BÁO CÁO CUỐI KỲ SCADA(có kèm theo file mô phỏng thành công): Thiết kế hệ thống SCADA giám sát và vận hành hệ thống sản xuất xi măng

*TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
––––🙠🙠🙠🙠🙠––––

BÁO CÁO SCADA
GIÁM SÁT VÀ VẬN HÀNH CÔNG ĐOẠN TRỘN VÀ NUNG
TRONG HỆ THỐNG SẢN XUẤT XI MĂNG

GVHD
SVTH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2022


MỤC LỤC
Chương 1. Giới thiệu:................................................................................................................................ 4
1.1.

Giới thiệu:................................................................................................................................. 4

1.2.

Mục tiêu đề tài........................................................................................................................... 4

1.3.

Nội dung của đề tài..................................................................................................................... 4

Chương 2. Cơ sở lí thuyết:......................................................................................................................... 6
2.1.

Các loại cảm biến sử dụng trong đề tài:.........................................................................................6

2.1.1.

Cảm biến mức:....................................................................................................................... 6

2.1.1.1.

Cảm biến đo mức dạng xoay.................................................................................................6

2.1.1.2.

Cảm biến đo mức dạng điện dung.........................................................................................6

2.1.1.3.

Cảm biến đo mức dạng run...................................................................................................6

2.1.1.4.

Cảm biến đo mức dạng siêu âm.............................................................................................6

2.1.2.

Cảm biến nhiệt độ:.................................................................................................................. 7

2.1.2.1.

Cảm biến nhiệt độ RTD:......................................................................................................7

2.1.2.1.2.

Cảm biến RTD loại 3 dây:................................................................................................7

2.1.2.1.3.

Cảm biến RTD loại 4 dây:................................................................................................7

2.1.2.2.
2.2.

Cảm biến nhiệt độ Thermalcouple:........................................................................................7

Các loại PLC:............................................................................................................................. 8

2.2.1.

Siemens:................................................................................................................................ 8

2.2.1.2.

Siemens Simatic S7-1200 Basic PLC System:........................................................................8

2.2.1.3.

Siemens Simatic S7-300 Advanced PLC System:....................................................................8

2.2.1.4.

Siemens Simatic S7-1500 Advanced PLC System:..................................................................8

2.2.1.5.

Siemens Simatic S7-400 Advanced PLC System:....................................................................9

2.2.2.

Mitsubishi:............................................................................................................................. 9

2.2.2.2.

PLC MITSUBISHI FX1N:...................................................................................................9

2.2.2.3.

PLC MITSUBISHI FX1S:....................................................................................................9

2.2.2.4.

PLC MITSUBISHI FX2N:...................................................................................................9

2.2.2.5.

PLC MITSUBISHI FX3G:...................................................................................................9

2.2.2.6.

PLC MITSUBISHI FX3U:...................................................................................................9

2.2.2.7.

PLC MITSUBISHI FX5U:.................................................................................................10

2.2.2.8.

PLC MITSUBISHI dòng Q Series:......................................................................................10

2.2.2.9.

PLC MITSUBISHI L Series:..............................................................................................10

2.3.

Các loại HMI:......................................................................................................................... 10

2.3.1.

Ưu điểm:............................................................................................................................ 10

2.3.2.

Nhược điểm:........................................................................................................................ 10

2.3.3.

Các dòng HMI trên thị trường:...............................................................................................10

2.3.3.2.

HMI của Mitsubishi:.......................................................................................................... 11

Chương 3. Thiết kế phần cứng:................................................................................................................ 13
3.1.

Yêu cầu thiết kế:....................................................................................................................... 13


3.2.

Sơ đồ khối............................................................................................................................... 13

3.3.

Lựa chọn thiết bị:..................................................................................................................... 14

3.4.1.

Lựa chọn PLC và module analog:...........................................................................................14

3.4.2.

Lựa chọn cảm biến nhiệt độ...................................................................................................14

3.4.3.

Lựa chọn cảm biến đo mức....................................................................................................14

3.4.4.

Lựa chọn băng tải................................................................................................................. 15

Chương 4. Thiết kế phần mềm................................................................................................................. 16
4.1.

Chương trình PLC:................................................................................................................... 16

4.1.

Thiết kế HMI........................................................................................................................... 16

4.1.1.

Yêu cầu thiết kế:................................................................................................................... 16

4.1.1.

Phân trang màn hình:............................................................................................................. 17

4.1.1.1.

Màn chính (level 1):........................................................................................................ 17

4.1.1.1.

Level 2:............................................................................................................................ 17

4.1.1.2.

Alarm:.............................................................................................................................. 19

4.1.1.3.

Phân quyền:...................................................................................................................... 19

Chương 5. Kết quả mô phỏng:.................................................................................................................. 20
5.1.

Chế độ tự động:........................................................................................................................ 20

5.1.

Chế độ bằng tay:....................................................................................................................... 22

5.1.

Alarm:..................................................................................................................................... 24

5.1.

Phân quyền:............................................................................................................................. 25

Chương 6. Kết luận và hướng phát triển:...................................................................................................28
6.1.

Kết luận:.................................................................................................................................. 28

6.2.

Hướng phát triển:..................................................................................................................... 28

Chương 7. Tài liệu tham khảo:................................................................................................................. 29


Chương 1. Giới thiệu:
1.1. Giới thiệu:
Ngành công nghiệp xi măng là một trong những ngành công nghiệp lâu đời nhất
ở nước ta. Những năm qua, ngành công nghiệp sản xuất xi măng của Việt Nam đã có
bước tăng trưởng mạnh mẽ. Và theo đó, cơng nghệ sản xuất cũng theo đà phát triển.
Việt Nam đang xếp thứ 5 trên thế giới về năng lực sản xuất, chỉ sau Trung Quốc, Ấn
Độ, Mỹ và Nga. Sản lượng sản xuất của Việt Nam gần như liên tục tăng qua các năm,
trong đó năm 2000 là 13,3 triệu tấn đến năm 2020 là 109 triệu tấn, riêng năm 2021
giảm còn 101,2 triệu tấn. Đại dịch Covid-19 đã tác động tiêu cực đến nhu cầu đầu tư
xây dựng, kéo theo tiêu thụ ở trong nước bị giảm, làm cho chênh lệch giữa năng lực
sản xuất với sản xuất tăng.
Tuy nhiên việc sản xuất lại vơ cùng phức tạp và địi hỏi độ chính xác cao. Vì vậy
cần trang bị các hệ thống điều khiển, hệ thống tự động hóa ở mức độ rất cao để thay
thế sức người, đáp ứng nhu cầu sản xuất và đảm bảo năng suất ổn định nhằm hướng
tới một mục tiêu, đó là nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất lao động,
giảm chi phí sản xuất, giải phóng người lao động làm việc ở những mơi trường độc
hại và nặng nhọc, bảo vệ người vận hành, thiết bị.
Cùng với việc chú trọng xây dựng hệ thống tự động hóa ở mức độ cao là việc
xây dựng hệ thống thu thập dữ liệu và giám sát để người vận hành có cái nhìn trực
quan những thơng số quan trọng trong dây chuyền sản xuất cũng như là chủ động
điều chỉnh các thông số và nắm bắt những tình huống xấu có thể xảy ra để kịp thời
sửa chữa hạn chế tổn thất về người và kinh tế.
Đó là lý do tụi em thực hiện đề tài “ Giám sát và vận hành hệ thống cân
nguyên liệu và nung trong quy trình sản xuất xi măng”.
1.2. Mục tiêu đề tài
Mục tiêu của đề tài là thiết kế được hệ thống giám sát và điều chỉnh các thông
số, dữ liệu quan trọng của hệ thống, ngồi ra cịn hệ thống giám sát lỗi trên màn hình

HMI.
Hệ thống được xây dựng nhằm mục đích thực hiện các thao tác vận hành hệ
thống trên màn hình HMI, tạo ra quy trình sản xuất tự động hóa và đồng thời giúp
người vận hành dễ dàng kiểm soát lỗi, hạn chế các nhược điểm từ phương pháp thủ
công mang lại như sử dụng nhiều nhân cơng, tốn nhiều thời gian để hồn thành sản
phẩm nhưng lại dễ xảy ra lỗi. Đề tài xây dựng một hệ thống có khả năng phân chia
nguyên liệu theo khối lượng, nghiền và nung nguyên liệu, các thông số nhiệt độ, khối
lượng được mơ tả trên màn hình HMI để người vận hành dễ dàng nắm bắt và điều
chỉnh sao cho phù hợp, ngồi ra hệ thống cịn có tính năng kiểm sốt lỗi với các lỗi từ
cơ cấu chấp hành như quá tải hoặc lỗi đứt dây từ các cảm biến.
1.3. Nội dung của đề tài


Phần cịn lại của đề tài có nội dung chính như sau:
Chương 2: Chương này trình bày ưu nhược điểm các loại PLC, các cảm biến
liên quan đến đề tài và các loại HMI trên thị trường, ngoài ra chương này còn giới
thiệu khái quát về hệ DAQ.
Chương 3: Chương này trình bày về các yêu cầu thiết kế của hệ thống và lựa
chọn thiết bị phù hợp với yêu cầu thiết kế.
Chương 4: Chương này trình bày về sơ đồ trạng thái của hệ thống và thiết kế
HMI
Chương 5 : Chương này trình bày về kết quả mơ phỏng.
Chương 6 : Chương này trình bày về kết quả đạt được và hướng phát triển của đề
tài.


Chương 2. Cơ sở lí thuyết:
2.1.

Các loại cảm biến sử dụng trong đề tài:

2.1.1. Cảm biến mức

Trong hệ thống để nhận biết các nguyên liệu trong các bồn chứa đã đầy hay
cạn thì hiện nay trên thị cảm biến mức trường có rất nhiều loại cảm biến như cảm
biến đo mức dạng xoay, dạng điện dung, dạng run và dạng siêu âm.
2.1.1.1. Cảm biến đo mức dạng xoay
Đây là dòng cảm biến được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực. Nguyên lý đo
đơn giản nhưng đem lại hiệu quả và độ chính xác cao, điểm mạnh của dịng này là dễ
dàng lắp đặt, sử dụng hiệu quả không bị báo ảo.
Nguyên lý hoạt động của dòng này đơn giản. Ở trạng thái bình thường cảm
biến sẽ xoay liên tục. Khi vật liệu dâng lên chạm vào cánh xoay. Lúc này nguyên liệu
làm cánh xoay ngừng lại. Sau đó cảm biến xuất tín hiệu relay ON/OFF. Tín hiệu
relay đấu với các thiết bị như còi, đèn, motor…
2.1.1.2. Cảm biến đo mức dạng điện dung
Cảm biến điện dung (hay cảm biến điện môi) là sử dụng điện dung để đo hằng số
điện môi của môi trường xung quanh, cấu tạo giống như một đầu dò nơtron mà ống tiếp
cận được làm bằng PVC và được lắp đặt trong lòng đất; các đầu dị cũng có thể là mơđun (giống như một chiếc lược) và được kết nối với một máy ghi. Cảm biến điện dung là
cảm biến để phát hiện mức chất lỏng; Chất kết dính hoặc chất rắn nhỏ như bột; Giường
nhựa; Xi măng; Cát .... thường; hầu hết các loại cảm biến điện dung dùng trong nhà máy
để đo mức; Chỉ báo mức chất rắn lỏng trong bể nước; Bể chứa silo….
2.1.1.3. Cảm biến đo mức dạng run
Dạng rung được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng về mức. Đặc biệt là
được dùng trong thực phẩm. Vì que rung được làm bằng Inox 304/316 nên phù hợp
với các tiêu chuẩn an tồn thực phẩm.
Dịng này có thời gian đáp ứng cực nhanh. Phù hợp các ứng dụng cần độ chính xác
cao và tốc độ đáp ứng nhanh.
2.1.1.4. Cảm biến đo mức dạng siêu âm
Dòng cảm biến siêu âm được dùng để đo mức liên tục, thường dùng chủ yếu
cho chất lỏng. Trong một số trường hợp dòng cảm biến này được dùng cho chất rắn.
Cảm biến siêu âm sử dụng sóng âm để đo. Cảm biến phát sóng âm liên tục, sóng âm

này sẽ va vào bề mặt chất lỏng. Sau đó phản xạ lại cảm biến. Bằng cách tính thời gian
phát và thu, cảm biến biến tính được quãng đường đi của sóng. Từ đó, suy ra được
khoảng cách đến vật liệu cần đo.
2.1.2. Cảm biến nhiệt độ


Có 2 dạng được sử dụng phổ biến là RTD, Thermalcouple
2.1.2.1. Cảm biến nhiệt độ RTD:
2.1.2.1.1. Cảm biến RTD loại 2 dây:
 Ưu điểm: Giá thành rẻ
 Nhược điểm: Độ chính xác thấp
 Tính ứng dụng: Phù hợp với những u cầu khơng q quan tâm về độ chính
xác như các đề tài, đồ án sinh viên
2.1.2.1.2. Cảm biến RTD loại 3 dây:
 Ưu điểm: Độ chính xác khá cao, giá thành ở mức độ trung bình
 Nhược điểm: Phức tạp trong việc nối dây
 Tính ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp vì sai số thấp , giá
thành hợp lý
2.1.2.1.3. Cảm biến RTD loại 4 dây:
 Ưu điểm: Độ chính xác rất cao
 Nhược điểm: Cồng kềnh, phứt tạp trong việc nối dây
 Tính ứng dụng: Phục vụ cho mục đích nghiên cứu
2.1.2.2. Cảm biến nhiệt độ Thermalcouple:

Hình 1: Các loại Thermalcouple

Bảng 1:Bảng so sánh các loại cảm biến nhiệt độ


Loại cảm biến

Độ chính

Thermalcouple

xác
Thấp

RTD

cao

Tầm đo
-200

đến

1800 độ C
-200
đến

Mạch đo

Ghi chú

Trung
bình

Bền

Phức tạp

Chính xác
Nhưng giá thành cao

800 độ C

2.2. Các loại PLC
2.2.1. Siemens
2.2.1.1. Siemens Simatic S7-200
 Dòng PLC cỡ nhỏ (Micro PLCs)
 Đã ngừng sản xuất
2.2.1.2. Siemens Simatic S7-1200
 Phần mềm lập trình dễ tiếp cận
 Dòng thay thế S7-200
 Dòng PLC nhỏ, dùng cho máy móc, dây chuyền nhỏ, hệ thống nhỏ, hiệu suất
thấp, trung bình
 Trang bị đầy đủ các chức năng: truyền thông, analog, HSC, PWM/PTO,….
 Thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm khơng gian
 Lập trình đơn giản, giá thành rẻ nên phổ biến cao, sử dụng nhiều trong công nghiệp
2.2.1.3. Siemens Simatic S7-300
 Dòng PLC cỡ trung
 Khả năng tính tốn nhanh, quản lí I/O số lượng lớn
 Giá thành cao, phù hợp các dây chuyền, hệ thống vừa và lớn
2.2.1.4. Siemens Simatic S7-1500
 Phiên bản nâng cấp S7-300
 Có thể lập trình trực tiếp trên màn hình thiết bị
 Khả năng mở rộng I/O lớn, hỗ trợ nhiều tính năng về OPC, Web server
2.2.1.5. Siemens Simatic S7-400

 Khả năng quản lí I/O rất lớn, bộ nhớ lớn, khả năng mở rộng
 Tốc độ tính tốn, xử lí lệnh cao
 Cấu tạo chắc chắn, làm việc trong môi trường khắc nghiệt
 Phù hợp điểu khiển nhà máy, dây chuyền có quy mơ lớn và rất lớn
 Giá thành rất cao, ít sử dụng hơn các dịng khác.
2.2.2. Mitsubishi:
2.2.2.1. PLC MITSUBISHI FX Series:
Là loại PLC có kích thước nhỏ gọn, mẫu mã đa dạng và tích hợp nhiều chức năng.
PLC có sử dụng bộ nhớ EEPROM với tính năng cho phép lưu trữ dữ liệu kể cả khi
mất nguồn đột ngột. PLC được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển các hệ thống từ
đơn giản đến phức tạp nhờ tích hợp sẵn bộ đếm tốc độ cao và các bộ ngắt tự động.
2.2.2.2. PLC MITSUBISHI FX1N
 14,24,40,60 I/O
 Kết nối truyền thông: cung cấp chuẩn kết nối RS485/RS422/RS232 thơng qua
board mở rộng.
 Có thể mở rộng tối đa lên tới 2 module chức năng
2.2.2.3. PLC MITSUBISHI FX1S
 10,14,20,30 I/O
 Khơng có khả năng mở rộng thêm module chức năng
2.2.2.4. PLC MITSUBISHI FX2N
 Nâng cấp của FX1N
 16,32,48,64,80,128 I/O
 Kết nối truyền thông: cung cấp chuẩn kết nối RS485/RS422/RS232 thơng qua
board mở rộng.
 Có thể mở rộng tối đa lên tới 8 module chức năng
2.2.2.5. PLC MITSUBISHI FX3G
 Cải tiến từ dịng FX1N
 14/24/40/60 I/O


Kết nối truyền thơng: hỗ trợ kết nối RS232, RS485, USB, Ethernet, CAN,
CClink
2.2.2.6. PLC MITSUBISHI FX3U


 6/32/48/64/80/128 I/O
 Kết nối truyền thông: hỗ trợ kết nối RS232, RS485, USB, Ethernet, profibus,
CAN, CClink
2.2.2.7. PLC MITSUBISHI FX5U
 32/64/80 I/O
 Kết nối truyền thông: hỗ trợ kết nối RS485, Ethernet.
 Tích hợp 2 ngõ vào Analog và 1 ngõ ra Analog
2.2.2.8. PLC MITSUBISHI dòng Q Series
 Bộ nhớ lớn, có thể lưu trữ được nhiều chương trình làm việc riêng.
 Đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khắc khe trong công nghiệp.
 Dễ dàng thay đổi chế độ làm việc.
 Tiết kiệm thời gian cho công tác điều khiển.
2.2.2.9. PLC MITSUBISHI L Series:
 Thiết kế sáng tạo, cải tiến hỗ trợ cho việc mở rộng từ mặt trước của sản phẩm.
 Dòng L-PLC được xây dựng bên trong với các kiến trúc làm việc trên môi
trường mạng Ethernet và Mini-USB.
 Được xây dựng riêng cho môi trường mạng CC-Link V2 với một CPU chính
quản lý kết nối hệ thống mạng mạnh mẽ được thêm vào khi cần thiết.
2.3.
Các loại
HMI
2.3.1. Ưu điểm
 Tiêu thụ điện năng thấp
 Có tính di động cao

 Thích hợp sử dụng cho các khơng gian chật hẹp
 Thay thế các nút nhấn cơ khí, đèn báo
 Dễ mở rộng, dễ vận hành và dễ bảo dưỡng sửa chữa
2.3.2. Nhược điểm
 Không thể sử dụng cho các hệ thống phức tạp
 Khả năng lưu trữ thơng tin hạn chế
2.3.3. Các dịng HMI trên thị trường


2.3.3.1. HMI của Siemens
 Kiểu dáng hiện đại, tương lai
 Giá thành phải chăng
 Độ bền bỉ cao, tuổi thọ lớn
 Điều khiển nhanh chóng giúp máy móc làm việc ổn định đáp ứng được cho
nhu cầu lớn từ người dùng.
 Dữ liệu được bảo vệ thông qua thẻ nhớ SIMATIC HMI Memory Card 2GB
 Chế độ tự động backup dữ liệu qua SD card
 Có thể transfer một dự án thông qua cáp truyền thông Ethernet hoặc cáp USB
 Thích hợp với mơi trường khắc nghiệt, nhiệt đới, mơi trường nước biển.
 Nhiều tùy chọn giao tiếp: Profibus, Profinet, màn hình 7’ trở lên có 2xProfinet
 Lập trình HMI tích được tích hợp chung phần mềm lập trình
Các dịng HMI của Siemens trên thị trường:
 SIMATIC Basic HMI
 SIMATIC HMI Key Panels – Phím nhấn
 SIMATIC HMI Basic Panels – Màn hình chạm
 SIMATIC Advance HMI
 SIMATIC HMI Comport Panels – Màn hình chạm
 SIMATIC HMI Mobile Panles – Màn hình chạm
 SIMATIC Industry Panel PCs – SIMATIC IPCs
 SIMATIC IFP và SIMATIC ITC

2.3.3.2. HMI của Mitsubishi:
 Kiểu dáng bắt mắt
 Độ bền cao
 Làm việc ổn định
 Dễ dàng điều chỉnh
 Giá thành lại phải chăng
 Đồ họa sắc nét
 Cổng giao tiếp: RS232, RS422, RS485,
USB. Các dòng HMI của Mitsubishi trên thị


trường:
 GOT2000
 GOT1000
 F900
 A900
 GS2000


Chương 3. Thiết kế phần cứng:
3.1. Yêu cầu thiết kế:
Hệ thống được thiết kế để vận hành và giám sát được các trạng thái của động cơ,
các giai đoạn của quy trình, nhiệt độ hiện tại trong lị nung. Các động cơ được sử
dụng để kéo băng tải đưa các nguyên liệu đầu vào đi vào máy nghiền để nghiền
nhỏ nguyên liệu, sau đó các nguyên liệu được đưa vào bồn chứa, sau khi bồn
chứa đầy sẽ xả van để đưa vào máy trộn để trộn 2 nguyên liệu vào nhau sau đó
được đưa vào máy nghiền con lăn để nghiền nhỏ thêm một lần nữa rồi đưa vào xi
lô để chứa, sau đó van xi lơ sẽ đóng mở theo chu kì để đưa một lượng ngun liệu
vào lị nung, nguyên liệu được đưa vào lò nung và được nung theo một khoảng
thời gian đã cài đặt trước và được đưa đến công đoạn tiếp theo.

3.2. Sơ đồ khối
Trạm điều khiển

100 m

Động cơ 1

Đá
vôi

Cảm biến nhiệt độ

Băng tải
Máy nghiền

Động cơ
nghiền

Đất
sét

Bồn
chứa
đá
vơi

Lị nung Clinker
1450°C

Van 1

Silo chứa
Đất
sét

Băng tải

Máy trộn
Máy nghiền con
lăn
Động cơ trộn

Máy nghiền

Động cơ xi lô

Động cơ
2

Động cơ nghiền
con lăn
Động cơ
nghiền

Xi lơ đồng nhất

Van 2

Khâu 2

Khâu 1

Động cơ gia nhiệt

Khâu 3

Hình 2: Sơ đồ khối
Các thông số cần được giám sát:
 Nhiệt độ trong lò nung
 Trạng thái hoạt động của động cơ
 Trạng thái các bồn chứa nguyên liệu
 Trạng thái hoạt động của từng khâu
 Các thông số đã cài đặt
Nhiệt độ giám sát : 1450 oC
Khối lượng : Theo quy trình cơng nghệ tỉ lệ đá vơi chiếm 80% và tỉ lệ đất sét chiếm 20%


3.3. Lựa chọn thiết bị
3.4.1.

Lựa chọn PLC và module analog

Thị trường có nhiều loại PLC: Siemens, Mitsubishi, Omron, Alen-Bradley,…
phù hợp với nhiều mục đích và nhu cầu khác nhau.
Trong hệ thống này, sử dụng PLC Siemens vì có nhiều ưu điểm: hệ sinh thái lớn, lắp
đặt dễ dàng, phần mềm lập trình dễ tiếp cận. Dịng S7-1200 1214C DC/DC/DC với số
lượng I/O đủ đáp ứng yêu cầu thiết kế, khả năng mở rộng với các module analog khác.
Do ngõ vào AI có sẵn của PLC khơng phù hợp với nhu cầu nên hệ thống sử dụng thêm
module analog input 6ES7231-4HD32-0XB0 có 4 ngõ vào analog 13bit, giá thành
thấp, tương thích với cảm biến ngõ ra 4-20mA phổ biến hiện nay.

3.4.2.
Lựa chọn cảm biến nhiệt độ
Hiện nay, có 2 loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng phổ biến trên thị trường là
cảm biến nhiệt độ loại RTD và cảm biến nhiệt độ loại Thermalcouple. Do hệ thống
làm việc ở nhiệt độ trên 1000 độ C nên ta chọn cảm biến nhiệt độ loại
Thermalcouple.
Đối với loại cảm biến nhiệt độ loại Thermalcouple. Theo yêu cầu thiết kế, hệ
thống cần giám sát nhiệt độ từ 1450 oC nên ta sử dụng cảm biến Thermalcouple loại
R hoặc S.

Hình 3 Cảm biến đo nhiệt
3.4.3. Lựa chọn cảm biến đo mức
Theo quy trình cơng nghệ của đề tài, cảm biến đo mức dùng để phát hiện bồn
chứa đầy hay cạn nguyên liệu nên cảm biến sử dụng đầu ra ON/OFF, kết hợp với yêu
cầu không quá khắc khe về độ chính xác cũng như là thời gian xử lí nên cảm biến sử
dụng trong đề tài là cảm biến đo mức dạng xoay.


Hình 4 Cảm biến đo mức dạng xoay
3.4.4. Lựa chọn băng tải

Hình 5 Băng tải vận chuyển vật liệu
Bảng thơng số:
Chiều dài bằng tải
Chiều cao
Tải trọng tối đa
Tốc độ
Nguồn cấp
Điện năng tiêu thụ

2m/4m/6m
0.7-1.5m
50kg/m
0.8-2.5m/s
220V 50/60 Hz
1.5KW


Chương 4. Thiết kế phần mềm
4.1. Chương trình PLC
Sơ đồ khối:

Stop_btn
STOP

Hand_btn

START

HAND

Start_btn
Auto_btn

Reset_btn

Hand_btn

AUTO

OVERLOAD
Overload

Auto_btn

Hình 6 Sơ đồ khối
4.1. Thiết kế HMI
4.1.1.

Yêu cầu thiết kế

Trên HMI, khi hệ thống ở chế độ điều khiển tay (Hand) người vận hành
có thể điều khiển được các động cơ có trong hệ thống như động cơ băng tải,
động cơ nghiền, động cơ trộn, động cơ nghền con lăn, động cơ xi lô, động cơ
gia nhiệt và các van tương ứng.
Ở chế độ tự động (Auto) hệ thống sẽ tự động điều khiển các cơ cấu chấp
hành dựa trên các tín hiệu của cảm biến và các thơng số mà người vận hành đã
nhập trước. Các thông số mà người vận hành có thể nhập như nhiệt độ đặt, thời
gian chạy của động cơ trộn, động cơ nghiền con lăn, động cơ xi lô và các van xả
nguyên liệu.
Các thông số được hiển thị trên HMI là các thông số liên quan đến hệ
thống như trạng thái hiện tại của hệ thống là hand hay auto, nhiệt độ hiện tại
trong lò nung, trạng thái của các bồn trữ nguyên liệu, các thông số cài đặt của
hệ thống như thời gian chạy của từng động cơ và nhiệt độ đặt của lị nung.
Ngồi ra HMI cịn hiển thị các giai đoạn của hệ thống để người vận hành dễ


dàng nắm bắt khi xảy ra sự cố.
Khi xảy ra sự cố như quá tải ở các động cơ băng tải, động cơ nghiền,
động cơ trộn , động cơ xi lô, động cơ gia nhiệt hoặc khi cảm biến bị đứt dây thì

HMI cũng hiển thị alarm để người vận hành nắm bắt và chủ động khắc phục sự
cố.
4.1.1.
Phân trang màn hình
4.1.1.1. Màn chính (level 1)
Màn hình chính của hệ thống có các nút nhấn Start để khởi động, Stop để
dừng hệ thống và các đèn báo hiệu tương ứng, nút lựa chọn chế độ tay hay tự
động, các nút di chuyển sang màn hình level 2 và nút Reset để reset lại hệ thống
khi động cơ trong hệ thống bị quá tải và đã được xử lý. Mặt khác, tại trang màn
hình này cịn có các thơng tin mơ tả các quá trình của hệ thống và trạng thái
hiện tại của hệ thống để người vận hành có thể chủ động nhận biết q trình
làm việc, ngồi ra ở màn hình chính cịn thể hiện các thơng tin về nhiệt độ hiện
tại của lò nung, chế độ điều khiển hiện tại của hệ thống, trạng thái của các bồn
chứa, các giai đoạn của hệ thống và các thông số cài đặt như nhiệt độ đặt, thời
gian đặt cho máy trộn, máy nghiền con lăn, máy xi lô, van xi lơ, thời gian trao
đổi nhiệt.

Hình 7 Màn hình chính
4.1.1.1. Level 2
Màn hình level 2 của hệ thống gồm có 3 màn hình tương ứng với 3 khâu.
Khâu 1 có các nút di chuyển về trang level 1 và các nút di chuyển đến
các trang level 2 khác, trang màn hình hiển thị đèn báo hiệu chế độ điều khiển
của hệ thống, cho phép người vận hành hoặc người giám sát điều khiển các cơ
cấu chấp hành trong khâu 1 một cách thủ công khi hệ thống ở chế độ Hand. Các
thơng tin hiển thị ở trang màn hình này gồm trạng thái động cơ và trạng thái


cảm biến thuộc khâu 1.

Hình 8 Khâu 1

Trang màn hình của khâu 2 và khâu 3 có cấu trúc giống nhau, cả 2 trang
cũng có các nút điều khiển giống khâu 1 gồm có các nút di chuyển về trang level 1
và các nút di chuyển đến các trang level 2 cịn lại, trang màn hình hiển thị đèn báo
hiệu chế độ điều khiển của hệ thống. Tại 2 trang này cho phép người vận hành
hoặc người giám sát điều khiển các cơ cấu chấp hành thuộc khâu tương ứng một
cách thủ công khi hệ thống đang hoạt động ở chế độ Hand. Ngoài ra 2 trang này
chỉ cho phép người vận hành nhập vào các thông số điều chỉnh thời gian chạy của
các cơ cấu chấp hành thuộc khâu tương ứng khi hệ thống đang hoạt động ở chế độ
Auto. Thông tin hiển thị ở 2 trang này là trạng thái của các cơ cấu chấp hành của
mỗi khâu

Hình 9 Khâu 2


Hình 10 Khâu 3
4.1.1.2. Alarm
Tên alarm
Quá tải động cơ băng tải đá
vôi
Quá tải động cơ băng tải
đất

Loại

Cách xử lý

Block

Dừng hệ thống

Block

Dừng hệ thống

Block

Dừng hệ thống

Block

Dừng hệ thống

Block
Block
Warning

Dừng hệ thống
Dừng hệ thống

sét
Quá tải động cơ trộn
Quá tải động cơ nghiền
con
lăn
Quá tải động cơ trong xi lô
Quá tải động cơ gia nhiệt
Đứt dây cảm biến nhiệt độ
4.1.1.3. Phân quyền
Loại user
Vận hành

Giám sát

Quyền
Đăng nhập
Vận hành
Đăng nhập
Giám sát


Chương 5. Kết quả mô phỏng
5.1. Chế độ tự động
Khi bắt đầu hệ thống ở chế độ tự động, hệ thống dựa vào tín hiệu trả về từ
cảm biến nhiệt độ trong lị nung và so sánh với tín hiệu đặt trước để điều khiển
động cơ gia nhiệt.
Ở chế độ tự động, hệ thống sẽ bắt đầu chạy khâu 1 bằng việc tự động chạy
băng tải cấp đá vôi và băng tải cấp đất sét vào 2 máy nghiền rồi được đựng lại ở
bồn chứa. Tại thông tin trạng thái các khâu thì khâu 1 được báo là busy và
thơng tin hệ thống ở trạng thái auto.

Hình 11 Chế độ tự động khâu 1
Quá trình trên vẫn diễn ra cho đến khi cảm biến ở 2 bồn chứa tác động báo
hiệu 2 bồn đã đầy, lúc này 2 băng tải và 2 máy nghiền dừng lại, van 1 và 2 xả
nguyên liệu từ 2 bồn vào bồn trộn. Trạng thái của 2 bồn chứa được hiển thị ở
thông tin hệ thống.