TỔNG LIÊN đoàn LAO ĐỘNG VIỆT NAM

Hình 3.2 Phần mềm lập trình và thiết kế3.1.2 Khối điều khiển - Chức năng: điều khiển các khối trộn, khối thanh trùng, khối chiết.. Thiết kế giao diệnGiao diện được thiết kế trên phần mềm

HỆ THỐNG PHA TRỘN VÀ CHIẾT RÓT

NƯỚC ÉP TRÁI CÂY , CÓ CODE

1

2

MỤC LỤC

3

4

Hệ thống này được ứng dụng rộng rãi trong dây chuyền sản xuất nước ép tráicây đóng chai vừa và nhỏ.

1.3 Đối tượng nghiên cứu

- PLC S7-1200

- Cảm biến khúc xạ đo độ Brix

- Cảm biến tiệm cận, các loại van và máy bơm, cảm biến đo khối lượng(loadcell)

- Hệ thống SCADA để quản lí và vận hành hệ thống

1.4 Phạm vi nghiên cứu

- Tìm hiểu về nguyên lí hoạt động của một dây chuyền sản xuất nước éptrái cây với công suất là 500 lít/giờ

- Thiết kế hệ thống SCADA cho hệ thống.

1.5 Dự kiến kết quả

- Xây dựng được đầy đủ các tính năng của của một hệ thống SCADA

- Mô phỏng lại được quy trình sản xuất nước ép

- Thiết kế được giao diện điều khiển và giám sát

Trang 7/46

Chương 2 Cơ sở lý thuyết 2.1 Các yêu cầu và tiêu chuẩn của nước ép trái cây

Đối với nước ép trái cây mà cụ thể ở đây là nước cam thì có các tiêu chi sau:

Hình 2.1 Yêu cầu của nước ép cam

2.2 Tìm hiểu về độ Brix

2.2.1 Khái niệm

Độ brix (Bx) được biết đến là thang đo phổ biến nhất dùng để đo chất rắnhòa tan trong các dung dịch hay thực phẩm xác định Chất hòa tan này bao gồm:đường, các axit amin, khoáng chất, protein,

Độ brix được sử dụng để biểu thị nồng độ (% trọng lượng) hoặc mật độđường có trong dung dịch, cũng có thể hiểu đơn giản độ brix là độ đường có trongcây trồng và các loại rau, củ, quả.

Giá trị brix được thể hiện bằng độ brix, là số gram đường sucrose có trong100g dung dịch Mỗi độ brix được hiểu là nồng độ chất rắn hòa tan 1% khi đo ở20C Ví dụ: Một dung dịch có ghi độ Brix bằng 10% có nghĩa trong 100g đó thì sẽbao gồm 10g chất rắn hòa tan và 90g nước

2.2.2 Tỉ lệ ngọt

Khi đánh giá trái cây ngọt hay chua thường dùng tỉ lệ ngọt do độ brix hầunhư chỉ có nồng độ đường và nồng nồng độ acid

Tỷ lệ ngọt = Trong đó: o Bx là độ Brix, o Acid là nồng độ acid

Hình 3.2 Phần mềm lập trình và thiết kế

3.1.2 Khối điều khiển

- Chức năng: điều khiển các khối trộn, khối thanh trùng, khối chiết Xử lítín hiệu gửi về từ các khối chấp hành và gửi lên khối giám sát và nhận tínhiệu điều khiển từ khối giám sát

- Thành phần chính: bộ trao đổi nhiệt

Hình 3.5 Bộ trao đổi nhiệt

- Thông số kĩ thuật:

o Vật liệu: thép

o Nhiệt độ làm việc từ -23 đến 180

o Áp suất: 16 kg/cm3.3.1.5 Khối chiết rót

- Chức năng: bơm nước ép vào chai và tiến hành đóng nắp

- Thành phần chính: Bơm định lượng hóa chất OBL M321PPSV

3.2 Thiết kế giao diện

Giao diện được thiết kế trên phần mềm WinCC gồm có một màn hình giớithiệu và một màn hình chính để điều khiển và giám sát Màn hình giám sát chínhgồm các màn hình giám sát của ba công đoạn là trộn, thanh trùng và chiết rót Ngoài

ra còn có ba màn hình để cài đặt, nhận cảnh báo và xem biểu đồ

Hình 3.7 Màn hình giới thiệu

Hình 3.8 Màn hình điều khiển công đoạn trộn

Trang 15/46

Hình 3.9 Màn hình điều khiển công đoạn thanh trùng

Hình 3.10 Màn hình điều khiển công đoạn rót

Hình 3.11 Màn hình cài đặt

Hình 3.12 Màn hình cảnh báo

Trang 17/46

Hình 3.13 Màn hình đồ thị

Hình 3.14 Màn hình báo cáo

3.3 Sơ đồ đấu dây

Hình 3.15 Sơ đồ đầu dây với PLC S7-1200

Trang 19/46

Hình 3.16 Sơ đồ đấu dây với mô đun mở rộng DQ 16x24VDC

Hình 3.17 Sơ đồ đấu dây với mô đun mở rộng AI 4x13BIT

Chương 4 Giải thuật và điều khiển 4.1 Hoạt động của hệ thống

Hệ thống pha trộn và chiết rót nước ép trái cây gồm ba công đoạn chính vàđược thực hiện lần lượt theo thứ tự là công đoạn trộn, công đoạn thanh trùng vàcông đoạn chiết rót

Đầu tiên khi nguyên thô (nước cam cô đặc) sẽ được bơm vào bồn trộn Sau

đó, nước được bơm vào bồn trộn để pha ra được hỗn hợp nước cam có độ Brix (độBrix được đo bằng khúc xạ) được yêu cầu Khi hai nguyên liệu đã được bơm đầy đủvào bồn sẽ tiến hành trộn trong 20s

Sau khi trộn, hỗn hợp nước cam sau khi trộn sẽ được xả và bơm vào một bồnchứa cần bằng để ổn định nước cam trước khi tiến hành thanh trùng Nước cam từbồn cân bằng sẽ dẫn qua một hệ thống trao đổi nhiệt để tăng lên nhiệt độ là từ 80 -

95 trong 15 đến 30 giây Trong quá trình gia nhiệt, nước cam cũng được đưa quamột bình chân không để tiến hành khử mùi, loại bỏ bớt khí ra khỏi nước cam Cuốicùng nước cam dẫn qua một hệ thống làm mát để giảm nhiệt độ trước khi được đưavào công đoạn chiết rót và đóng chai

Nước cam sau khi được thanh trùng sẽ được bơm vào một bồn chứa để tiếnhành chiết rót vào chai Băng chuyền sẽ vận chuyển chai đến vòi bơm, khi cảm biếntác động bơm định lượng sẽ bơm nước cam vào chai Sau khi được bơm đầy, chaiđược vận chuyển đến vị trí đóng nắp chai Khi cảm biến phát hiện chi nước cam tácđộng, xi lanh sẽ đẩy nắp ra và một xi lanh khác sẽ tiến hành đóng nắp chai

4.2.2 Công đoạn thanh trùng

Hình 4.2 Lưu đồ giải thuật công đoạn thanh trùng

Trang 23/46

4.2.3 Công đoạn chiết rót

Hình 4.3 Lưu đồ giải thuật công đoạn chiết rót

Chương 5 Mô phỏng và thực nghiệm 5.1 Tiến hành thực nghiệm

- Bước 1: Mở phần mềm TIA Portal V16 và chạy mô phỏng với PLC SIMV16

- Bước 2: Mở giao diện HMI trên WinCC và chạy mô phỏng

- Bước 3: Chọn chế độ ‘Mô phỏng’ trên giao diện điều khiển

- Bước 4: Thiết lập các thông số yêu cầu của hệ thống

- Bước 5: Chọn chế độ điều khiển ‘bằng tay’ hoặc ‘tự động’

- Bước 6: Nhấn nút ‘START’ để hệ thống hoạt động

- Bước 7: Bấm các nút ‘giám sát’ để xem biểu đồ mức nước và nhiệt độcủa hệ thống

- Bước 8: Bấm nút ‘Báo cáo’ để xuất ra báo cáo

- Bước 9: bấm nút ‘Cảnh báo’ xem cảnh báo của hệ thống

- Bước 10: Bấm nút ‘STOP’ để dừng hệ thống

5.2 Mô phỏng

Ta thực hiện mô phỏng trên phần mềm TIA Portal V16 và phần mềmWinCC Sau đây là các bước tiến hành mô phỏng:

- Bước 1: Tạo ra một PLC ảo bằng phần mềm PLC SIM V16

- Bước 2: Mở giao diện HMI đã thiết kế như hình 3.7

- Bước 3: Mở giao diện hệ thống bằng cách bấm vào nút “Hệ thống” Mộtmàn hình sẽ mở ra như hình 3.8

- Bước 4: Ta vào mục “SETTING” để khởi động hệ thống và chạy môphỏng như hình 3.11

Trang 27/46

Chương 6 Kết luận 6.1 Ưu điểm

- Mô tả lại được quá trình hoạt động của một hệ thống chiết rót nước ép

- Có đầy đủ các tính năng của một hệ thống SCADA

- Có ứng dụng được các kiến thức đã học vào thiết kế hệ thống

6.2 Nhược điểm

- Chưa kết nối với PLC và cảm biến thực nên còn một số điểm chưa sát vớithực tế

- Kĩ năng thiết kế giao diện chưa tốt, nên giao diện còn chưa được tối ưu

- Chương trình điều khiển chưa được tối ưu hóa nên còn một số lỗi

6.3 Hướng phát triển

- Kết nối với mô hình thật để điều khiển để tạo thành một hệ thống giámsát và vận hành hoàn chỉnh

- Phát triển phần Wedsever để có thể điều khiển và giám sát từ xa

- Xây dựng mô hình thực tế để có thể ghép nối với hệ thống SCADA đãthiết kế

Tài liệu tham khảo

Tài liệu tiếng Việt

[1] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Vân Hà, [2006], Tự động hóa vớiSimatic S7-300, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật

[2] Trần Văn Hiếu, [2019], Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA PORTAL,NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

Tài liệu tiếng Anh

[3] Siemens AG (System manual), [2014], SIMATIC WinCC Professional V13.0,Germany, Siemens AG

[4] Siemens AG, [2013], SIMATIC HMI WinCC V12 Comfort Panels, RuntimeAdvanced: Getting Started, Siemens AG, Germany

[5] David Bailey, Edwin Wright, [2003], Practical SCADA for Industry, UK,Elsevier

[6] Siemens AG (System manual), [2013], Working with WinCC, Germany,Siemens AG

[7] Hans Berger, [2014], Automating with Simatic S7-1500, 1e, PublicisPublishing, Erlangen

[8] Siemens AG (System manual), [2014], SIMATIC S7-1500 Getting Started, 1e,Siemens AG, Germany

[9] Siemens AG, [2013], SIMATIC HMI WinCC V7.2 WinCC: Communication:System manual, Siemens AG, Germany , Practical SCADA for Industry, UK,Elsevier

Trang 29/46

Phụ lục 1: Chương trình trên PLC

Chương trình chính:

Chương trình con:

- Chương trình điều khiển bằng tay của công đoạn trộn

Trang 31/46

- Chương trình điều khiển bằng tay của công đoạn thanh trùng

- Chế độ điều khiển bằng tay công đoạn chiết rót

- Chương trình điều khiển tự động của công đoạn trộn

- Chương trình mô phỏng

Trang 51/46