG NGHIỆP

VÁN ÉP

GVHD.TS: Trần Vi Đô SVTH: Lê Phú Quý 18151233 Nguyễn Công Minh 18151202

Tp Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2021

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Vi Đô

Nguyễn Công Minh MSSV:18151202

Ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Tên đề tài: Hệ Thống Sấy Vụn Gỗ Trong Công Nghiệp

NHẬN XÉT

1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm: (Bằng chữ: )

TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 12 năm 2021

Giáo viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Những trang đầu tiên của đồ án này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy côKhoa Điện – Điện tử đã tạo cơ hội để được thực hiện đồ án môn học này đồng thời đã tậntâm truyền đạt kiến thức cho chúng em

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS Trần Vi Đô, người đã luôn đồnghành cùng chúng em và giành thời gian quý báu để hướng dẫn giúp đỡ để nhóm em có thểhoàn thành được đồ án môn học này

Một lời cảm ơn và một lời chúc chân thành Em xin gửi tới quý Thầy Cô và các bạn, xinchúc mọi người luôn bình an, vui vẻ, hạnh phúc và thành công trên con đường sự nghiệpphía trước

Trong quá trình thực hiện, với lượng kiến thức nhiều và rộng, trong khi đó hiểu biết củanhóm và thời gian thực hiện có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót Em mong quýthầy cô bỏ qua và đóng góp cho nhóm để có thể hoàn thành tốt các đồ án tiếp theo

Nhóm sinh viên thực hiện

Lê Phú Quý

Nguyễn Công Minh

MỤC LỤC

Danh mục hình ảnh 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Mục tiêu 2

1.3 Cấu trúc đề tài 3

1.4 Mô tả thành phần hệ thống 3

1.5 giới hạn 3

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 4

2.1.Mô tả hoạt động hệ thống 4

2.2.Giới thiệu về PLC S7-1200 4

2.2.1.PLC S7-1200 CPU 1215C 4

2.3.Lò sấy gỗ bằng hơi nước 6

2.3.1.Khái niệm lò sấy gỗ bằng hơi ẩm 6

2.4.Lò hơi cung cấp nhiệt hơi ẩm 7

2.5.Máy nghiền gỗ chip 8

2.6.Cảm biến nhiệt trong công nghiệp 8

2.7.Cảm biến áp suất 9

2.8.Động cơ 11

2.9.Bồn chứa nước 12

2.10.Sơ đồ khối hệ thống SCADA 13

CHƯƠNG 3.THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 16

3.1.Yêu cầu thiết kế chương trình PLC 16

3.2.Network1: AutoMode 16

3.3.Network2: StopMain 19

3.4.Network3: Clock 22

3.5.Network4: Start Main 22

3.6.Network5: Simulation Boiler,+-temp 23

3.7.Network6: Simulation Chip Tank 25

3.8.Network7: Simulation Pressure 25

3.9.Network8: Simulation Motor 26

3.10.Network9: Manual Mode 29

3.11.Network10: Select Mode 31

3.12.Network11: Pop-up 31

3.13.Network12: Error 32

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ GIAO DIỆN SCADA 33

4.1.Yêu cầu thiết kế SCADA 33

4.2.Thiết kế màn hình HMI 33

4.2.1.Phân cấp màn hình 33

4.2.1.1.Màn hình LOG IN 33

4.2.1.2.Màn hình MAIN 34

4.2.1.3.Hoạt động thực tế 35

4.3.Ứng dụng hệ thống 36

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 38

5.1 Kết luận .38

5.2 Hạn chế 38

5.3 Hướng phát triển 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHU LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3

Hình 2.1 5

Hình 2.2 6

Hình 2.3 6

Hình 2.4 7

Hình 2.5 8

Hình 2.6 9

Hình 2.7 10

Hình 2.8 11

Hình 2.9 12

Hình 2.10 12

Hình 2.11 13

Hình 2.12 14

Hình 2.13 14

Hình 2.14 15

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ GIAO DIỆN SCADA 33

Hình 4.1 33

Hình 4.2 34

Hình 4.3 36

Hình 4.4 37

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngành công nghiệp chế biến gỗ đã trở thành ngành hàng xuất khẩu chủ lực đứng thứ 5 của ViệtNam sau dầu thô, dệt may, giày dép và thủy sản Việt Nam đã trở thành nước xuất khẩu đồ gỗ đứngđầu Đông Nam Á 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 làng nghề gỗ và sốlượng lớn các hộ gia đình sản xuất kinh doanh đồ gỗ chưa được thống kê Theo số liệu từ Bộ Nôngnghiệp và Phát triển nông thôn thì các doanh nghiệp chế biến gỗ có quy mô đa phần là nhỏ Theonguồn gốc vốn thì 5% số doanh nghiệp thuộc sở hữu nhà nước, 95% còn lại là thuộc khu vực tư nhân,trong đó có 16% có vốn đầu tư nước ngoài (FDI) Nhìn chung trong thời gian qua các doanh nghiệpchế biến gỗ đã có một số nỗ lực trong cải tiến công nghệ sử dụng trong chế biến gỗ Các nhà máy sảnxuất luôn luôn cải tiến công nghệ trong từng công đoạn sản xuất để tạo ra các sản phẩm đạt chấtlượng cao trong đó phải kể đến công đoạn sấy khô gỗ vô cùng quan trọng không thể thiếu của mộtnhà máy sản xuất gỗ

Hệ thống cung cấp nhiệt hơi ẩm cho nhà máy chế biến gỗ là một khu vực quan trọng trong cáckhâu của nhà máy để sản xuất ra những tấm gỗ mdf, gỗ ván ép đạt chất lượng cao Hệ thống đảm bảonhiệt 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 choquá trình sản xuất các sản phẩm gổ của nhà 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 này giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, đẩy nhanh tiến độ công việc của nhà máy đápứng nhu cầu của xã hội, giảm sức lao động của con người tiết kiệm nguồn nhân công Người quản lý,

vận hành có thể giám sát ở bất kỳ đâu rất thuận tiện Chính vì vậy nhóm đã chọn đề tài “ Hệ thống

sấy vụn gỗ trogn công nghiệp ván ép”

1.2 MỤC TIÊU

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

• Lựa chọn và 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

• 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 hành và 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…

1.3 Cấu trúc đề tài

Chương 1: Tổng quan

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

Chương 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 Mô tả hoạt động của hệ thống

Thân cây gỗ thông, gỗ bạch đàn, gỗ cao su hay sồi… được mang về nhà máy, sau đó cắt khúc và

bỏ vỏ để sẵn sàng cho việc sản xuất

Sau khi các thân cây gỗ đã được bóc vỏ và cắt khúc tròn sẽ được băm thành các dăm gỗ nhỏ, dàixấp xỉ 20mm Dăm gỗ lúc này sẽ được đổ vào các phễu dưới và trải qua quá trình sàng lọc, làm sạch

Gỗ chip sau khi đã trải qua nhiều quy trình làm sạch sẽ được hầm áp suất trong khoảng vài phútvới nhiệt độ khoảng 160 độ C Sau khi gỗ đã mềm ra, các gỗ chip này tiếp tục được đưa vào máynghiền và hoàn thành công đoạn

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

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển: +Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào 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 và TCP/IP Ngoài ra bạn có thểdùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232 -Phần mềm dùng để lậptrình cho S7-1200 hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL.Phần mềm này được tích hợptrong TIA Portal 11 của Siemens

2.2.1 PLC S7-1200 CPU 1215C

-Kích thước: 110 x 100 x 75

- Board tín hiệu/truyền thông:1

- Module truyền thông: 3

- Truyền thông: Ethernet

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 này 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 - 11-51,1 oC) Hơi nước được dẫn vào hệ thống dẫn nhiệt (để trong hầm sấy) Nhiệt lượng trong hơi nước làm nóng toàn bộ dàn nhiệt và tỏa ra không khí trong

lò rất mạnh nhờ hệ thống quạt gió Lượng nhiệt này làm nóng gỗ trong lò và nước trong gỗ bốc hơi dần dần - dẫn đến làm khô gỗ theo y muốn của con người

Hình 2.3: Mô hình lò sấy

2.4 Lò hơi cung cấp nhiệt hơi ẩm

Chất lượng nước cấp vào lò hơi và hơi nước lò hơi đóng một vai trò rất quan trọng với việc đảmbảo an toàn khi vận hành lò, quyết định hiệu quả lò hơi và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Hình 2.4: Lò hơi

2.5 Máy nghiền gỗ chip

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

Hình 2.5: Máy nghiền gỗ chip

2.6 Cảm biến nhiệt trong công nghiệp

Cảm biến nhiệt được hiểu là 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 và từ tín hiệu nàycác bộ đọc sẽ đọc và quy ra thành 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 caohơn nhiều so với khi thực hiện bằng các loại cặp nhiệt điện hoặc nhiệt kế

Ưu điểm:

 Giá thành thấp, dễ chế tạo

 Độ nhạy cao, chống nhiễu tốt.

 Thiết kế mạch xử lý đơn giản

Nhược điểm:

 Không chịu được nhiệt độ cao, độ bền thấp

Hình 2.6: Cảm biến nhiệt độ

2.7 Cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất được hiểu đơn giản là một loại thiết bị đo được áp suất trên đường ống hoặc là

các bồn chứa có áp suất Những thông số đo được về áp suất sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điệnáp

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 và tủ lạnh có

Inverter

Động cơ thì luôn chạy mọi lúc, nhưng có thể được điều khiển và giám sát bởi cảm biến này 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 vào 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 nhà máy xử lý nước cấp, nước thải

Nơi tiếp xúc giữa nước và thiết bị cảm biến là một lớp màng mỏng được kết nối với các vi mạch điện tử, được coi là khu vực quan trọng nhất của cảm biến Lớp màng này thường được tạo nên từ vậtliệu Ceramic hoặc 316L cao cấp tùy theo từng hãng sản xuất

Khi chưa có lực tác động vào, màng cảm biến sẽ là một mặt phẳng Lúc này cảm biến sẽ có giá trị là 0 bar khá tương đối

Sau khi có lực tác động, lớp màng cảm biến sẽ bị biến dạng Chính sự biến dạng của màng cảm

biến có gắn các vi mạch sẽ được chuyển đổi thành các tín hiệu điện từ Mục đích để biết được áp lực

tác động lên cảm biến chính xác là bao nhiêu Lớp màng biến thiên theo sự thay đổi của áp suất bên trong

Hình 2.9: Động cơ

2.9 Bồn chưa nước

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

Hình 2.10: Bồn nước

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

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 năngchuyển đổi tín hiệu đo của cảm biến thành tín hiệu dòng điện hoặc điện áp để truyền về module anloginput của PLC Phương pháp này được sử dụng phổ biến trong công nghiệp vì tín hiệu dòng điện cókhả năng làm giảm sai số do nhiễu trong quá trình truyền tín hiệu Việc kết nối qua bộ phát hai dâycũng 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 và kết hợp với 1 PLC để điều khiển biến tần hoạt động theo ý muốn, cuối cùng là 1 động cơ điện

Chúng ta có rất nhiều dòng PLC và biến tần để thực hiện điều khiển hệ thống trên Ở đây chúng

ta cùng xét 2 loại PLC và biến tần cơ bản đó là PLC Siemens S7 1200 1215DC/DC/DC và biến tần Mitsubishi FR-E700 và động cơ không đồng bộ 3 pha 0.75kW

Hình 2.14: Kết nối biến tần với động cơ

Chương 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

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, ápsuất cho lò hơi và 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

3.2 Network1: Auto Mode

Khởi động chạy chế độ Auto, hệ thống bơm nước từ bồn vào lò hơi sau đó đánh lửa đun lò hơi

đến nhiệt độ cài đặt Khi đạt đủ nhiệt độ mở van khí

3.3 Network2: Stop Main

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

3.4 Network3: Clock

Tạo xung 1 giây

3.5 Network4: Start Main

Lấy các giá trị ban đầu của hệ thống

3.6 Network5: Simulation Boiler, +-temp

Tăng giảm nhiệt độ theo hệ thống

3.7 Network6: Simulation Chip Tank

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

3.8 Network7: Simulation Pressure

Kiểm tra tăng giảm giá trị áp suất

3.9 Network8: Simulation Motor

Điều khiển motor 2 trạng thái cách nhau 0.5 giây

3.10 Network9: Manual Mode

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

3.11 Network10: Select Mode

Chọn chế độ Manual hay Auto

3.12 Network11: Pop-up

Điều khiển pop-up động cơ

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