(Đồ án hcmute) thiết kế hệ thống scada cho dây chuyền sản xuất gạch men

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA CHO
DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT GẠCH MEN

GVHD: TS. NGƠ VĂN THUN
SVTH: TRẦN HẢI ĐĂNG
MSSV: 15341005
SVTH: THÁI HỒNG TUẤN
MSSV: 15341035

SKL 0 0 4 5 0 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2017

do an


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA CHO DÂY
CHUYỀN SẢN XUẤT GẠCH MEN

GVHD: TS Ngô Văn Thuyên
SVTH1: Trần Hải Đăng
MSSV1: 15341005
SVTH2: Thái Hồng Tuấn
MSSV2: 15341035

Tp.Hồ Chí Minh - 1/2017

do an


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA CHO
DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT GẠCH MEN

GVHD:

TS Ngô Văn Thuyên

SVTH1: Trần Hải Đăng
MSSV1: 15341005
SVTH2: Thái Hồng Tuấn
MSSV2: 15341035

Tp.Hồ Chí Minh - 1/2017

do an


TRƯỜNG ĐH.SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚC
Tp.HCM, Ngày 13 Tháng 1 Năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Trần Hải Đăng

MSSV: 15341005

Thái Hồng Tuấn

MSSV: 15341035

Chun ngành:

C.nghệ KT Đ.tử-Truyền Thơng

Mã ngành: 41

Hệ đào tạo:

Chính Quy (CT)

Mã hệ:

03

Khóa:

2015

Lớp:

153410

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
GẠCH MEN
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:

 Tham quan công ty TNHH gạch men NHÀ Ý.
 Tìm hiểu quy trình sản xuất gạch men tại công ty.
 Cấu tạo và hoạt động của lò nung gạch men.
2. Nội dung thực hiện:
 Khảo sát dây chuyền sản xuất gạch men thực tế.
 Lựa chọn cơng đoạn sản xuất gạch men thích hợp cho đề tài.
 Phác thảo mơ hình trên phần mềm TIA Portal, lựa chọn thiết bị mơ phỏng thích
hợp.
 Viết chương trình hoạt động trên phần mềm TIA Portal.
 Thiết kế giao diện trên phần mềm TIA Portal.
 Mô phỏng và chỉnh sửa hệ thống trên phần mềm TIA Portal.
 Viết luận văn báo cáo.
 Báo cáo đề tài tốt nghiệp.

do an


III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

10/10/2016

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 13/01/2017
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS Ngơ Văn Thun
BM. ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

do an

LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và khơng
sao chép từ tài liệu hay cơng trình đã có trước đó.

Người thực hiện đề tài
Trần Hải Đăng
Thái Hồng Tuấn

do an


LỜI CẢM ƠN

Chúng tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Ngơ Văn Thun, Phó Hiệu Trưởng
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, thầy đã gợi ý về đề tài, chia sẻ
kinh nghiệm và trực tiếp hướng dẫn, tạo điều kiện cho chúng tôi thực hiện đồ án này.
Cảm ơn đến toàn thể cán bộ, công nhân viên của Công ty TNHH Gạch Men Nhà Ý,
Đặc biệt là Ông Nguyễn Trung Dũng, Giám Đốc nhân sự của quý công ty đã tạo điều
kiện tốt nhất để chúng tơi có cơ hội tham quan, tìm hiểu dây chuyền sản xuất Gạch men,
và thu thập thông tin, kiến thức, tài liệu về thiết bị, máy móc liên quan đến đề tài để
chúng tơi có thể sử dụng vào đồ án của mình.
Chúng tơi cũng gửi lời đồng cảm ơn tới các thầy cô giảng viên trong Khoa Điện Điện tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã cung cấp kiến thức bổ ích để có thể vận
dụng vào đồ án.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài
Trần Hải Đăng
Thái Hoàng Tuấn

do an

MỤC LỤC

Chương 1. Tổng Quan ......................................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề ................................................................................................................. 1
1.2 Mục tiêu .................................................................................................................... 3
1.3 Nội dung nghiên cứu ................................................................................................ 3
1.4 Giới hạn .................................................................................................................... 4
1.5 Bố cục ....................................................................................................................... 4
Chương 2. Cơ Sở Lý Thuyết ............................................................................................... 5
2.1 Giới thiệu doanh nghiệp ........................................................................................... 5
2.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất gạch men .................................................................. 7
2.3 Giới thiệu phần cứng ................................................................................................ 8
2.3.1 Khối cảm biến .................................................................................................... 9
2.3.2 Khối lò nung và điều khiển nhiệt độ ................................................................ 13
2.3.3 Khối động cơ và điều khiển động cơ ............................................................... 18
2.3.4 Khối cơ cấu phân loại và đóng gói .................................................................. 24
2.3.5 Khối điều khiển trung tâm PLC S7-300 .......................................................... 27
2.4 Khái quát chung về SCADA .................................................................................. 29
2.4.1 Tổng quan về SCADA ..................................................................................... 29
2.4.2 Ưu điểm khi ứng dụng hệ thống SCADA ....................................................... 30
2.4.3 Phần cứng và phần mềm của hệ SCADA ........................................................ 30
Chương 3. Thiết Kế Phần Cứng ........................................................................................ 33
3.1 Giới thiệu ................................................................................................................ 33
3.2 Thiết kế hệ thống .................................................................................................... 33
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống .................................................................. 33
3.2.2 Thiết kế các khối ........................................................................................... 35
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch.............................................................................. 43
Chương 4. Thiết Kế Phần Mềm......................................................................................... 46

4.1 Giới thiệu ................................................................................................................ 46
4.2 Thiết kế lưu đồ điều khiển ...................................................................................... 46

do an


4.3 Thiết kế phần mềm ................................................................................................. 48
4.3.1 Thiết kế chức năng giám sát quá trình nung – phân loại – đóng gói ............... 48
4.3.2 Thiết kế chức năng giám sát nhiệt độ lò nung ................................................. 49
4.3.3 Thiết kế chức năng phân quyền ....................................................................... 50
4.3.4 Thiết kế chức năng cảnh báo (Alarm) ............................................................. 51
4.3.5 Thiết kế chức năng lưu lịch sử (History) ......................................................... 51
4.3.6 Thiết kế chức năng xuất báo cáo (Report) ....................................................... 52
Chương 5. Kết Quả Mô Phỏng .......................................................................................... 53
5.1 Các kết quả mô phỏng ............................................................................................ 53
5.2.1 Chức năng giám sát quy trình nung – phân loại – đóng gói ............................ 53
5.2.2 Chức năng giám sát nhiệt độ lò nung .............................................................. 56
5.2.3 Chức năng cảnh báo (Alarm) ........................................................................... 57
5.2.4 Chức năng lưu lịch sử (History) ...................................................................... 59
5.2.5 Chức năng xuất báo cáo (Report) .................................................................... 59
5.2 Nhận xét và đánh giá .............................................................................................. 60
Chương 6. Kết Luận Và Hướng Phát Triển ...................................................................... 61
6.1 Kết luận ................................................................................................................... 61
6.2 Hướng phát triển ..................................................................................................... 61
Tài Liệu Tham Khảo ......................................................................................................... 62
Phụ Lục 1. THÔNG SỐ KỸ THUẬT BIẾN TẦN MM420 VÀ MM440 ........................ 63
Phụ Lục 2. CÁC MODULE MỞ RỘNG SM323, SM331, SM332 .................................. 66
Phụ Lục 3. TẠO PROJECT TRÊN PHẦN MỀM TIA PORTAL .................................... 71
Phụ Lục 4. CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG .................................................................... 76

do an


LIỆT KÊ HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cơng nhân đang phân loại, thu gom gạch phế ..................................................... 2
Hình 1.2 Nhân cơng đang tiến hành đo áp suất của quạt gió bằng áp thước đo áp suất ..... 2
Hình 2.1 Logo của cơng ty TNHH Gạch men Nhà Ý ......................................................... 5
Hình 2.2 Mẫu gạch ốp nền loại 40 x 40 cm và 30 x 30 cm ................................................. 6
Hình 2.3 Mẫu gạch men ốp tường 30 x 45 cm và 25 x 40 cm .......................................... 6
Hình 2.4 Sơ đồ khối quy trình sản xuất gạch men ............................................................. 7
Hình 2.5 Bộ chuyển đổi tín hiệu can nhiệt MST 320 – Germany ..................................... 10
Hình 2.6 Cấu tạo của cảm biến quang ............................................................................... 11
Hình 2.7 Cảm biến Y21 của hãng Keller .......................................................................... 13
Hình 2.8 Lị nung gạch men của cơng ty TNHH gạch men Nhà Ý................................... 14
Hình 2.9 Van tuyến tính sử dụng bộ điều khiển GEA – 20P ............................................ 15
Hình 2.10 Bộ điều khiển van tuyến tính ............................................................................ 15
Hình 2.11 Một số dạng thân van ....................................................................................... 16
Hình 2.12 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID .................................................................... 17
Hình 2.13 Hệ thống điều khiển PID cho van điều khiển nhiệt độ trong lị nung .............. 18
Hình 2.14 Biến tần MM420 của hãng Siemens................................................................. 20
Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý của biến tần MM420 ............................................................. 21
Hình 2.16 Biến tần MM440 của hãng Siemens................................................................. 21
Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý của biến tần MM440 ............................................................. 23
Hình 2.18 Loại bỏ gạch lổ mọt, mẻ cạnh và đánh dấu bút phản quang ............................ 24
Hình 2.19 Cảm biến đo kích thước và hiển thị lên màn hình ............................................ 25
Hình 2.20 Hệ thống các stacter của cơng ty TNHH Nhà Ý .............................................. 25
Hình 2.21 Máy đóng gói bao bì gạch men tại cơng ty ...................................................... 26
Hình 2.22 Gạch men sau khi được đóng gói ..................................................................... 26
Hình 2.23 Gạch sau khi đóng gói được chuyển tới máy đai ............................................. 27

Hình 2.24 Các khối trên một thanh rack của trạm PLC S7-300 ........................................ 28
Hình 2.25 Một số module mở rộng của PLC S7-300 ........................................................ 28
Hình 2.26 Các thành phần của hệ SCADA ....................................................................... 29
Hình 2.27 Hình ảnh icon của phần mềm TIA Portal V13 ................................................. 31
Hình 3.1 Sơ đồ tổng qt của hệ thống lị nung – phân loại – đóng gói ........................... 33
Hình 3.2 Sơ đồ tổng quát của hệ thống lò nung – phân loại – đóng gói ........................... 34

do an


Hình 3.3 CPU 315-2PN/DP ............................................................................................... 35
Hình 3.4 Sơ đồ nối dây 5 cặp nhiệt điện với module SM331 ........................................... 36
Hình 3.5 Sơ đồ nối dây động cơ với biến tần .................................................................... 39
Hình 3.6 Sơ đồ nối dây hệ thống động cơ và quạt với module SM332 ............................ 39
Hình 3.7 Sơ đồ mạch động lực cho hệ thống động cơ kéo con lăn lị nung ...................... 40
Hình 3.8 Sơ đồ mạch động lực cho hệ thống quạt và băng tải .......................................... 40
Hình 3.9 Sơ đồ nối dây hệ thống phân loại và đóng gói với module SM323 ................... 41
Hình 3.10 Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt và van điều khiển nhiệt độ ................................. 41
Hình 3.11 Sơ đồ kết nối các cảm biến quang với PLC ..................................................... 42
Hình 3.12 Kết nối cảm biến áp suất với module SM331 – 2AI của PLC ......................... 43
Hình 3.13 Sơ đồ nối dây tồn mạch của PLC ................................................................... 44
Hình 4.1 Lưu đồ chính của chương trình .......................................................................... 46
Hình 4.2 Các lưu đồ con của chương trình ........................................................................ 47
Hình 4.3 Giám sát quá trình nung – phân loại – đóng gói ............................................... 49
Hình 4.4 Giám sát các vùng nhiệt độ lò nung dưới dạng biểu đồ ..................................... 49
Hình 4.5 Yêu cầu tài khoản admin cho một số chức năng trong hệ thống........................ 50
Hình 4.6 Chức năng cảnh báo của hệ thống khi xảy ra sự cố ở các động cơ .................... 51
Hình 4.7 Chức năng lưu lịch sử hệ thống (History) .......................................................... 52
Hình 4.8 Chức năng xuất báo cáo (Report) ....................................................................... 52
Hình 5.1 Kết quả mơ phỏng sau khi chạy Runtime ........................................................... 53

Hình 5.2 Mơ phỏng q trình khởi động của lị nhiệt ...................................................... 54
Hình 5.3 Băng tải lò hoạt độ đưa gạch vào vùng nung ..................................................... 54
Hình 5.4 Cảm biến phát hiện đưa gạch vào máy phân loại ............................................... 55
Hình 5.5 Máy phân loại nhận diện loại gạch loại 1 ........................................................... 55
Hình 5.6 Đủ số lượng gạch trên stacker hạ xuống đưa vào máy đóng gói ....................... 56
Hình 5.7 Gạch được đóng gói với bao bì tương ứng với loại gạch ................................... 56
Hình 5.8 Biểu đồ giám sát nhiệt độ các vùng của lò nung ................................................ 57
Hình 5.9 Biểu đồ giám sát nhiệt độ các vùng của lị nung ................................................ 57
Hình 5.10 Số lượng các lỗi được thiết kế trong phần mềm ............................................... 58
Hình 5.11 Các cảnh báo khi hệ thống xảy ra lỗi về quá nhiệt độ ...................................... 58
Hình 5.12 Các cảnh báo khi hệ thống xảy ra lỗi băng tải 2 và 5 ....................................... 58
Hình 5.13 Lịch sử về nhiệt độ lị và số lượng sản phẩm trong ngày ................................. 59
Hình 5.14 Mẫu báo cáo về nhiệt độ lò nung và sản lượng gạch ....................................... 59

do an


LIỆT KÊ BẢNG

Bảng 2.1 Các loại gạch của nhà máy................................................................................... 5
Bảng 2.2 So sánh giữa cặp nhiệt điện và nhiệt điện trở ...................................................... 9
Bảng 2.3 Các thông số cơ bản của bộ chuyển đổi tín hiệu can nhiệt MST 320 ................ 10
Bảng 2.4 Các chế độ hoạt động của cảm biến quang ........................................................ 12
Bảng 2.5 Các thông số cơ bản của cảm biến áp suất Y21 ................................................. 13
Bảng 2.6 Các thống số cơ bản của bộ phận điều khiển ..................................................... 16
Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật của thân van tuyến tính. ....................................................... 16
Bảng 2.8 Chức năng các đầu dây điều khiển..................................................................... 20
Bảng 2.9 Chức năng các đầu dây điều khiển..................................................................... 22
Bảng 3.1 Một số thông số kỹ thuật của CPU 315-2PN/DP ............................................... 35
Bảng 3.2 Các loại cặp nhiệt điện ....................................................................................... 36

Bảng 3.3 Các thông số cơ bản của các loại động cơ sử dụng tại công ty Nhà Ý .............. 37
Bảng 3.4 Chọn biến tần và công suất biến tần cho các loại động cơ ................................ 38
Bảng 3.5 Cài đặt các thông số cho động cơ ...................................................................... 38
Bảng 3.6 Cài đặt các thông số về công suất và tốc độ định mức cho các động cơ ........... 39
Bảng 3.7 Các thông số cơ bản của cảm biến E3F3 ........................................................... 42
Bảng 3.8 Địa chỉ vào ra trên PLC S7-300 ......................................................................... 45
Bảng 4.1 Phân quyền các chức năng cho người sử dụng .................................................. 50

do an


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TNHH

Trách nhiệm hữu hạn

SCADA

Supervisory Control And Data Acquisition

PLC

Programmable logic controller – bộ điều khiển logic khả trình

PID

Proportional Integral Derivative

TC

Thermocouple – Cặp nhiệt điện

RTD

Resistance Temperature Detector – nhiệt điện trở

TIA Portal

Totally Integrated Automation Portal

HMI

Human Machine Interface – giao diện điều khiển giữa người và máy

do an


TÓM TẮT
Đề tài “Thiết kế hệ thống SCADA cho dây chuyền sản xuất gạch men” nhằm
giải quyết các yêu cầu thực tế như: giám sát các quy trình hoạt động các thiết bị có hoạt
động đúng hay khơng, kiểm tra nhiệt độ lò nung đã hợp lý cho việc nung gạch hay chưa.
Đồng thời hiển thị lên màn hình điều khiển để người vận hành nắm bắt được kịp thời để
đề ra những phương án xử lý phù hợp. Ngoài ra hệ thống còn phải kịp thời cảnh báo khi
thiết bị xảy ra lỗi, xuất ra lịch sử hoạt động của thiết bị, có thể lập báo cáo về số lượng
sản phẩm từ đó chất lượng các viên gạch được sản xuất ra thị trường được nâng cao,
giảm giá thành sản xuất, chi phí th nhân cơng.
Từ các u cầu thực tế trên trong đề tài này ta cần thiết kế một hệ thống giám sát
được quá trình hoạt động của các thiết bị và lưu trữ các thông số cần thiết để xử lý, giám
sát và điều khiển được nhiệt độ của lò nung nhằm hạn chế sản xuất ra sản phẩm bị lỗi,
điều khiển được toàn bộ dây chuyền sản xuất gạch men diễn ra một các liên tục và ổn

định. Người dùng có thể theo dõi quy trình hoạt động của các thiết bị mà khơng cần phải
trực tiếp xuống xưởng sản xuất và giảm bớt lượng nhân cơng khơng cần thiết. Có thể
phát hiện lỗi, và báo lên hệ thống toàn bộ dây chuyền, người vận hành có thể biết được
tình trạng của viên gạch trong q trình sản xuất để có những giải pháp can thiệp kịp thời
tránh sản xuất ra gạch men bị lỗi hàng loạt. đồng thời có thể giám sát hoạt quá trình làm
việc của cơng nhân vận hành về thời gian xảy ra lỗi, thời gian khắc phục sự cố qua
history và report. Bảo mật một số chức năng trong quá trình vận hành giữa Admin (tổ
trưởng, quản lý…) và Operator (công nhân vận hành) thông qua chức năng User
Administration.

do an


Chương 1. Tổng Quan

Chương 1.

Tổng Quan

1.1 Đặt vấn đề
Hiện nay q trình tự động hóa trong cơng nghiệp có vai trò hết sức quan trọng đối
với sự phát triển của nền kinh tế của mỗi quốc gia. Tự động hóa khơng những giúp nâng
cao năng suất, độ chính xác của sản phẩm mà còn được sử dụng để tiết kiệm nguồn lao
động, năng lượng, nguyên vật liệu. Nhờ đó người sử dụng có thể điều khiển, giám sát,
thu thập thơng tin của q trình sản xuất thơng qua máy tính hoặc các thiết bị giao tiếp
HMI khác mà không cần phải trực tiếp xuống tới nơi để xử lý, giảm thiểu thời gian chết.
Giám sát hệ thống thông qua các chức năng hỗ trợ bên SCADA người vận hành có thể
quan sát, khắc phục những lỗi trong phát sinh trong quá trình vận hành giám sát chặt chẽ
quy trình, cũng như nhân viên vận hành (tên sự cố, số lỗi, thời gian xảy ra lỗi, thời gian
khắc phục lỗi…) báo cáo, phân quyền quản lý thông qua chức năng Trend, History,

Alarm logging, Report, User Adiministration.
Dây chuyền sản xuất gạch men tại Công ty TNHH Gạch Men Nhà Ý (khu công
nghiệp Mỹ Xuân A, Tân Thành, Bà Rịa Vũng Tàu tính tới tháng 10/2016) chưa áp dụng
mạng truyền thông, giao tiếp giữa các PLC, các công đoạn được điều khiển bởi các PLC
đơn lẻ, thiếu tính đồng bộ, chính vì thế vẫn chưa thiết lập được hệ thống điều khiển, giám
sát từ xa (SCADA) cho dây chuyền dẫn đến việc khó khăn trong quá trình vận hành, sản
xuất, và mất nhiều thời gian sửa chữa, khắc phục sự cố, tốn nhiều nhân công cũng như
thiết bị. Một số công việc như điều khiển hay sản xuất còn dựa nhiều trên kinh nghiệm
của nhân viên quản lý, vận hành, việc khắc phục lỗi cịn nhiều khó khăn, từ vị trí điều
khiển xuống vị trí xảy ra lỗi mất nhiều thời gian, gây nhiều tổn thất, hao hụt về sản
lượng.
Bên cạnh đó số lượng gạch phế cũng được thu gom thủ công bằng tay, chưa có thiết
bị tự động xử lý để tiết kiệm nhân cơng.
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

do an

Trang 1


Chương 1. Tổng Quan

Hình 1.1 Cơng nhân đang phân loại, thu gom gạch phế
Chưa có biểu đồ để giám sát nhiệt độ của từng vùng trong lò nung, việc điều chỉnh
lượng nhiệt cho lò nung còn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của người giám sát. Việc
đo đạc thông số áp suất quạt gió, gas cịn mang tính thủ cơng, mất nhiều thời gian, nhân
cơng, phép đo có thể khơng chính xác, gây khó khăn trong q trình đo của nhân cơng
đặc biệt là trong mơi trường nóng bức như lị nhiệt. Ngồi ra hệ thống băng tải của cơng
ty vẫn cịn được điều khiển theo phương pháp thủ cơng gây thêm chi phí về điện năng.

Hình 1.2 Nhân cơng đang tiến hành đo áp suất của quạt gió bằng áp thước đo áp suất
Với đề tài “Thiết kế hệ thống SCADA cho dây chuyền sản xuất gạch men” sẽ
góp phần hỗ trợ cho việc điều khiển, giám sát dây chuyền sản xuất gạch men được chính
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

Trang 2


Chương 1. Tổng Quan
xác và thuận tiện hơn. Có thể phát hiện lỗi, và báo lên hệ thống toàn bộ dây chuyền,
người vận hành có thể biết được tình trạng của viên gạch như thế nào trong quá trình sản
xuất để có những giải pháp can thiệp kịp thời tránh sản xuất ra gạch men bị lỗi hàng loạt.
Có thể theo dõi hoạt động của lò nung theo các giai đoạn để có phương án bảo trì bảo
dưỡng kịp thời qua biểu đồ Trend, đồng thời có thể giám sát hoạt q trình làm việc của
cơng nhân vận hành, về thời gian xảy ra lỗi, thời gian khắc phục sự cố qua history và
report. Bảo mật một số chức năng trong quá trình vận hành giữa Admin (tổ trưởng, quản
lý…) và User (công nhân vận hành) thông qua chức năng User Administration.

1.2 Mục tiêu
 Thiết kế chương trình điều khiển và giám sát cho cơng đoạn lị nung – phân loại –
đóng gói gạch men của cơng ty TNHH gạch men Nhà Ý.
 Hiển thị được số lượng gạch men, số thùng lên màn hình điều khiển.
 Hiển thị được biểu đồ nhiệt cùng nhiệt độ từng vùng của lò nung.
 Xuất báo cáo về nhiệt độ và Alarm của hệ thống cho người sử dụng theo chu kì đặt
trước.
 Phân quyền sử dụng cho Admin hoặc User để giới hạn một số chức năng, bảo mật
hệ thống.

1.3 Nội dung nghiên cứu
 NỘI DUNG 1: Khảo sát dây chuyền sản xuất gạch men thực tế.
 NỘI DUNG 2: Lựa chọn cơng đoạn sản xuất gạch men thích hợp cho đề tài.
 NỘI DUNG 3: Phác thảo mơ hình trên phần mềm TIA Portal, lựa chọn thiết bị mơ
phỏng thích hợp.
 NỘI DUNG 4: Viết chương trình hoạt động trên phần mềm TIA Portal.
 NỘI DUNG 5: Thiết kế giao diện trên phần mềm TIA Portal.
 NỘI DUNG 6: Mô phỏng và chỉnh sửa hệ thống trên phần mềm TIA Portal.
 NỘI DUNG 7: Viết luận văn báo cáo.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

Trang 3


Chương 1. Tổng Quan
 NỘI DUNG 8: Báo cáo đề tài tốt nghiệp.

1.4 Giới hạn
 Đề tài xây dựng hệ thống SCADA cho cơng đoạn nung-phân loại-đóng gói của quy
trình sản xuất gạch men.
 Mô phỏng trên phần mềm.

1.5 Bố cục
Đề tài gồm 6 chương:
 Chương 1: Tổng Quan
Trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung, giới hạn, bố cục của đồ án
 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Trình bài các lý thuyết về phần cứng: PLC S7-300, cảm biến, hệ thống SCADA,

biến tần, động cơ, van. Sơ lược về máy phân loại và máy đóng gói…từ đó tạo cơ sở cho
việc lựa chọn thiết bị cho phù hợp.
 Chương 3: Thiết kế phần cứng
Xây dựng các sơ đồ khối của khâu lị nung, phân loại đóng gói. Dựa trên cơ sở lý
thuyết ở chương 2 để chọn các thiết bị phần cứng phù hợp. Thiết kế và chức năng từng
khối của phần cứng để làm cơ sở thiết kế trên phần mềm.
 Chương 4: Thiết kế phần mềm
Tổng quan về phần mềm TIA Portal, xây dựng lưu đồ giải thuật cho chương trình
diều khiển PLC. Thiết kế hệ thống phần cứng trên phần miềm mô phỏng TIA Portal và
xây dựng giao diện hệ thống Scada cho khâu lị nung, phân loại, đóng gói trên phần mềm.
 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Các kết quả mô phỏng, nhận xét và đánh giá kết quả trên phần mềm so với thực tế.
 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Kết luận, hướng phát triển mở rộng của đề tài và khả năng đáp ứng vào hệ thống
thực tế.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

Trang 4


Chương 2. Cơ Sở Lý Thuyết

Chương 2.

Cơ Sở Lý Thuyết

2.1 Giới thiệu doanh nghiệp
Công ty TNHH Gạch men Nhà Ý được lập năm 2003 và chính thức đi vào hoạt

động vào tháng 4/2004, có trụ sở chính tại khu cơng nghiệp Mỹ Xuân A, huyện Tân
Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Ngành, nghề kinh doanh đăng ký của Công ty TNHH
Gạch men Nhà Ý là sản xuất và kinh doanh các loại gạch men cao cấp dành cho lát nền
và ốp tường với số lượng 12500 thùng/ngày. Sau hơn 13 năm hình thành và phát triển
cho đến nay thị trường của công ty TNHH gạch men Nhà Ý đã phủ khắp các tỉnh khu vực
Đông Nam Bộ, Tây Nam bộ, Tây Ngun,…

Hình 2.1 Logo của cơng ty TNHH Gạch men Nhà Ý
Hiện nay công ty đang sản xuất 5 loại gạch chính với các kích cỡ như bảng 2.1
Bảng 2.1 Các loại gạch của nhà máy
Loại gạch

Kích cỡ

Lót nền

40x40cm

Lót nền

30 x 30cm

Ốp tường

25 x 40cm

Ốp tường

30 x 45cm

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

Trang 5


Chương 2. Cơ Sở Lý Thuyết
Theo bảng kích thước chuẩn ở trên, hình 2.2 dưới đây là mẫu gạch ốp nền loại 40 x
40 cm, và 30 x 30 cm.

Hình 2.2 Mẫu gạch ốp nền loại 40 x 40 cm và 30 x 30 cm

Và hình 2.3 dưới đây là mẫu gạch ốp tường loại 30 x 45 cm và 25 x 40 cm

Hình 2.3 Mẫu gạch men ốp tường 30 x 45 cm và 25 x 40 cm

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

Trang 6


Chương 2. Cơ Sở Lý Thuyết

2.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất gạch men
Quy trình sản xuất gạch men tại cơng ty TNHH gạch men Nhà Ý gồm có 7 cơng
đoạn chính gồm: chuẩn bị ngun liệu; nghiền thành bột; ép, tạo hình viên gạch; sấy khơ;
tráng men và in lụa; nung; kiểm tra, phân loại và đóng gói.

Chuẩn bị ngun liệu
Nghiền thành bột
Ép, tạo hình viên gạch
Sấy khơ
Tráng men và In lụa
Nung
Kiểm tra, phân loại và
đóng gói
Hình 2.4 Sơ đồ khối quy trình sản xuất gạch men
Nguyên liệu sau khi kiểm tra đạt yêu cầu sẽ được nạp vào bàn cân với khối lượng,
thành phần các nguyên liệu theo đơn phối do phịng thí nghiệm đưa ra. Sau đó nguyên
liệu được hệ thống băng tải đưa lên nạp vào cối nghiền.
Ở cối nghiền đã chứa sẵn một lượng bi nhất định thường là 45  55%, nguyên liệu
được nghiền với lượng nước được bổ sung tùy theo độ ẩm của nguyên liệu và một số phụ
gia. Sau khi nghiền được 10  12 giờ ta tiến hành kiểm tra các thơng số độ nhớt, tỷ trọng,
sót sàng nếu thấy đạt yêu cầu ta tiến hành khử từ và xả hầm, trên nắp hầm ta bố trí một
lưới sàng 10 mesh để loại bỏ các ngun liệu có kích thước lớn. Hồ sau khi được xả
xuống các hầm chứa có cánh tay khuấy liên tục để chống sa lắng. Khi hồ được ổn định về
thành phần sẽ được bơm màng bơm lên, khử từ để loại bỏ các tạp chất sắt, hồ được qua
sàng 40 mesh để loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn ảnh hưởng đến q trình sấy phun
và được xả xuống hầm cuối để ổn định thành phần, ở hầm cuối cũng có hệ thống khuấy
trộn liên tục để chống sa lắng. Tiếp đó hồ sẽ được hệ thống bơm piston bơm lên tháp sấy
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

Trang 7


Chương 2. Cơ Sở Lý Thuyết

phun với lưu lượng thích hợp và hồ được sấy với nhiệt độ 450  6000oC với nguồn nhiệt
sấy là khí nóng từ lị đốt cung cấp. Bột sau sấy phun sẽ cho qua sàng 10  14 mesh và
được hệ thống băng tải đưa vào 12 thùng silô chứa để ổn định độ ẩm từ 24 – 48 giờ.
Sau khi ổn định độ ẩm, bột sẽ được đưa sang máy ép bằng hệ thống băng tải để ép
tạo hình. Tiếp đó phơi sẽ được đưa qua lò sấy và sấy với nhiệt độ khoảng 100  2000oC
để làm thoát hơi nước ở bề mặt và làm cứng phơi.
Gạch sau sấy có nhiệt độ 80  1000oC sẽ được đưa qua dây chuyền tráng men và
in lụa. Trên dây chuyền có bàn chải quét bụi, quạt thổi bụi và béc phun sương để làm dịu
bề mặt trước khi qua công đoạn tráng men và in lụa để khơng bị lỗ chân kim sau q
trình nung. Sau đó gạch được tráng men và in lụa. Trước khi vào lò nung gạch được quét
một lớp mỏng MgO hay cịn gọi là men lót chân. Lớp men này có tác dụng chống dính.
Sau khi được tráng men in lụa, gạch được chuyển đến hệ thống lò nung để làm
cứng sản phẩm và đạt yêu cầu về độ bền uốn, khối lượng, kích thước. Cơng đoạn này
được tiến hành với nhiệt độ 110  1200oC và thời gian là 36  43 phút. Cuối cùng gạch sẽ
được đem đi phân loại, đóng gói và nhập kho.

2.3 Giới thiệu phần cứng
Trong dây chuyền sản xuất gạch men tại công ty TNHH Nhà Ý gồm có 5 khối chính
gồm khối cảm biến, khối động cơ và điều khiển tốc độ động cơ, khối điều khiển trung
tâm, khối lò nhiệt và điều khiển nhiệt độ, khối cơ cấu phân loại và đóng gói.
Khối cảm biến: gồm cảm biến nhiệt lấy nhiệt độ từ lò nung đưa về plc xử lý, cảm
biến quang phát hiện có vật thể đến, cảm biến áp suất đo áp suất trong lò nung.
Khối động cơ và điều khiển tốc độ động cơ: gồm động cơ kéo băng tải, quạt thổi
cho lò nung, biến tần điều khiển tốc độ cho các động cơ.
Khối điều khiển trung tâm: khối điều khiển chính là PLC S7-300 của hãng Siemens.
Khối cơ cấu phân loại và đóng gói: gồm hệ thống phân loại và đóng gói theo dạng
tiếp điểm.
Khối lị nung và điều khiển nhiệt độ: lò nhiệt được điều khiển theo phương pháp
PID, điều khiển góc mở của van cấp nhiệt độ cho lị nung.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

do an

Trang 8


Chương 2. Cơ Sở Lý Thuyết

2.3.1 Khối cảm biến
a) Cảm biến nhiệt
Cảm biến nhiệt là thiết bị chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ thành tín hiệu điện trở, dịng
hoặc áp. Sau đó các bộ phận xử lí trung tâm sẽ thu nhận dạng tín hiệu này về để xử lí.
Cảm biến nhiệt thường sử dụng trong công nghiệp là cặp nhiệt điện – Thermocouple và
nhiệt điện trở – RTD.
Hình dạng bên ngoài của cặp nhiệt điện và nhiệt điện trở trông khá là giống nhau
nhưng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng lại rất khác nhau, ta cùng xem sự khác
biệt giữa chúng qua bảng 2.2
Bảng 2.2 So sánh giữa cặp nhiệt điện và nhiệt điện trở
Thermocouple

RTD

Gồm hai chất liệu kim loại khác Dây kim loại làm từ: đồng, nikel,
nhau, hàn dính một đầu.
platinum,…được quấn tùy theo hình
dáng của đầu đo.
Cấu tạo

Nguyên lý Nhiệt độ thay đổi tạo ra sức điện Khi nhiệt độ thay đổi, điện trở giữa

hoạt động động thay đổi ( mV).
hai đầu dây kim loại này sẽ thay đổi.
Bền, đo được nhiệt độ cao.
Độ chính xác cao hơn cặp nhiệt điện,
dễ sử dụng hơn, chiều dài dây không
Ưu điểm
hạn chế.
Khuyết
điểm
Dải đo
Ứng dụng
Phân loại

Dễ bị sai số bởi yếu tố môi trường, Dải đo bé nhưng giá thành lại cao
độ nhạy không cao.
hơn cặp nhiệt điện.
o
-250 ~ 2000 C
-200~850oC
Trong các ngành sản xuất công
nghiệp, luyện kim, giáo dục hay gia
cơng vật liệu…
Gồm có các loại: E, J, K, R, S, T,
B… với các dải đo khác nhau.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

Trong các ngành công nghiệp chung,

công nghiệp môi trường hay gia
công vật liệu, hóa chất…
Loại 2 dây, 3 dây và 4 dây, loại 4
dây cho kết quả đo chính xác nhất.
Trang 9


Chương 2. Cơ Sở Lý Thuyết
Bộ chuyển đổi tín hiệu cặp nhiệt điện
Do tín hiệu ngõ ra của cặp nhiệt điện hoặc RTD là dạng analog (mV, điện trở) mà
PLC chỉ hiểu được tín hiệu analog (0-10V; 0-20mA; 4-20mA) thì ta phải dùng bộ chuyển
đổi tín hiệu (từ can nhiệt/RTD sang 4-20mA). Một trong những bộ chuyển đổi tín hiệu
can nhiệt thơng dụng hiện nay là bộ chuyển đổi tín hiệu can nhiệt MST 320 của Đức.

Hình 2.5 Bộ chuyển đổi tín hiệu can nhiệt MST 320 – Germany
Bảng 2.3 Các thơng số cơ bản của bộ chuyển đổi tín hiệu can nhiệt MST 320
Input
Output
Độ chính xác
Thời gian đáp ứng

Nhận tín hiệu từ các loại can nhiệt như: K, R, S, B, J, T, E,..tín hiệu
cảm biến nhiệt điện PT100.
Tín hiệu Analog 4-20mV.
Nhỏ hơn 0.1% đối với can nhiệt và 0.02% đối với PT100.
0.25s

Can nhiệt MST 320 cịn có chức năng báo lỗi khi cảm biến bị hư hoặc ngắn mạch ở
điện áp 3.5mA hoặc 23mA.
b) Cảm biến quang

Cảm biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES) do các linh kiện quang điện tạo
thành, khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi
tính chất và được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực
cathode.
Ưu điểm của cảm biến quang so với các loại cảm biến điện cảm, điện dung: Không
tiếp xúc trực tiếp với vật cần phát hiện cho nên tuổi thọ, độ bền sẽ cao hơn. Khoảng cách
phát hiện của cảm biến quang khá xa. Và phát hiện hầu hết các loại vật thể, vật chất.
Cấu tạo: gồm có 3 phần chính, bộ phát sáng, bộ thu tín hiệu sáng và mạch xử lý tín
hiệu ra như hình 2.6.
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

do an

Trang 10


Chương 2. Cơ Sở Lý Thuyết

Hình 2.6 Cấu tạo của cảm biến quang
Bộ phát sáng: thường sử dụng đèn bán dẫn LED (Light Emitting Diode). Ánh sáng
được phát ra theo xung để giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh
sáng từ các nguồn khác (như ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng). Các loại
LED thông dụng nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED laze. Một số dòng cảm biến
đặc biệt dùng LED trắng hoặc xanh lá và LED vàng.
Bộ thu sáng: thông thường bộ thu sáng là một phototransistor (transistor quang). Bộ
phận này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Hiện nay nhiều loại cảm
biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASI (Application Specific
Integrated Circuit). Mạch này tích hợp tất cả bộ phận quang, khuếch đại, mạch xử lý và
chức năng vào một vi mạch (IC). Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát
(như trường hợp của loại thu-phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường

hợp phản xạ khuếch tán).
Mạch xử lý tín hiệu ra: chuyển tín hiệu analog từ transistor quang/ASIC thành tín
hiệu on/off được khuếch đại lên đủ lớn. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức
ngưỡng được xác định kích hoạt tín hiệu ra của cảm biến.
Các chế độ hoạt động của cảm biến quang: thường sử dụng 3 chế độ chính là chế độ
thu – phát, chế độ phản xạ gương và chế độ khuếch tán. Các đặc điểm của từng chế độ
được thể hiện cụ thể như bảng 2.4

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

Trang 11