HỆ THỐNG sản XUẤT TRÁI cây sấy KHÔ và ĐÓNG gói, có CODE

Nhằm giải quyết vấn đề nhân lực và đạt được chất lượngcao hơn trong sản phẩm và đặc biệt quá trình bảo quản trái cây hay nông sản nên em đã ứng dụng kiến thức đã học để nghiên cứu và thi

HỆ THỐNG SẢN XUẤT TRÁI CÂY SẤY KHÔ

VÀ ĐÓNG GÓI, CÓ CODE

1

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition.

E_STOP Emergency Stop

RAM Ramdom Access Memory

EPROM Erasable Programmable Read Only Memory

EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory

2

Mục Lục

3

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu về đề tài.

Hiện tại , ngành điều khiển tự động hóa đang phát triển rất mạnh mẽ và phổbiến trên khắp thế giới Nhằm giải quyết vấn đề nhân lực và đạt được chất lượngcao hơn trong sản phẩm và đặc biệt quá trình bảo quản trái cây hay nông sản nên

em đã ứng dụng kiến thức đã học để nghiên cứu và thiết kế hệ thống sản xuất tráicây khô và đóng gói

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Tìm hiểu PLC

2.1.1 PLC là gì?

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình bằng cácngôn ngữ lập trình như PLC LD/LAD, FBD, ST/STL, SFC, IL, C/C++ cho phép thựchiện các thuật toán điều khiển logic Người dùng có thể lập trình để thực hiện một loạttrình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi các hoạt động có trễ như thờigian định thì hay các sự kiện được đếm PLC hoặc kích hoạt các tác nhân kích thích (ngõvào) tác động vào PLC PLC hoạt động dựa vào phương thức quét trạng thái đầu vào vàđầu ra Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo

Hiện tại có rất nhiều hãng sản xuất ra PLC như:

Hình 2 1: PLC của Siemens

2.1.2 Nguyên lí hoạt động của PLC

PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu vào và đầu ra, cónghĩa là khi đầu vào thay đổi thì đầu ra cũng sẽ thay đổi

Các hoạt động bên trong PLC được điều khiển bới CPU Bộ xử lý sẽ đọc và kiểmtra chương trình được chứa trong bộ nhớ và thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trìnhđóng hay ngắt các đầu ra

Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động PLC

2.1.3 Cấu trúc PLC

Tương tự như các thiết bị lập trình khác, hệ thống lập trình cơ bản của PLC baogồm 2 khối chính: khối xử lý trung tâm (CPU) và hệ thống giao tiếp vào/ra như sơ đồkhối:

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc PLC

Bộ nhớ : là phần mềm điều khiển các hoạt động của hệ thống, sơ đồ LAD, trị số của

Timer, Counter được nhớ trong vùng nhớ ứng dụng Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau nênngười dùng có thể lựa chọn nó tùy theo nhu cầu:

Bộ nhớ ROM: Đây là loại bộ nhớ chỉ nạp được một lần và không thay đổi được

Bộ nhớ RAM: Loại này chứa các chương trình cũng như dữ liệu có thể thay đổiđược, nhưng sẽ bị mất khi mất điện Có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách dùngPin

Bộ nhớ EPROM: Tương tự như ROM, nguồn nuôi cho EPROM không cần dùngPin Tuy nhiên, có thể xóa nội dung bằng cách chiếu tia cực tím vào một xửa sổ nhỏ trênEPROM và sau đó nạp lại nội dung bằng máy nạp.

Bộ nhớ EEPROM: kết hợp hai ưu điểm của RAM và EPROM, loại này có thể xóa

và nạp bằng tín hiệu điện Tuy nhiên số lần nạp cũng có giới hạn

Khối xử lý trung tâm: là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC như: thực

hiện chương trình, xử lý vào ,ra và truyền thông với các thiết bị bên ngoài

2.1.4 Ưu điểm và nhược điểm của PLC

Bộ điều khiển lập trình PLC đã khắc phục được những nhược điểm của bộ điềukhiển bằng Relay, tuy nhiên dựa vào nguyên lý hoạt động cấu trúc PLC mà nó cũng cónhững ưu nhược điểm riêng:

-Giao tiếp được với các thiết bị thông minh

thông qua giao tiếp truyền thông hoặc các

modun mở rộng…

-Khả năng chống nhiễu tốt, độ tin cậy cao

-Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình -Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao: Để lập trình được các chương trình điều khiển, người sử dụng phải được đào tạo, có trình độ để đảm bảo

độ chính xác

trong môi trường công nghiệp

-Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý

muốn

-Giá thành tốt, cạnh tranh được cao

-Từ các ưu điểm và nhược điểm và đặc trưng của PLC là có thể lập trình được, chỉ

số IP của nó cho phép hoạt động trong các môi trường khắc nghiệt Vì vậy PLC ngày nayđược ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực liên quan đến tự động hóa

2.2 Tìm hiểu SCADA

2.2.1 Khái niệm SCADA

SCADA là viết tắt của Supervisory control and data acquisition là hệ thống thuthập dữ liệu thời gian thực từ các đối tượng để xử lý, biểu diễn , lưu trữ , phân tích và cókhả năng điều khiển những đối tượng này

Các hệ thống SCADA hiện tại là một giai đoạn phát triển hệ thống tự động hóatrước đây, chính là hệ thống truyền tin và báo hiệu Telemetry and Signalling

Theo quan điểm cổ điển:

-Các hệ thu thập dữ liệu và giám sát tập trung từ xa

-Chức năng chủ yếu là quan sát, ít có điều khiển

- Sử dụng chủ yếu trong các hệ thống năng lượng , gas, nước

-Thiết bị phần cứng ( MTU, RTU) và CS được đặt lên hàng đầu

Theo quan điểm hiện đại:

- Chức năng điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu tại chỗ và từ xa

_ Sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực tự động hóa

- Trọng tâm là hệ thống phần mền (phần mềm SCADA/HMI)

2.2.2 Nguyên tắc hoạt động SCADA

Trong hệ thống SCADA dù ít hay nhiều cũng được thực hiện những nguyên tắcnhư: Làm việc với thời gian thực, tần số cập nhật dữ liệu cao, cấu trúc mạng, nguyên tắc

hệ thống và modun mở, có thiết bị dự trữ để làm việc trong trạng thái “ dự trữ nóng”,…

2.2.3 Cấu trúc SCADA

Hệ thống thường có 4 phần chính sau:

Giao diện quá trình hoạt động : gồm các thiết bị chuyển đổi , cơ cấu chấp

hành ,các cảm biến, thiết bị đo

Trạm thu thập dữ liệu trung gian: Là các khối thiết bị đầu cuối từ xa RTU

(Remote Terminal Units) hoặc các khối điều khiển logic khả trình PLC có chứcnăng giao tiếp với các thiết bị chấp hành

Hệ thống truyền thông : bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bị

viễn thông và ccas thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ liệu cấptrường đến máy chủ và các khối điều khiển

Hệ thống điều khiển giám sát : là các phần mềm và giao diện người máy HMI

(Human Machine Interface)

Hình 2 4: Sơ đồ cấu trúc SCADA

2.3 Tìm hiểu quy trình sấy khô

Trong công nghiệp có nhiều qui trình sấy khác nhau , nhưng qui về chung thì đây

là 1 số bước cơ bản nhất của quá trình sấy khô:

Bước 1: Chần nông sản cần sấy

Trước khi sấy, điều đầu tiên là chúng sẽ được chần qua một lượt bằng nước lạnhhoặc nóng Việc này sẽ giúp cho nguyên liệu được bảo vệ và thời gian sấy cũng ngắnhơn

Đối với việc sấy rau củ chứa nhiều tinh bột, quá trình chần này sẽ làm cho tinh bột

bị hồ hóa nên khi sấy sẽ nhanh hơn Đối với hoa quả có nhiều màu sắc, việc chần nướcnóng sẽ giúp chúng giữ màu được tốt hơn, hoa quả sấy khô sẽ có được màu sắc rất đẹpmắt

Bước 2: Xử lý hóa chất

Trong quy trình sấy có thể xảy ra hiện tượng oxi hóa, vì vậy để ngăn ngừa việc nàythì chúng ta cần trải qua một bước xử lý , đó là xử lý bằng các chất chống oxy hóa nhưaxit ciric, muối natri, axit sunfuro,… Những chất này sẽ làm chậm quá trình chuyển màucủa hoa quả sấy khô Hơn nữa chúng còn giúp ngăn chặn phần nào sự tiêu hóa đi của cácloại vitamin C trong quá trình loại bỏ nước

Bước 3: Kiểm tra nhiệt độ sấy

Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất đối với quá trình sấy Mỗi loại nguyên liệu sẽcần một nhiệt độ sấy khác nhau để không làm chất dinh dưỡng có trong chúng không bịtiêu tan Đối với rau quả công nghiệp, nhiệt độ khi sấy không nên vượt quá ngưỡng 80 –

90 độC Nhiệt độ trong quá trình sấy cần được kiểm soát phù hợp, để đáp ứng được nhucầu này đòi hỏi người thực hiện cần có chuyên môn cao và kinh nghiệm tốt

Bước 4: Kiểm tra độ ẩm không khí

Độ ẩm không khí khi vào lò sấy thường nằm trong khoảng 10% – 13% Độ ẩm nàykhông nên quá thấp nếu quá thấp sẽ khiến rau quả sấy khô bị nức, vỏ bề mặt khô lại, vàkhó thoát ẩm Nếu độ ẩm cao thì sẽ là cho thời gian sấy lâu hơn

Bước 5: Kiểm tra độ dày lớp thực phẩm sấy

Lớp thực phẩm ở mỗi khuôn của máy sấy sẽ mỏng điều này sẽ làm cho thời giansấy sẽ nhanh hơn và hoa quả sấy khô đồng đều hơn Tuy nhiên, nếu để lớp hoa quả mỏng

sẽ phải tốn nhiều lần sấy

Nếu lớp thực phẩm quá dày, không khí sẽ không được lưu thông đều, việc này làmcho thực phẩm đọng hơi, hoa quả không được sấy được đều, chất lượng không đảm bảo

2.4 Tìm hiểu quy trình đóng gói

Bước 1: Sản phẩm sao khi hoàn thành thì sẽ được đưa vào túi hoặc hộp Tiếp đómáy đóng gói sẽ hút khí chân không hoặc đóng nắp sản phẩm lại

Bước 2: Khi sản phẩm đã được để vào trong thì bước tiếp theo là kiểm tra sảnphẩm có đúng qui cách ( đúng khối lượng , chất lượng không…) Nếu không đúng thì sảnphẩm này sẽ được loại bỏ Những sản phẩm đạt tiêu chuẩn sẽ được băng tải chuyển đếnqui trình tiếp theo

Bước 3: Là công đoạn cuối cùng Ở đây sản phẩm sẽ được dán nhãn tên thươnghiệu hiệu , ngày sản xuất và hạng sử dụng , khi sản phẩm được dán xong tất cả thì sẽ đượcbăng tải chuyển đến các thùng chứa ở đây, ở đây các sản phẩm sẽ được đóng thành cáckiện hàng giúp thuận tiện cho việc vận chuyển hoặc lưu kho

CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

3.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống

3.1.1 Khối PLC

Hình 3.2: PLC S7- 1200

PLC S7 1200 là sản phẩm của Siemens được sản xuất vào năm 2009 nhầm thay thếPLC S7 200 Gồm có 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khácnhau giống như điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng, 2 mạch tương tự và số mở rộngđiều khiển mô-đun trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm,13 module tín hiệu số

và tương tự khác nhau,2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nốiPTP,tích hợp thêm 4 cổng Ethernet,Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230VAC và điện áp 24 VDC

Thông số kĩ thuật:

Hãng sản xuất : Siemens Nguồn điện: dòng 115/230 VAC , điện áp 24 VDC

Bộ nhớ: 50KBKích thước: 10,40 x 11,00 x 8,80Khối lượng: 0,337kg

Sơ đồ đấu nối dây

Hình 3.3: Sơ đồ đấu nối dây

3.1.2 Khối bồn cần , động cơ ,máy sấy , máy đóng gói trong SCADA

Hình 3.4 Khối bồn cân

Khối này có chức năng cân sản phẩm

Hình 3.5 Khối động cơ

Hình 3.6 Máy đóng gói

Khối máy đóng gói có chức năng chính là đóng gói sản phẩm

Hình 3.7 Máy sấy nhiệt

Nhiệm vụ của khối máy sấy nhiệt này là làm cho nguyên liệu được sấy khô đến đúng nhiệt độ yêu cầu

Hình 3.8 Khối máy cắt

Khi nguyên liệu được làm sạch thì sẽ đươc vào khối máy cắt này để cho nguyênliệu đạt được độ dày và kích thước thích hợp cho việc sấy

 Số lượng đầu ra dây: 2 dây, 3 dây, 4 dây và 6 dây

3.1.4 Khối băng tải

Hình 3.10 Khối băng tải

Chức năng chính dùng để vận chuyển nguyên liệu qua các khu vực khác nhau

Hình 3.11 Khối băng tải làm ráo

Băng tải này dùng để làm ráo nguyên liệu sao khi được chần rữa…

3.1.5 Khối khu vực đóng gói sản phẩm

Hình 3.12: Khu vực đóng gói sản phẩm

Các sản phẩm sẽ được xếp lại và đưa lên pallet để di chuyển tới khu vực lưu trữ hoặc xuất hàng

3.1.6 SCADA

Hình 3.13: Cấu hình Scada

Chức năng: tạo chỉnh sửa và lưu dữ liệu cho hệ thống

Sử dụng WinCC Professional với chuẩn kết nối IE general để giao tiếp với PLC Station

Hình 3.14: Giám sát hệ thống trên SCADA

Đây là giao diện sao khi vẽ và thiết kế xong mô hình

3.1.7 FACTORY IO

Factory I/O là một phần mềm được thiết kế và cho người dùng mô phỏngtrực quan các hệ thống điều khiển tự động hoá Phần mềm này giao tiếp gần nhưđược với mọi PLC Phần mềm có bộ thư viện phong phú, phần mềm Factory IO

mô phỏng được c ác hệ thống, đối tượng thông dụng trong hệ thống tự độnghoá dưới dạng 3D

Phần mền thiết kế sẵn cho người dùng 20 mô hình dựa trên các ứng dụngphổ biến trong học tập và công nghiệp.Hệ thống thường được cung cấp sẵn các đốitượng trong thư viện Factory IO dùng để thiết kế hệ thống hay dây truyền,thư việnnằm ở bên góc phải màn hình ở đó chúng ta có thể nhìn thấy và tìm kiếm các đốitượng mà ta cần mong muốn mô phỏng hư cảm biến , băng tải, cánh tay robot,…

Sau khi thiết kế xong mô hình hệ thống thì Factory IO sẽ cho chúng ta kếtnối với PLC thống qua các driver có sẵn Ngoài ra Factory IO còn cho chúng ta kếnối với bộ mô phỏng PLCsim của Siemens Đối với một số PLC chưa đượcFactory IO cung cấp driver sẵn thì các bạn có thể kết nối thông qua các giao thứctrung gian như là OPC, Modbus…

Hình 3.15: Driver kết nối PLCSIM

Hình 3.13: Toàn cảnh hệ thống được thiết kế trên Factory IO

2 hoạt động , lúc này cảm biến 1 sẽ được tác động cho nước bơm vào bồn , khi nước đầybồn thì sẽ ngừng bơm Tiếp đến là sẽ khuấy làm sạch nguyên liệu trong vòng 10s dừngviệc khuấy và mở van xả và nguyên liệu sẽ được đi qua băng tải làm ráo Tiếp đó cảmbiến 2 tác động làm cho băng tải máy cắt hoạt động và dừng băng tải làm ráo lại Khi cảmbiến 3 tác động động thì sẽ chạy máy cắt , tiếp đó là nguyên liệu cần được sấy sẽ đi vàokhu sấy cho đến khi nào nhiệt độ đạt được và duy trì trong 1 khoảng thời gian Sau khi đãsấy được thì cảm biến 4 sẽ tác động máy chạy đóng gói , lúc này cảm biến 3 sẽ ngưng tácđộng ( dừng máy cắt và băng tải máy cắt ) Sau khi đóng gói xong sản phẩm sẽ được đemvào kho lưu dữ.

Đối với chế độ bằng tay

Hệ thống được cấp nguồn , tất cả các quy trình trên sẽ được đo con người giám sát

và canh chỉnh theo ý của mình thông qua việc tác động nút nhấn khởi động và đống ngắtcác thiế bị điều khiển bằng tay.t

4.2 Lưu đồ giải thuật.

Chế độ tự động

Hình 4.1: Lưu đồ giải thuật chế độ tự động

Chế độ bằng tay

Hình 4.2 Lưu đồ giải thuật chế độ bằng tay

CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM

5.1 Tiến trình thực nghiệm

Bước 1: Cấp nguồn cho hệ thống

Bước 2: Nhấn Start hệ thống hoạt động

Bước 3: Chọn chế độ Auto hoặc Manu

Bước 4: Cài đặt giá trị khối lượng , nhiệt độ sấy

Bước 5: Giám sát quá trình hoạt động thông qua giao diện Scada

Bước 6: Nhấn Stop để dừng hệ thống

5.2 Kết quả thực nghiệm

Hình 5.1 Kết quả thực nghiệm giám sát trên SCADA

Hình 5.2: Kết quả thực nghiệm phần đóng gói

Hệ thống giám sát bên SCADA hoạt động ổn định

Tuy nhiên phần hệ thống đóng gói lưu vào kho đôi lúc còn bị sai sót do lỗi phần mền

5.3 Kết luận thực nghiệm

Đạt được gần như các yêu cầu đề ra , nhưng vẫn còn vài điểm chưa được tối ưu hóa nhất

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN

6.1 Ưu điểm.

 Mô hình hệ thống dễ dàng sử dụng

 Trái cây được bảo quản lâu hơn

 Tiết kiệm được chi phí diện tích làm việc và thuê nhân công làm việc

 Ứng dụng giám sát qua SCADA sẽ giúp con người dễ dàng giám sát và vận hành quá trình làm việc

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trần Văn Hiếu , Tự động hóa PLC S7-1200 với Tia Portal

Trần Văn Hiếu –Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA PORTAL.https://itudong.com/huong-dan-ket-noi-factory-io-va-siemens-tia-portal/

PHỤ LỤC Chương trình PLC Chế độ Auto

39

Chế độ Manu

PLC tag

Chương trình PLC mô phỏng đóng gói trên Factory I/O Khối main.

57

59

63