Báo cáo thực tập chuyên ngành Đề tài thiết kế hệ thống bồn trộn phối liệu tự Động

Khái niệm Chức năng chính của máy khuấy trộn phối liệu là hòa tan nguyên liệu vào dung môi,thực hiện trộn đều các thành phần nguyên liệu lại với nhau thành một hợp chất đồngnhất, đạt yê

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT VÀ TRUYỀN THÔNG

KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH

Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG BỒN TRỘN PHỐI LIỆU TỰ ĐỘN

Sinh viên thực hiện : Đàm Việt Anh

Mã sinh viên : DTC21H5103030051

Lớp : CNTĐH K20A

Giáo viên hướng dẫn : TS.Phạm Đức Long

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2024

Trong phần lớn các nhà máy, phân xưởng đều có góp mặt của tự động hóa Trong cácdây chuyền sản xuất, băng tải được sử dụng như một phương tiện vận chuyển hàng hóa,vật liệu một cách nhanh chóng và thuận tiện Sử dụng hệ thống này độ an toàn cao Nênchúng em dưới sự hướng dẫn và giúp đỡ của Thầy Lương Quang Huy đã thực hiện đề tài:

“Hệ thống điều khiển bồn trộn phối liệu tự động”.

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài, em sẽ không tránh khỏi nhữngthiếu sót về kiến thức và sự hiểu biết của mình, kính mong thầy cùng các bạn sinh viêngiúp em hoàn thiện tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2024

Sinh viên thực hiện:

Đàm Việt Anh

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BỒN TRỘN PHỐI LIỆU 4

1.1.3 Ứng dụng của cân phối trộn, cân phối liệu 5

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 21

KẾT LUẬN 32

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BỒN TRỘN PHỐI LIỆU

1.1 Tìm hiểu về hệ thống bồn trộn phối liệu

1.1.1 Khái niệm

Chức năng chính của máy khuấy trộn phối liệu là hòa tan nguyên liệu vào dung môi,thực hiện trộn đều các thành phần nguyên liệu lại với nhau thành một hợp chất đồngnhất, đạt yêu cầu kĩ thuật cho quy trình sản xuất kế tiếp Tốc độ đảo trộn của máy rấtnhanh, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như đem lại hiệu quả sản xuất cao cho doanhnghiệp

Phạm vi ứng dụng của máy khá rộng sử dụng được cho nhiều ngành sản xuất khácnhau như thực phẩm, nước giải khát, rượu, bia, mỹ phẩm, dược phẩm

Hình 1.1: Bồn trộn phối liệu thực tế

1.1.2 Yêu cầu đối với thiết bị

- Hoạt động trên cơ chế: tự động, bán tự động và thủ công, tùy vào thời điểm mà có chế

độ trộn thích hợp

- Kết cấu cơ khí đủ chắc chắc để có thể sử dụng bền bỉ theo ngày tháng

- Phần mềm điều khiển ổn định, thân thiện dễ sử dụng, đảm bảo sự liền mạch trong quátrình hoạt động

- Đảm bảo được chất lượng của thực phẩm

- Sử dụng những thiết bị bồn trộn chất lượng

1.1.3 Ứng dụng của cân phối trộn, cân phối liệu

Tại các nhà máy, xưởng sản xuất, nơi việc phối trộn nguyên liệu được thực hiện thủcông, công nhân hoặc người vận hành sẽ cân từng thành phần và thêm nó vào mẻ trộnmột cách thủ công Đối với hệ thông cân phối liệu, hệ thống sẽ tự động cân và phân phốinguyên liệu một cách tự động thông qua hệ thông bồn, phễu chứa hoặc băng tải đã đượcchuyển đổi thành cân định lượng Sau đó tập trung chúng lại tại một máy trộn nguyênliệu để tạo ra hỗn hợp thành phẩm đảm bảo được chất lượng tiêu chuẩn, theo đúng tỉ lệthành phần mong muốn Hệ thống cân phối liệu, cân phối trộn hay cân theo mẻ tự động làmột phần thiết yếu của nhiều quy trình sản xuất hiện đại Chúng giúp đảm bảo rằng cácsản phẩm được sản xuất theo đúng thông số kỹ thuật và quy trình sản xuất hiệu quả và tiếtkiệm chi phí

1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

1.2.1 Cấu tạo

Bồn khuấy trộn phối liệu có cấu tạo gồm những bộ phận sau đây :

- Cánh khuấy: đây được xem là bộ phận quan trọng nhất của máy, có tác dụng khuấyđảo làm đều nguyên liệu Tuy nhiên thì có nhiều loại cánh khuấy khác nhau như cánhkhuấy mỏ vịt, cánh khuấy răng lược, cánh khuấy mái chèo cánh khuấy tuabin

- Motor: đây là bộ phận tạo nên chuyển động của cánh khuấy, thường có 2 loại là loạimotor chay bằng điện 1 phan 220V và loại motor chạy bằng điện 3 pha 380V Loại 1 phathường dùng cho các loại máy công suất nhỏ, dùng cho các hộ gia đình, cơ sở nhỏ lẻ.Loại 3 pha dùng cho các loại máy lớn dùng trong công xưởng sản suất ở quy mô vừahoặc lớn

- Hộp giảm tốc: giúp điều chỉnh tốc độ của cánh khuấy, tùy vào từng loại nguyên liệu

Cắm dây điện vào ổ nguồn, nhấn nút On ở mặt trước của thiết bị để kích hoạt chế độlàm việc Để nguyên liệu được trộn đều trong khi bạn đang làm việc khác thì hãy bậtcông tắc On ở chế độ khuấy.

Cài đặt thời gian hoạt động cho máy, từ đó độ điều khiển sẽ cung cấp điện trở cho trụcquay, để điện năng chuyển thành nguồn nhiệt

Khi đã có nhiệt độ mong muốn thì bạn hãy cho nguyên liệu vào để trộn

Trong khi nấu, vỏ nồi có 2 lớp để cách nhiệt, hạn chế được lượng lớn nguồn nhiệt tỏa

ra môi trường xung quanh Nguyên liệu sau khi đã đạt được như mong muốn thì máy sẽ

tự động ngắt điện

1.3 Các loại cân phối liệu

Dựa theo nguyên lý cân giảm hoặc tăng trọng lượng để phân loại kiểu cân phối liệu

Hệ thống giảm trọng lượng cân vật liệu khi nó được phân phối Loại hệ thống này thườngđược sử dụng cho các ứng dụng có độ chính xác cao, chẳng hạn như cân nguyên liệu,dược phẩm hoặc thực phẩm Hệ thống tăng trọng sẽ cân vật liệu sau khi nó được phânphối Loại hệ thống này thường được sử dụng cho các ứng dụng có trọng lượng lớn vàyêu cẩu độ chính xác kém hơn, chẳng hạn như cân thức ăn chăn nuôi, phân bón, ximăng, Tại thị trường Việt Nam ngày nay chủ yếu sử dụng cân phối liệu theo 2 loại xácđịnh khối lượng phổ biến là:

- Cân theo mẻ: Xác định nguyên liệu theo mẻ Nguyên liệu được xác định qua thùng,qua phễu chứa, thùng định lượng Với mỗi thùng, mỗi phễu xác định khối lượng chínhxác cho một lượng sản phẩm đầu ra định trước Từ đây nguyên liệu sẽ được hệ thống điềukhiển đóng mở cửa/ van xả nguyên liệu xuống máy phối trộn

- Cân xác định nguyên liệu liên tục: Là một phương pháp vừa cấp liệu vừa xác địnhkhối lượng Nguyên liệu riêng biệt sau khi được xác định khối lượng liên tục trên từngbăng tải riêng biệt, nó sẽ được đổ vào một băng tải trung chuyển để trộn nguyển liệu hoặcđến với máy trộn hoặc máy đóng bao đầu cuối Toàn bộ hệ thống được diễn ra khép kín

và và liên tục Phương pháp xác định nguyên liệu liên tục này còn được gọi là cân băngtải định lượng, bởi nguyên liệu được cân trực tiếp trên băng tải

1.4 Lựa chọn hệ thống thực hiện

Sau khi tìm hiểu, em chọn hệ thống khuấy trộn thực phẩm để tiếp tục thực hiện đề tài

CHƯƠNG II: TÌM HIỂUTHIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG

2.1 Cảm biến trọng lượng Loadcell

Hình 2.1: Loadcell Cảm biến lực H8C – ZemicTheo yêu cầu đề tài và yêu cầu kỹ thuật, em quyết định chọn Loadcell cảm biến lựcH8C – Zemic để đo trọng lượng của nguyên liệu trong các thùng cân Sau đây là một sốthông số của cảm biến Loadcell:

+ Loadcell dạng thanh H8C có các tải trọng: 500kg, 1 tấn, 1.5 tấn, 2 tấn, 2.5 tấn, 3 tấn, 5tấn, 10 tấn

+ Độ chính xác cao, đạt tiêu chuẩn OIML R60 C3

+ Cấu tạo bằng hợp kim thép, chống nước, chống ăn mòn, thích hợp với các loại môitrường

+ Dễ dàng lắp đặt cho cân sàn điện tử, cân phễu, cân có tải trọng nặng…

+ Loadcell H8C có khả năng chống cháy nổ

(*) Thông số kỹ thuật:

+ Điện áp biến đổi: (2 ± 0.002 ) mV/V

+ Sai số lặp lại: (≤ ± 0.01) %R.O

+ Độ trễ: ≤ ± 0.02 ( ≤ ± 0.03 cho 30 tấn) %R.O

+ Sai số tuyến tính: ( ≤ ± 0.02 (≤ ± 0.03 cho 30 tấn) %R.O

+ Quá tải (30 phút) : ( ≤ ± 0.02 ) %R.O

+ Cân bằng tại điểm : (“0″ ≤ ± 1) %R.O

+ Bù nhiệt: ( -10 ~ +40) °C

+ Nhiệt độ làm việc: (-20 ~ +60) °C

+ Nhiệt độ tác động đến tín hiệu ra: (≤ ± 0.002 )%R.O/°C

+ Nhiệt độ tác động làm thay đổi điểm “0”: (≤ ± 0.002 ) %R.O/°C

+ Điện trở đầu vào: (381 ± 4) Ω.

+ Điện trở đầu ra: (350 ± 1) Ω

+ Điện trở cách điện: ≥ 5000 (ở 50VDC) MΩ

+ Điện áp kích thích: 6 ~ 15 (DC/AC) V

+ Điện áp kích thích tối đa: 20 (DC/AC) V

+Quá tải an toàn: 150 %

+ Quá tải phá hủy hoàn toàn: 300%

+ Tuân thủ theo tiêu chuẩn: IP67

+ Chiều dài dây tín hiệu: 4m cho 0.5-3 tấn , 6m cho 5, 10 tấn, 9.5m cho 20, 30 tấn.+ Màu sắc dây: Đỏ, Đen, Xanh, Trắng

+ Phương thức định lượng: cảm biến lực (loadcell)

2.2 Cảm biến hồng ngoại

Sử dụng modul cảm biến hồng ngoại để phát hiện trong thùng trộn (9) có chứa nguyênliệu Cảm biến gắn ở đáy thùng khi có nguyên liệu trong thùng thì cảm biến sẽ tác động

Hình 2.2: Modul cảm biến hồng ngoại

Các thông số của modul cảm biến:

+ Điện áp hoạt động 12V

+ Dòng điện hoạt động 28mA

+ Dòng đóng tiếp điểm của role 70mA

+ Kích thước PCB : 58mm x44mm +Khoảng cách phát hiện vật cản: <30cm + Trễ điều khiển 0 - 40s và điều chỉnh được.

2.3 Tổng quan về PLC S7 300

2.3.1 Cấu trúc phần cứng

PLC S7-300 là hệ thống điều khiển module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm

vi trung bình (với tổng số lượng ngõ vào/ra nằm trong khoảng từ 256 đến 1024)

- Có nhiều loại CPU

- Có nhiều module mở rộng

- Có thể mở rộng đến 32 module

- Các bus nối tích hợp phía sau các module

- Có thể nối mạng MPI, Profibus hoặc Industrial Ethernet

- Thiết bị lập trình trung tâm có thể truy cập đến các module

- Cài đặt cấu hình và thông số với công cụ trợ giúp

2.3.1.1 Rack PLC S7-300

Các module được sắp xếp trên một giá đỡ (thanh rack) Cấu trúc thanh rack củaPLC S7-300 được thể hiện như trong hình ảnh dưới

Hình 3.1 Rack và vị trí các module trên thanh rack

Trên 1 rack PLC S7-300 có thể ghép nối tối đa 8 module mở rộng sau module IM.Tổng tất cả các module trên 1 rack tối đa là 11 module, bao gồm: PS, CPU, IM, SM, FM,

CP với trình tự sắp xếp như sau:

+ Slot 1: PS

+ Slot 2: CPU

+ Slot 3: IM

+ Slot 4-11: vị trí dành cho các module SM, CP, FM tùy từng yêu cầu ứng dụngChú ý: vị trí slot 1, 2, 3 là cố định và không thể thay thế bởi module khác.

Các rack được ghép nối với nhau thông qua module IM Tất cả các rack được điềukhiển chung thông qua 1 module CPU Một hệ thống sử dụng PLC S7-300 có thể có hoặckhông sử dụng module IM tùy theo quy mô thực của hệ thống

Các module trên 1 rack trao đổi thông tin với CPU thông qua bus nội bộ Cácmodule trên các rack khác nhau trao đổi thông tin với CPU qua module IM

2.3.1.2 Module của PLC S7-300

PS - Module nguồn nuôi:

- Module nguồn nuôi PS 307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác

- Có 3 loại: 2A, 5A, 10A

- Điện áp đầu vào xoay chiều 120/230 VAC được chuyển đổi thành điện áp đầu ra 1chiều 24VDC

Module CPU

Hình 2.3: Giao diện mặt trước của CPU 313C

số trên CPU được gọi là các cổng vào/ra onboard

Họ PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau Chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý:CPU 312, CPU 313, CPU 314

Những module có cùng bộ vi xử lý nhưng khác nhau ở số cổng vào/ra onboard hoặccác khối hàm có sẵn trong thư viện của hệ điều hành để phục vụ cho việc sử dụng cáccổng vào/ra onboard ấy được phân biệt thông qua chữ IFM (Intergrated funtion module):CPU 312 IFM Chữ F biểu thị cho một số hàm chức năng đặc biệt (CPU 315F ), chữ Cbiểu thị cho bộ đếm tốc độ cao (CPU313C )

Bảng 2.1: Thông số thuộc tính CPU 312 và CPU 312 IFM

Đặc điểm (6ES7 312-1AD10- CPU 312

0AB0)

CPU 312 IFM (6ES7 312-5AC00- 0AB0)

Ngoài ra còn có những CPU có 2 cổng truyền thông: CPU 313 – 2DP, CPU 315PN/DP Chúng có chứa các cổng truyền thông khác phục vụ cho việc ghép nối mạngphân tán Ngoài cổng MPI, DP biểu thị cho cổng Profibus DP, PN biểu thị cho cổngPROFINET, PtP biểu thị truyền thông điểm - điểm

Bảng 2.2: Cổng giao tiếp trên các dòng CPU PLC S7-300

3xx/3xx

- IFM 3xx - 2DP 3xx - 2

3xx 2PtP 3xx –2PN/DP 3xx- 3PN/DP

DP DP Master/Slave

PROFINET

Công tắc chọn chế độ làm việc

- RUN: chuyển CPU sang chế độ RUN

- STOP: chuyển CPU sang chế độ STOP

- MRES: reset bộ nhớ

Các đèn LED trạng thái trên CPU S7-300

Có nhiệm vụ thông báo trạng thái hoạt động của hệ thống:

- SF (đỏ): lỗi nhóm, chương trình sai hay lỗi chuẩn đoán trạm (lỗi phần cứng hoặcphần mềm)

- BATF (đỏ) : lỗi Pin (hết pin hoặc không có PIN)

- DC5V (xanh): báo có nguồn 5VDC cho CPU và S7-300 bus

- FRCE (vàng): sáng lên khi có biến tác động

- RUN (xanh): nháy khi CPU khởi động, ổn định khi ở chế độ RUN

- STOP (vàng): Ổn định ở chế độ STOP; Chớp chậm khi có yêu cầu RESET bộnhớ; Chớp nhanh khi đang RESET bộ nhớ

Nếu trên CPU có các ngõ vào/ra tích hợp sẵn sẽ có thêm các đèn thông báo trạngthái hoạt động của chúng:

- Ix.x: Thông báo trạng thái của ngõ vào số tương ứng

- Qx.x: Thông báo trạng thái của ngõ ra số tương ứng

SM – Signal module: module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:

- Module DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số Số lượng các cổngvào số có thể là 8/16/32 tùy thuộc từng loại module

- Module DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số Số lượng các cổng

ra số có thể là 8/16/32 tùy thuộc từng loại module

- Module DI/DO (Digital Input/ Digital Output): Module các cổng vào/ra số Sốlượng các cổng vào/ra số có thể là 8/8; 16/16

- Module AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự Số lượng cáccổng vào có thể là 2/4/8.

- Module AO (Analog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự Số lượngcác cổng vào có thể là 2/4

- Module AI/AO (Analog Input/ Analog Output): Module mở rộng các cổng vào/ratương tự Số lượng các cổng vào/ra tương tự có thể là 4/2 hoặc 4/4

CP (Communication module): Module phục vụ truyền thông trong mạng (MPI,

PROFIBUS, ), giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

- Module ghép nối mạng AS-I: CP 342-2 AS-i, CP 343-2AS-i; CP 343-2 P AS-i

- Module ghép nối mạng Industrial Ethernet: CP 343-1, CP 343-1 Advanced-IT,

CP 343-1 ERPC, CP 343-1 Learn

- Module ghép nối mạng Profibus: CP 342-5, CP 342-5 FO, CP 343-5

- Module ghép nối Point – to – Point: CP340, CP341

FM (Function module): Module chức năng điều khiển riêng:

- Module điều khiển PID nhiệt: FM 355 C, FM 355 S, FM 355-2C, FM 355-2S

- Module điều khiển CNC: NCU 570

- Bộ điều khiển CAM: FM350 CAM

- Module điều khiển vị trí: FM 351, FM 353, FM 354

- Module đếm Counter: FM 350-1, FM 350-2

- Module trọng lượng: SIWAREX U-1

IM (Interface Module): Module ghép nối, có nhiệm vụ nối từng nhóm các module

mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một module CPU Mộtmodule CPU có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 rack và các rack này phải được nốivới nhau bằng module IM

Hình 2.5: Sơ đồ phân bố các rack

Có 3 loại module IM:

- IM 360 S: được đặt tại rack có CPU, có thể mở rộng thêm 3 rack chứa module IM

361 R

- IM 361 R: Dùng chung tại rack mở rộng dùng để nhận dữ liệu

- IM 365 IM S - R: Chỉ mở rộng được 1 rack Rack có CPU và rack mở rộng dùngchung một module IM

Hình 2.6: Hình ảnh ghép nối các rack trong cấu hình phần cứng

2.3.2 Làm việc với PLC

Quy định địa chỉ MPI cho module CPU

Máy tính/máy lập trình được ghép nối với module CPU qua cổng truyền thông nốitiếp RS232 (COM) của máy tính hay qua cổng MPI (MPI card) hay cổng CP (CP card)thùy thuộc vào bộ giao diện được sử dụng

Sau khi ghép nối module CPU với máy tính về phần cứng ta phải định nghĩa thêmđịa chỉ truyền thông cho trạm PLC Điều này là cần thiết vì một máy tính/máy lập trình

có thể cùng một lúc làm việc được với nhiều trạm PLC Mạc định module CPU có địa chỉ

2 (địa chỉ MPI) Muốn thay đổi địa chỉ CPU, nháy kép phím chuột trái tại tên của moduletrong bảng khai báo cấu hình phần cứng để vào chế độ đặt lại tham số làm việc, chọnGeneral/MPI như hình bên dưới

Sau khi cài đặt lại địa chỉ MPI cần ghi lại địa chỉ đó lên module CPU thì CPU mới

có thể làm việc theo địa chỉ này Công việc ghi lại địa chỉ MPI mới này lên module CPUđược thực hiện cùng với việc ghi tất cả tham số quy định chế độ làm việc của modulebằng cách kích vào biểu tượng Download trên thanh công cụ hoặc chọn PLC/ Download( )

Đọc cấu hình phần cứng từ CPU lên PC thực hiện thông qua thao tác: PLC/Upload( ), Với việc đọc ngược lại cấu hình cứng này ta cũng đọc được luôn cả toàn bộ chươngtrình hiện có trong vùng nhớ Load memory của CPU trong project

Ghi chương trình lên CPU

Có hai cách đổ chương trình ứng dụng Vào module CPU (cụ thể là vùng nhớ Loadmemory) như sau:

- Đổ từ màn hình soạn thảo chương trình bằng cách kích vào biểu tượng Downloadtrên thanh công cụ của màn hình Với cách đổ này chỉ có khối chương trình đang ở mànhình soạn thảo sẽ được đổ vào module CPU

- Đổ từ màn hình chính của Step 7 cũng bằng cách kích vào biểu tượng Download.Bằng cách này toàn bộ chương trình ứng dụng có trong thư mục block hoặc đổ một sốkhối mà ta đã đánh dấu

Giám sát việc thực thi chương trình