Đề tài điều khiển giám sát mô hình sản xuất cà phê bột

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA: ĐIỆN
ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT MÔ HÌNH SẢN XUẤT
CÀ PHÊ BỘT
(TOÀN BỘ GIẢ LẬP, KHÔNG CẦN MÔ HÌNH THẬT)
BẠN NÀO CẦN FILE CHẠY WINCC + PLC S7-300 CỦA
MÔ HÌNH LIÊN HỆ MAIL MÌNH, HOẶC SỐ ĐIỆN THOAI:
Mail:
Phone: 0973.652.625
LỚP: …………………
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN
………………………… 1. ……………
MSSV
2.
MSSV
3.
MỤC LỤC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 1
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG 1
1.1.1. Nguồn gốc 1
1.1.2. Phân loại 1
1.2. CẤU TẠO CỦA QUẢ CÀ PHÊ 2
1.2.1. Cấu tạo 2
1.2.2. Thành phần hóa học 2
1.3. ẢNH HƯỞNG CỦA CÀ PHÊ 4
1.4. THU HÁI QUẢ CÀ PHÊ TƯƠI 5
CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CHẾ BIẾN CÀ PHÊ BỘT 6
2.1. QUY TRÌNH CHẾ BIẾN 6
2.2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH 6
2.2.1. Nguyên liệu 7
2.2.2. Rang 7

2.2.3. Nghiền 9
2.2.4. Đóng gói 10
2.2.5. Loadcell (Cảm biến cân trọng lượng) 10
2.2.6. Cảm biến nhiệt độ 11
2.3. Tìm hiểu về WinCC flexible 12
2.3.1. Khái quát chung 12
3.3.2. Điều khiển và giám sát trong WinCC flexible 12
2.3.2. Một số Tab cơ bản trong WinCC flexible 14
2.4. PLC S7-300 17
2.4.1. Khái niệm chung 17
2.4.2. Đặc điểm và vai trò của PLC 17
2.4.3. cấu trúc cơ bản PLC 18
2.4.4. Thiết bị điều khiển logic khả trình simatic S7-300 19
2.4.4.1.Cấu hình cứng 19
2.4.5. Phần mềm lập trình cho S7-200 24
CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ LẬP TRÌNH PLC S7-300 32
3.1. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 32
3.1.1. Sơ đồ khối hệ thống 32
3.1.2. Giải thích sơ đồ 33
3.2. ĐẦU VÀO/RA PLC 34
3.2.1. Đầu vào/ra thực tế 34
3.2.2. Thống kê các miền nhớ 34
3.3. KÊT NỐI VÀO RA PLC 35
3.4. LẬP TRÌNH TRONG PLC S7-300 39
3.5. GIÁM SÁT BẰNG WINCC FLEXIBLE 39
LỜI GIỚI THIỆU
Cà phê là một loại nước uống có từ rất lâu đời và được ưa chuộng đến ngày hôm
nay. Cà phê không chỉ chiếm lĩnh thị trường trong nước mà còn có mặt ở các thị
trường lớn như: Mỹ, Đức, Pháp, Ý…góp phần giải quyết việc làm và đem lại hiệu
quả kinh tế.

Cà phê (café: tiếng pháp) là một loại thức uống màu đen có chứa caffein và được
sản xuất từ những hạt cà phê rang lên. Cà phê được xem là một loại hàng vị giác
có hương vị phong phú, tạo cảm giác sảng khoái, hưng phấn cho người dùng và
đặc biệt dễ tạo thành thói quen (còn gọi là “nghiện”).
Tuy nhiên sau quá trình thu hoạch nếu không bảo quản hợp lí thì cà phê dễ bị tổn
thất về khối lượng và chất lượng. Một giải pháp là chế biến thành cà phê nhân để
làm nguồn nguyên liệu cho việc chế biến tiếp theo: cà phê hòa tan, cà phê không
hòa tan…mang những hương vị đặc trưng riêng.
Đó là lí do nhóm chúng em chọn đề tài “CÀ PHÊ KHÔNG HÒA TAN”.
1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.1. Nguồn gốc
Cà phê được sử dụng lần đầu tiên vào thế kỉ thứ 9, khi nó được khám phá ra từ
vùng cao nguyên Ethiopia. Cho tới khi Crit-Tôp-Cô-Lông và các nhà thám hiểm
khác tìm ra Châu Mỹ vào năm 1496 thì loài người mới biết đến quê hương thứ
hai của cà phê là ở Nam Mỹ trên đất nước Braxin rộng lớn. Từ thế giới Hồi giáo,
cà phê đến Ý, sau đó là phần còn lại của Châu Âu, Indonesia và Mĩ. Hiện nay cà
phê được trồng ở khắp mọi nơi.
1.1.2. Phân loại
a. Cà phê chè (coffee Arabical)
Đây là cà phê được trồng lâu đời nhất và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới vì thơm
ngon, dịu (chiếm 70% sản lượng cà phê trên thế giới). Hàm lượng cafein trung
bình 1.3%. Nguồn gốc ở cao nguyên Jimma, thuộc nước Etiopia, vùng nhiệt đới
ở phía Châu Phi.
Cây thuộc dạng bụi thân cao 3-4m, cành đối xứng, mềm, rủ xuống. Lá mọc đối
xứng hình trứng dài, đầu nhọn, rìa lá quăn, xanh đậm. Quả cà phê thuộc loại quả
thịt, hình trứng, khi chín có màu đỏ tươi, dài 10-18mm, rộng 8-12mm. Hạt cà phê
hình tròn dẹt, có màu xanh xám, xanh lục (tùy theo giống và điều kiện bảo quản).
Cây cà phê chè có đặc tính tự thụ phấn nên có độ thuần chủng cao hơn các loại

cà phê khác.
Cây cà phê chè ưa nơi mát và hơi lạnh. Nhiệt độ thích hợp 18-25
0
C, tốt nhất là
10-20
0
C. Do yêu cầu như vậy nên cà phê thường được trồng ở miền núi có độ
cao 600-2500m.
b. Cà phê vối (Coffe canephora)
Nguồn gốc ở khu vực Công-Gô, miền núi thấp xích đạo và nhiệt đới Tây Châu
Phi, có rất nhiều chủng loại khác nhau về kích thước, độ gợn sóng của phiến lá,
hình dạng quả…Cà phê vối có hàm lượng cafein trong hạt chiếm 1,79-3,06%
(cao nhất trong ba loại cà phê).
Cây có một hoặc nhiều thân, cao 8-12m, cành dài rủ xuống. Lá hình trứng hoặc
hình lưỡi mác, mũi nhọn, phiến lá gợn sóng mạnh. Quả hình trứng, núm quả nhỏ,
trên quả thường có nhiều gân dọc, quả chín có màu đỏ hoặc hồng. Kích thước hạt
thường nhỏ hơn cà phê chè, hạt có dạng hình tròn, dày, màu xanh bạc, xanh lục
(tùy chủng loại và cách chế biến). Tỉ lệ nhân trên quả cao hơn cà phê chè.
2
Cà phê vối không tự thụ phấn được. Thích hợp với khí hậu nóng ẩm, nhiệt độ 24-
26
0
C.
c. Cà phê mít (Coffee excelsa)
Xuất xứ ở Ubangui-Chari, sa mạc Sahara (thường gọi là cà phê sari).
Hàm lượng cafein trong hạt 1,02-1,15%. Cây cao 6-15m. Quả hình trứng, hơi
dẹt, núm quả lồi. Quả to khi chín có màu đỏ sẫm, hạt màu xanh ngả vàng, vỏ lụa
bám chặt vào hạt làm khó tróc hạt. Cà phê mít có vị chua, chất lượng nước uống
ít được ưa chuộng.
1.2. CẤU TẠO CỦA QUẢ CÀ PHÊ

1.2.1. Cấu tạo
Quả cà phê gồm những phần sau (đi từ vỏ vào nhân).
- Lớp vỏ quả: Là lớp vỏ ngoài cùng mềm mỏng, có màu xanh hoặc đỏ. Vỏ của cà
phê chè mềm hơn cà phê vối và cà phê mít.
- Lớp vỏ thịt: Nằm dưới lớp vỏ quả. Vỏ thịt cà phê chè mềm, chứa nhiều chất
ngọt dễ xay xát hơn. Vỏ thịt cà phê mít cứng và dày hơn.
- Lớp vỏ trấu: Cứng, chứa nhiều chất xơ bao bọc xung quanh nhân. Vỏ trấu của
cà phê chè mỏng, dễ đập hơn vỏ trấu cà phê mít và cà phê vối.
- Lớp vỏ lụa: Là lớp vỏ mỏng nằm sát nhân cà phê, có màu sắc đặc tính khác
nhau tùy thuộc loại cà phê. Vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc rất mỏng và dễ
bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến. Vỏ lụa cà phê vôi màu nâu nhạt, vỏ lụa
cà phê mít màu vàng nhạt.
- Nhân cà phê: Nằm trong cùng. Lớp tế bào ngoài của nhân thì cứng và có những
tế bào nhỏ, trong có chất dầu. Một quả cà phê có thể có 1,2 hoặc 3 nhân. Thông
thường chỉ có 2 nhân.
1.2.2. Thành phần hóa học
Cà phê nhân dạng thương phẩm chứa: lipit, khoáng, lipit…Ngoài ra trong nhân
cà phê còn chứa một lượng đáng kể Vitamin thuộc nhóm B (như B
1
, B
2
, B
6
, B
12
),
các chất bay hơi và cấu tử gây mùi thơm.
a. Nước
Trong nhân cà phê đã sấy khô, nước còn lại 10-12% ở dạng liên kết. Khi hàm
lượng nước cao hơn, các loại nấm mốc phát triển làm mỏng hạt. Mặt khác, hàm

3
lượng nước cao sẽ làm tăng thể tích bảo quản kho, khó khăn trong quá trình rang,
tốn nhiều nguyên liệu và nhất là tổn thất hương cà phê. Hàm lương nước còn lại
trong cà phê sau khi rang là 2,7%.
b. Chất khoáng
Hàm lượng chất khoáng trong cà phê khoảng 3-5%, chủ yếu K, Nito, Mg, P, Cl.
Ngoài ra còn thấy Cu, Al, Fe, S…Những chất này ảnh hưởng không tốt đêna mùi
cà phê. Chất lượng cà phê cao khi có hàm lượng chất khoáng càng thấp và ngược
lại.
c. Gluxit
Chiếm khoảng ½ tổng số chất khô, đại bộ phận không tham gia vào thành phần
nước uống mà chỉ cho màu vị caramen. Đường có trong cà phê do trong quá trình
thủy phân dưới tác dụng của acid hữu cơ và enzyme thủy phân hàm lượng
saccharose có trong cà phê phụ thuộc vào mức độ chín: Quả càng chín hàm
lượng saccharose càng cao. Saccharose bị caramen hóa trong quá trình rang nên
tạo hương vị cho nước cà phê. Hạt cà phê còn chứa nhiều polysaccarit nhưng
phần lớn được loại ra ngoài bã cà phê sau quá trình trích ly.
d. Protein
Hàm lượng Protein trong cà phê không cao nhưng nó đóng vai trò trong việc
hình thành hương vị sản phẩm.
Bằng phương pháp thủy phân, người ta thấy trong thành phần của Protein của cà
phê có chứa những acid amin như sau: cystein, alanin, pheninalanine, histidin,
leusin, lysine…Các acid amin này ít thấy ở trạng thái tự do, chúng thường ở dạng
liên kết. Khi gia nhiệt, các mạch polypeptid bị phân cắt, acid amin được giải
phóng ra tác dụng với nhau hoặc tác dụng với chất tạo mùi vị cho cà phê rang.
Trong số các acid amin kể trên đáng chú ý nhất là những acid amin có chứa lưu
huỳnh như cystein, methionine và proline, chúng góp phần tạo nên hương vị đặc
trưng của cà phê sau khi rang. Đặc biệt methionine và proline có tác dụng làm
giảm oxy hóa các chất thơm, làm cho cà phê rang giữ được mùi vị khi bảo quản.
4

e. Lipit
Hạt cà phê chứa lượng Lipit khá lớn 10-13%. Lipit trong cà phê chủ yếu là dầu
và sáp. Trong đó sáp chiếm 7-85 tổng lượng lipit, còn dầu chiếm 90%.
Trong quá trình chế biến, lipit bị biến đổi (một phần acid béo tham gia phản ứng
dưới tác dụng của nhiệt độ cao tạo hương thơm cho sản phẩm), lượng lipit không
bị biến đổi là dung môi tốt hào tan chất thơm. Khi pha cà phê chỉ một lượng nhỏ
lipit đi vào trong nước, còn phần lớn lưu lại trên bã.
f. Các alkaloid
Trong cà phê có các ancaloid như cafein, trigonulin, colin. Trong đó quan trọng
là cafein và trigonulin.
Cafein (C
8
H
10
O
2
N
4
) chiếm từ 1-3% phụ thuộc vào chủng loại, điều kiện khí hậu,
điều kiện canh tác. Hàm lượng cafein thấp hơn trong chè nhưng nó kích thích hệ
thần kinh với thời gian dài hơn và khi uống cà phê tốc độ lưu thông máu không
tăng lên nên cafein thải ra ngoài chậm. Mặt khác khi pha trong nước, thì cafein
được giải phóng hoàn toàn ở trạng thái tự do.
Trigonulin (acid metyl betanicotic : C
7
H
7
NO
2
) dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nó

bị phân hủy thành acid nicotic (tiền vitamin pp).
g. Chất thơm
Trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, nó được hình thành và tích lũy trong hạt.
Sự tích lũy chịu nhiều yếu tố như đất đai, khí hậu và đặc biệt là chủng loại cà
phê. Mặt khác, nó được hình thành trong quá trình chế biến, đặc biệt trong quá
trình rang.
Chất thơm bao gồm nhiều cấu tử khác nhau : acid, andehit, ceton, rượu,
phenol Trong quá trình rang, các chất thơm thoát ra ban đầu có mùi hắt sau
chuyển thành mùi thơm. Các chất thơm của cà phê dễ bay hơi, biến đổi và dẫn
đến hiện tượng cà phê bị mất mùi thơm nên đựng trong bao bì kín và tiêu thụ
nhanh.
1.3. ẢNH HƯỞNG CỦA CÀ PHÊ
Cà phê từ lâu đã được biết đến với công dụng kích thích sự hưng phấn của thần
kinh dưới ảnh hưởng của caffein. Ngoài ra cà phê còn có tác dụng an thần.
Người ta đã chứng minh được rằng, nếu đi ngủ trong vòng 15 phút sau khi uống
cà phê thì giấc ngủ sẽ sâu hơn, bởi máu trong não được lưu thông tốt hơn.
Nhưng nếu tiếp tục chần chừ thì tác dụng này sẽ mất dần đi, và sau đó thì
5
caffein bắt đầu phát huy hiệu quả, chúng ta sẽ không ngủ được nữa. Phương
pháp an thần này đã được sử dụng ở nhiều bệnh viện, đặc biệt đối với các bệnh
nhân cao tuổi.
Bã cà phê còn là một chất rửa tay tuyệt vời. Ngoài ra, do bao gồm nhiều hạt nhỏ
và không bị bám dính nên người ta thường sử dụng bã cà phê để làm sạch những
vật dụng mà tay không thò vào được như chai lọ hay các ấm đun nước.
Tuy vậy loại đồ uống thơm ngon này cũng có thể có một vài tác dụng xấu đối
với sức khỏe.
- Nó làm tăng đột ngột lượng insulin trong máu, làm mất thăng bằng cơ thể cũng
như ảnh hưởng không tốt tới tuyến tụy. Đặc biệt đối với những người bị viêm
tụy thì việc sử dụng cà phê là điều cấm tuyệt đối.
- Những bệnh nhân bị bệnh tiểu đường cũng không nên dùng cà phê, hoặc nếu

có thì chỉ được dùng rất ít.
- Cà phê nếu dùng quá nhiều cũng có thể làm sưng màng nhầy ở dạ dày. Quan
niệm cho rằng uống cà phê với sữa sẽ làm giảm bớt nguy cơ này là hoàn toàn sai
lầm. Caffein sẽ hoà quyện với chất béo trong sữa và nhờ đó bám được ở màng
dạ dày trong thời gian lâu hơn.
1.4. THU HÁI QUẢ CÀ PHÊ TƯƠI
Yêu cầu đầu tiên đối với việc thu hái cà phê là hái đúng tầm chín. Để có cà phê
chất lượng cao nhất thiết phải có quả chín đỏ hay vừa chín, không hái quả xanh.
Không để quả chín nẫu hay khô trên cây. Nếu có lẫn những loại này thì cần bỏ
ra phơi riêng. Trong sản phẩm thu hoạch số quả chín hoặc vừa chín nhất là 95%.
Hái cà phê bằng cách dùng ngón tao bứt quả, không tuốt cành, không bứt cả
chùm đối với cà phê chè. Phải bảo vệ cành, lá, nụ tránh ảnh hưởng tới vụ sau.
Không để quả cà phê lẫn vào trong đất dễ bị nhiễm nấm bệnh.
Cà phê hái xong phải chế biến ngay. Nếu không kịp phải tãi quả cà phê trên nền
gạch thoáng mát, tầng không quá dày 30 – 40 cm. Không ủ đống cà phê làm cho
cà phê lên men. Không giữ cà phê hái về quá 24h.
Bao bì đựng sản phẩm cà phê quả tươi và phương tiện vận chuyển phải sạch,
không có mùi phân bón, mùi hoá chât…
6
CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CHẾ BIẾN CÀ PHÊ BỘT
2.1. QUY TRÌNH CHẾ BIẾN
NGUYÊN LIỆU
(Cà phê nhân)
RANG CÀ PHÊ
NHÂN
XAY CÀ PHÊ NHÂN
ĐÓNG GÓI CÀ PHÊ
BỘT
THÀNH PHẨM
Hình 2.1: Quy trình sản xuất cà phê bột

7
2.2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH
2.2.1. Nguyên liệu
Nguyên liệu là cà phê nhân (đã được loại bỏ các lớp vỏ bao quanh hạt cà phê).
Hiện nay có 2 phương pháp chế biến để sản xuất cà phê nhân:
- Chế biến khô: phơi quả cà phê đến độ khô nhất định rồi dùng máy xát loại bỏ
các lớp vỏ bao quanh nhân.
- Chế biến ướt: quả cà phê được sát tươi rồi đem phơi hoặc sấy đến độ ẩm nhất
định. Sau đó xay xát, loại bỏ vỏ trấu và vỏ lụa để tạo ra cà phê nhân.
Cà phê nhân có thành phầm hóa học phức tạp. Khi trái chín, cấu tử hạt có chứa
48-50% ẩm, thành phần chất béo cà phê chứa một loại dầu không khô và chất
sáp. Ngoài ra còn có một chất quan trọng là caffein (không màu, không mùi
nhưng có vị đắng). Trở nên khan khi đun nóng đến nhiệt độ 80-100
0
C, bắt đầu
thăng hoa ở nhiệt độ 120
0
C và thăng hoa hoàn toàn ở nhiệt độ 178
0
C. Điều này
có thể giải thích cho tổn thất caffein trong quá trình rang cà phê.
2.2.2. Rang
Rang là công đoạn xử lý nhiệt cho hạt cà phê ở nhiệt độ cao từ 190-240
0
C, nhằm
đạt được những biến đổi mong muốn về màu sắc và hương vị.
Trong thời kì đầu của công đoạn rang, nhiệt độ >100
0
C. Nhiệt độ làm bốc hơi
nước trong hạt từ 12% xuống còn khoảng 2% khi nhiệt độ đạt đến 150

0
C và sinh
ra các chất khí (CO
2
, CO, hơi nước ). Hạt cà phê trở nên giòn, trương nở 40-
100% về thể tích.
Trong khoảng nhiệt độ 180-200
0
C hạt bắt đầu được rang nức và mùi hương
được tạo ra. Thông thường cà phê rang ở 190-240
0
C trong vòng 15-25 phút, tổn
thất về khối lượng khi rang 16-18%.
Những biến đổi diễn ra trong quá trình rang như sau :
- Ngoài sự mất nước, sản sinh các chất khí, còn phát triển hương vị mà chúng
sẽ hòa tan trong khi pha chế.
- Các chất đường trong hạt bị caramen hóa một phần.
- Protein bị phân hủy một phần do nhiệt, hàm lượng cafein cũng bị biến đổi.
8
Thành phần trong hạt cà phê rang phụ thuộc vào giống, phương pháp chế biến và
cường độ rang. Có 3 phương pháp rang cà phê:
- Gia nhiệt trực tiếp: áp dụng từ lâu đời.
- Gia nhiệt gián tiếp: cần các thiết bị.
- Gia nhiệt theo ngun lí tầng sơi.
+ Thiết bị rang: Người ta tiến hành rang trong nhiều loại thiết bị có mức độ cơ
giới khác nhau, và dùng nhiều loại nhiên liệu khác nhau.
Người ta có thể rang trong thiết bị thùng đứng có trục khuấy hoặc tay đảo. Thiết
bị còn có ống lấy mẫu và cửa quan sát. Cà phê sau khi rang ua hệ thống làm
nguội bằng thùng hoặc bằng bao tải rải đều cà phê cho chóng nguội.
Có thể đốt bằng than, dầu hoặc hơi nóng ở vỏ nồi hoặc trục nồi.

Ngồi ra còn có những thiết bị rang hiện đại, tư động hóa dưới một áp suất lớn,
cho ta sản phẩm sau rang rất đều và hao hụt về hương thơm coi như được khống
chế tốt.
Hình 2-2: Thiết bị rang thùng quay liên tục
Thơng số cơng nghệ:
- Nhiệt độ của hạt cà phê nên nằm trong giới hạn 180-240
o
C.
- Thời gian rang được xác đònh theo mức độ rang mong muốn và nhiệt độ
thực hiện
- quá trình rang; không vượt quá 1 giờ.
- Quá trình làm nguội sẽ kết thúc khi nhiệt độ hạt bằng nhiệt độ môi trường.
9
2.2.3. Nghiền
Mục đích: tăng hoạt tính phản ứng của chất rắn, tạo ra bề mặt tiếp xúc của các
phần từ tiếp xúc lớn hơn để giải phóng CO
2
, tăng khả năng trích ly các hợp chất
có trong hạt.
Nhiệt độ nghiền khơng q cao <40
0
C để tránh phân hủy một số chất dinh
dưỡng và giữ hương chơ cà phê. Có thể sử dụng máy nghiền trục hoặc nghiền
đĩa.
Lưu ý: các hạt nghiền khơng q mịn, nếu khơng sẽ gây khó khăn cho q trình
lọc, ảnh hưởng đến hiệu suất và có thể gây tắc hệ thống lọc.
Thiết bị nghiền:
Thiết bò nghiền trong công nghiệp được thiết kế nhiều trục nghiền răng có tốc
độ quay khác nhau. Trên bề mặt các trục quay có tốc độ cao có các răng cưa
hình chữ U nằm nghiêng, còn trên bề mặt trục quay tốc độ thấp có các răng

cưa hình chữ U thẳng đứng. Hai trục quay với tốc độ khác nhau sẽ tạo thành
một cặp, giữa mỗi cặp sẽ có 1 khoảng cách thích hợp với mức độ nghiền. Đi
từ trên xuống dưới, mức độ nghiền sẽ đi từ thô sang tinh.
Hình 2-3: Thiết bị nghiền trục
Thơng số cơng nghệ:
- Độ ấm ngun liệu vào: 1-2%
- Kích thước hạt sau khi nghiền 1000μm
10
2.2.4. Đóng gói
Cà phê bột sau khi nghiền được chứa vào túi pe, đặt trong thùng thiết và đậy kín,
bảo quản trong phòng lạnh 18-20
0
C.
Trước khi đóng gói thành phẩm cần phải pha trộn các mẻ với nhau để tạo độ
đồng đều về phẩm chất, hương vị, tỷ trọng…và rây sàng để loại bỏ các cục vón.
Việc đóng gói thành phẩm trong môi trường khí trơ là cần thiết. Các khí trơ
thường dùng là cacbonddiooxit hoặc nitrogen hay hỗn hợp cả hai, để lượng
oxygen trong bao bì càng ít càng tốt <4%, tránh sự hút ẩm và giữ chất thơm.
2.2.5. Loadcell (Cảm biến cân trọng lượng)
Cấu tạo chính của loadcell gồm các điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4 kết nối
thành 1 cầu điện trở Wheatstone như hình dưới và được dán vào bề mặt của thân
loadcell.
Hình 2-4: Cấu tạo Loadcell
Một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell (2)góc (1) và (4) của
cầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc
khác. Tại trạng thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số
không hoặc gần bằng không khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị.
Đó là lý do tại sao cầu điện trở Wheatstone còn được gọi là một mạch cầu cân
bằng.
Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến

dạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các
sợi kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến một sự thay
đổi giá trị của các điện trở strain gauges. Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi
trong điện áp đầu ra. Sự thay đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó chỉ có thể được
11
đo và chuyển thành số sau khi đi qua bộ khuếch đại của các bộ chỉ thị cân điện tử
(đầu cân).
Hình 2-5: Một số loại Loadcell trên thực tế
2.2.6. Cảm biến nhiệt độ
a) Nhiệt điện trở với Platin và Nickel
*) Điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ
Được sử dụng các kim loại nguyên chất (Pt; Cu; Ni) với hệ số nhiệt điện trở càng
lớn càng tốt
Pt làm việc ở nhiệt độ 190
0
C đến 650
0
C
Cu làm việc ở nhiệt độ 50
0
C đến 150
0
C
Người ta kéo chúng thành sợi mảnh quấn trên khung chịu nhiệt rồi đặt vào hộp
vỏ đặc biệt và đưa ra 2 đầu để lấy tín hiệu với điện trở(R) chếtạo khoảng từ
10(Ω) đến 100(Ω). Trong đó R
0
là điện trở tại thời điểm ban đầu
Φ = 1/n.e.μ
Trong đó: n: Là số điện tửtựdo trong một đơn vịdiện tích

e: Là điện tích của điện tử tự do
μ: Là tính linh hoạt của điện tử, μ được đặc trưng bởi tốc độ của
điện tử trong từtrường).
12
*) Nhiệt điện trở Platin.
Platin là vật liệu cho nhiệt điện trở được dùng rộng dãi trong công nghiệp. Có 2
tiêu chuẩn đối với nhiệt điện trở platin, sự khác nhau giữa chúng nằm ở mức độ
tinh khiết của vật liệu. Hầu hết các quốc gia sử dụng tiêu chuẩn quốc tế DIN IEC
751 – 1983 (được sửa đổi lần thứ nhất vào năm 1986, lần thứ 2 vào năm 1995).
USA vẫn tiếp tục sử dụng tiêu chuẩn riêng.
Theo tiêu chuẩn DIN vật liệu Platin dùng làm nhiệt điện trở có pha tạp. Do đó
khi bịcác tạp chất khác thẩm thấu trong quá trình sử dụng sự thay đổi trị số điện
của nó ít hơn so với các Platin ròng, nhờthếsự ổn định lâu dài theo thời gian,
thích hợp hơn trong công nghiệp. Trong công nghiệp nhiệt điện trở Platin thường
dùng có đường kính 30 μm (so sánh với đường kính sợi tóc khoảng 100 (μm)
*) Nhiệt điện trở nickel.
Nhiệt điện trở nicken so sánh với Platin rẻ tiền hơn và có hệ số nhiệt độ lớn gần
gấp 2 lần (6,18.10
-3 0
C
-1
). Tuy nhiên dải đo chỉtừ-60
0
C đến +250
0
C, vì trên 350
0
C
nicken có sựthay đổi vềpha, cảm biến nicken 100 thường dùng trong công nghiệp
điều hoà nhiệt độ phòng.

*) Các cấu trúc của cảm biến nhiệt platin và nickel.
- Nhiệt điện trở với vỏ gốm: Sợi Platin được giữ chặt trong ống gốm sứ với bột
nhôm, dải đo từ – 200
0
C đến 800
0
C.
2.3. Tìm hiểu về WinCC flexible
2.3.1. Khái quát chung
WinCC Flexible là phần mềm chuyên dụng được dùng để cấu hình các hệ màn
hình HMI, OP/TP mới của Siemen và là công cụ thay cho Protool trước đây(Bản
cuối là Protool 6.0 SP3).
Là một trong những phiên bản WinCC được hãng Siemens phát triển, có thêm
một số chức năng mới so với các bản WinCC thông thường như 5.0, 6.0 … Các
phiên bản Wincc flexible gồm Wincc flexible 2007, Wincc flexible 2008 SP1,
Wincc flexible SP2, Wincc flexible SP3.
3.3.2. Điều khiển và giám sát trong WinCC flexible
Việc điều khiển và giám sát các hoạt động tự động trong công nghiệp trên phần
mềm WinCC flexible được thực hiện thông qua PLC. PLC sẽ thu thập dữ liệu và
đưa đến các loại màn hình HMI sử dụng hoặc Runtime trên máy tính.
Để thực hiện một dự án trên WinCC flexible cần thực hiện các bước sau:
13
Bước 1: Khởi động WinCC flexible
Sau khi đã cài đặt phần mềm WinCC flexible, khi khởi tạo một dự án mới phần
mềm sẽ có giao diện như sau:
Hình 3.3: Tạo một dự án mới trong WinCC flexible
Bước 2: Khởi tạo dự án mới trên WinCC flexible
Trên giao diện chính của WinCC flexible chọn Create an empty project, khi đó
trên màn hình sẽ xuất hiện bảng các lựa chọn các loại màn hình sử dụng, tuỳ vào
yêu cầu thực thế có thể chọn các loại màn hình HMI hoặc chạy Runtime trên

máy tính, nếu Runtime trên máy tính ta chọn WinCC flexible Runtime như hình
dưới.
Hình 3.3: Tạo một dự án mới trong WinCC flexible
14
Bước 3: Kết nối WinCC flexible với PLC
Vào mục Conections trong phần mềm để thực hiện kết nối, tuỳ vào các loại thiết
bị điều khiển(cụ thể là PLC) mà chọn các kiểu kết nối khác nhau.
Cột Name: là cột tên kết nối, tuỳ vào mỗi bài toán mà có thể đặt tên khác nhau.
Cột Communicaton driver: Cột này tuỳ chọn loại thiết bị kết nối giữa WinCC
flexible với PLC, trong đề tài này chọn OPC.
Cột Online: Biểu diễn trạng thái làm việc, ở chế độ làm việc bình thường chọn
là “on”.
Cột Comment: Biểu thị lời giải thích hay bình luận.
Mục Device OPC server: chọn thiết bị kết nối, đối với PLC S7-200 chọn S7200
OPCServer.
Hình 3.5: Các loại kết nối hỗ trợ trong phần mềm
Bước 4: Tạo và hiệu chỉnh giao diện của quá trình.
Các giao diện trong wincc rất đa dạng với nhiều thể loại khác nhau, tuỳ vào các
bài toán cụ thể mà ta lựa chọn các hình ảnh trong thư viện hoặc các hình ảnh tự
tạo.
Bước 5: Thực hiện chạy Runtime.
Sau khi đã hoàn thiện xong giao diện trên screen thì thực hiện chạy Runtime, có
2 kiểu chạy Runtime: Runtime khi đã kết nối với PLC(Runtime system) hoặc
Runtime từng đối tượng trên Screen(Runtime system with simulation).
2.3.2. Một số Tab cơ bản trong WinCC flexible
2.3.2.1. Nút ấn (Button)
Chức năng Button hầu hết được sử dụng trong tất cả các hệ thống điều khiển
giám sát.
15
Nội dung chính của Tab nút ấn được thể hiện trong mục Events. Thông thường ta

chọn 2 chế độ là Press(nhấn) và Release(thả). Ở chế độ Press chọn là Setbit và
chế độ Release chọn là Resetbit nếu là nút ấn thường mở và ngược lại nếu là nút
ấn thường đóng.
2.3.2.2. I/O field
Là mục nhập và xuất dữ liệu bằng các con số, giao diện như sau:
Mode: Gồm 2 chế độ Input/output, nếu chọn xuất dữ liệu để giám sát thì chọn
chế độ Output, nếu chọn nhập dữ liệu từ màn hình thì chọn Input hoặc
Input/Output nếu chọn 2 chế độ nhập và xuất.
Tag: Kết nối tag cần nhập hoặc xuất dữ liệu đã khai báo trong phần tags
Fomat type: Kểu dữ liệu
Fomat pattern: Định dạng kiểu hiển thị, số nguyên hoặc số thực
16
2.3.2.3. Đèn báo hiệu
Đèn báo hiệu có thể tạo bằng Cycle hoặc Elip trên WinCC flexible, giả sử ở đây
tạo bằng hình tròn(Cycle), giao diện như sau:
Có thể thay đổi hiệu ứng của đối tượng bằng cách đặt thông số tại cột Value, nếu
chọn Type là Bit thì có 2 chế độ 0 và 1, ngoài ra còn có chế độ Integer hoặc
Binary. Việc thay đổi giao diện(màu) đối tượng được thực hiện ở mục: Value,
Foreground color, Background Color và Flashing. Tương ứng với các lựa chọn
trong các chế độ khác nhau sẽ có các giao diện khác nhau cho đối tượng.
2.3.2.4. Trend view
Chức năng đồ thị trong wincc flexible biểu thị trạng thái của đối tượng dưới dạng
đồ thị, được thể hiện bằng đường dịch chuyển hoặc điểm dịch chuyển. Trạng thái
sẽ được cập nhật trong khoảng thời gian đặt trước, giao diện trend view như sau:
17
2.4. PLC S7-300
2.4.1. Khái niệm chung
PLC viết tắt của Progammble Logic Control, là thiết bị lập trình được, cho phép
thực hiện linh hoạt các phép toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình.
Nó đươc thiết kế chuyên dụng trong công nghiệp để điều khiển các quá trình từ

đơn giản đến phức tạp và tuỳ thuộc vào người sử dụng mà nó có thể thực hiện
hàng loạt các chương trình.
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC hiện nay có ứng dụng rất rộng rãi nó có
thể thay thế được cả một mảng rơle, hơn thế nữa PLC giống như một máy tính
nên có thể lập trình được. Chương trình của PLC có thể thay đổi rất dễ dàng, các
chương trình con cũng có thể sửa đổi nhanh chóng.
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC đáp ứng được hầu hết các yêu cầu và như
là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công
nghiệp. Trước đây thì việc tự động hoá chỉ được áp dụng trong sản xuất hàng loạt
năng suất cao. Hiện nay cần thiết phải tự động hoá cả trong sản xuất nhiều loại
khác nhau để nâng cao năng suất và chất lượng.
2.4.2. Đặc điểm và vai trò của PLC
PLC có những đặc điểm sau:
- Thiết bị trống nhiễu.
- Có thể kết nối thêm các modul để mở rộng ngõ vào /ra .
- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu .
- Dễ dàng thay đổi chương thình điều khiển bằng máy lập thình hoặc máy
tính cá nhân.
- Độ tin cậy cao, kích thước quá nhỏ.
- Bảo trì dễ dàng.
Vai trò của PLC:
Từ những đặc điểm của plc ta thấy vai trò của nó rất quan trọng trong ngành tự
động hoá nói riêng và ngành công nghiệp nói chung .
Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC được xem như là một bộ não của hệ
thống điều khiển với một chương trình ứng dụng đã được lưu ở bên trong bộ nhớ
của PLC, PLC luôn kiểm tra trạng trái của hệ thống bao gồm: Kiểm tra tín hiệu
phản hồi từ thiết bị nhập dựa vào chương trình logic để sử lý tín hiệu và mang
thiết bị điều khiển ra các thiết bị xuất.
PLC có đầy đủ các chức năng như: Bộ đếm, bộ định thời, các thanh ghi, bộ cộng
bộ trừ, bộ so sánh và các tập lệnh cho phép thực hiện các tín hiệu theo yêu cầu

điều khiển từ đơn giản đến phức tạp khác nhau. Hoạt động của plc hoàn toàn phụ
thuộc vào chương trình nằm trong bộ nhớ, nó luôn cập nhật tín hiệu gõ vào xử lý
tín hiệu để điều khiển ngõ ra.
Hình thức giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bị nhập là: nút ấn, cầu dao
Ngoài ra PLC còn nhận được tín hiệu từ các thiết bị nhận dạng tự động như:
Công tắc trạng thái, cảm biến quang điện Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải
là trạng thái Logic ON/OFF hoặc tín hiệu Analog. Những tín hiệu ngõ vào này
được giao tiếp với PLC qua các Modul nhập.
18
Trong một hệ thống tự động hoá, thiết bị xuất cũng là một yếu tố rất quan trọng.
Nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với thiết bị xuất thì hầu như hệ thống sẽ
bị tê liệt hoàn toàn. Các thiết bị xuất thông thường là: Động cơ, cuộn dây nam
châm, relay, còi báo Thông qua hoạt động của motor, các cuộn dây, PLC có thể
điều khiển một hệ thống từ đơn giản đến phức tạp.
Tuy nhiên các thiết bị xuất khác như là: Đèn, còi và các báo động sự cố chỉ cho
biết các mục đích như: Báo cho chúng ta biết giao diện tín hiệu ngõ vào, các thiết
bị ngõ ra được giao tiếp với PLC qua miền rộng của Modul ngõ ra PLC.
Ngày nay plc được đưa vào hệ thống điều khiển một các rộng rãi và trở lên thông
dụng để đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng. Các nhà sản xuất đưa ra thị trường
hàng loạt các loại PLC khác nhau với nhiều mức độ thực hiện chương trình, đủ
để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng.Vì vậy để đánh giá một PLC người ta dựa
vào 2 tiêu chuẩn sau :
Dung lượng bộ nhớ.
Số tiếp điểm vào/ra của PLC.
Bên cạnh đó cũng cần chú ý đến các chức năng như: Bộ vi sử lý, chu kì xung
clock, ngôn ngữ lập trình, khả năng mở rộng số ngõ vào/ra.
2.4.3. cấu trúc cơ bản PLC
Hình 3.1 . Sơ đồ cấu trúc
CPU
Chế tạo dựa trên công nghệ vi sử lý, nó có các bộ như: Bộ thuật toán và logic

(ALU) chịu trách nhiệm xử lý giữ liệu thưc hiện các phép toán số học (cộng trừ)
và các phép toán logic: AND, OR, NOT
Bộ nhớ (các thanh ghi). Bên trong bộ vi sử lý được sử dụng để lưu trữ thông tin
liên quan đến sự thực thi chương trình.
Memory
Trong hệ thống plc có nhiều loại bộ nhớ :
- Bộ nhớ địa chỉ (ROM) cung cấp dung lượng lưu trữ cho hệ điều hành và dữ liệu
cố định được cpu sử dụng.
- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho dữ liệu. Đây là nơi lưu trữ thông
tin theo trạng thái cua các thiết bị nhập xuất. Đặc điểm nội dung có thể đọc, ghi,
xoá, khi mất điện thông tin sẽ bị mất.
- Bộ nhớ nửa cố định:
+ EFPOM được dùng phổ biến do có thể xoá được và lập trình lại nhiều lần.Việc
xoá và lập trình lại cho EFROM phải được thực hiện trên các thiết bị riêng, mỗi
lần lập trình lại phải xoá toàn bộ các ô nhớ của EFROM.
Nguồn
CPU
Out put
modul
Memory
In put
modul
Link
19
+ EEFROM là loại có thể xoá và ghi bằng tín hiệu điện với mức điện áp thông
thường, ngoài ra EEFROM còn có thể xoá từng ô nhớ xác định mà không cần
nhấc ra khỏi mạch ứng dụng.
Input :
- Số lượng.
- Xoay chiều, một chiều

- Số
- Tương tự
Out put:
- Số lượng
- Tiếp điểm
- Số
- Tương tự
Ghép nối:
- Console
- Máy tính
- Phần mềm.
Bus :
- Bus địa chỉ.
- Bus dữ liệu.
- Bus hệ thống.
- Bus điều khiển.
2.4.4. Thiết bị điều khiển logic khả trình simatic S7-300
2.4.4.1.Cấu hình cứng
PLC S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau:
CPU các loại khác nhau: 312IFM, 312C, 313, 313C, 314, 314IFM,314C, 315,
315-2 DP, 316-2 DP, 318-2.
Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng /số: SM321, SM322, SM323,
SM331, SM332, SM334, SM338, SM374.
Module chức năng FM
Module truyền thông CP
Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác, dòng 2A, 5A,
10A.
Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365
Các module được gắn trên thanh rây như hình dưới, tối đa 8 module SM/FM/CP
ở bên phải CPU, tạo thành một rack, kết nối với nhau qua bus connector gắn ở

mặt sau của module . Mỗi module được gán một số slot tính từ trái sang phải,
module nguồn là slot 1, module CPU slot 2, module kế mang số 4…
20
Nếu có nhiều module thì bố trí thành nhiều rack (trừ CPU312IFM và
CPU313 chỉ có một rack), CPU ở rack 0, slot 2, kế đó là module phát IM360,
slot 3, có nhiệm vụ kết nối rack 0 với các rack 1, 2, 3, trên mỗi rack này có
module kết nối thu IM361, bên phải mỗi module IM là các module SM/FM/CP.
Cáp nối hai module IM dài tối đa 10m. Các module được đánh số theo slot và
dùng làm cơ sở để đặt địa chỉ đầu cho các module ngõ vào ra tín hiệu. Đối với
CPU 315-2DP, 316-2DP, 318-2 có thể gán địa chỉ tùy ý cho các module.
21
Mỗi địa chỉ tương ứng với một byte. Với các module số địa chỉ một ngõ vào hay
ra là x.y, x là địa chỉ byte, y có giá trị từ 0 đến 7. Ví dụ module SM321 DI 32 có
32 ngõ vào gắn kế CPU slot 4 có địa chỉ là I0.y, I1.y, I2.y, I3.y, I là ký hiệu chỉ
ngõ vào số. Module analog có địa chỉ theo word, ví dụ module SM332 AO4 có 4
ngõ ra analog gắn ở slot 5 rack 1 có địa chỉ PQW400, PQW402, PQW404,
PQW406, ngõ ra số có ký hiệu là Q còn ngõ vào analog ký hiệu là PIW.
Các CPU 312IFM, 314 IFM, 31xC có tích hợp sẵn một số module mở rộng:
CPU 312IFM, 312C: 10 ngõ vào số địa chỉ I124.0 …I124.7, I125.1; 6 ngõ ra số
Q124.0…Q124.5.
CPU 313C: 24 DI I124.0 126.7, 16DO Q124.0 125.7, 5 ngõ vào tương đồng AI
địa chỉ 752 761, hai ngõ ra AO 752 755
CPU 314IFM: 20 ngõ vào số I124.0 … I126.3; 16 ngõ ra số Q124.0 …Q125.7; 4
ngõ vào tương đồng PIW128, PIW130, PIW132, PIW134; một ngõ ra tương
đồng PQW128.
MODULE CPU
Các module CPU khác nhau theo hình dạng chức năng, vận tốc xử lý lệnh. Loại
312IFM, 314IFM không có thẻ nhớ. Loại 312IFM, 313 không có pin nuôi. Loại
315-2DP, 316-2DP, 318-2 có cổng truyền thông DP. Các đèn báo có ý nghĩa sau:
SF (đỏ) lỗi phần cứng hay mềm,

BATF (đỏ) lỗi pin nuôi,
DC5V (lá cây) nguồn 5V bình thường,
FRCE (vàng ) force request tích cực
RUN (lá cây) CPU mode RUN ; LED chớp lúc start-up w. 1 Hz; mode
HALT w. 0.5 Hz
STOP mode (vàng) CPU mode STOP hay HALT hay start-up; LED chớp
khi memory reset request
BUSF (đỏ) lỗi phần cứng hay phần mềm ở giao diện PROFIBUS
Khóa mode có 4 vị trí:
RUN-P chế độ lập trình và chạy
RUN chế độ chạy chương trình
STOP ngừng chạy chương trình
MRES reset bộ nhớ
Thẻ nhớ có thể có dung lượng từ 16KB đến 4MB, chứa chương trình từ PLC
chuyển qua và chuyển chương trình ngược trở lại cho CPU.
22
Pin nuôi giúp nuôi chương trình và dữ liệu khi bị mất nguồn (tối đa 1 năm),
ngoài ra còn nuôi đồng hồ thời gian thực. Với loại CPU không có pin nuôi thi
cũng có một phần vùng nhớ được duy trì.
Thông qua cổng truyền thông MPI (MultiPoint Interface) có thể nối: máy tính lập
trình, màn hình OP (Operator panel), các PLC có cổng MPI (S7-300, M7-300,
S7-400, M7-400, C7-6xx), S7-200, vận tốc truyền đến 187.5kbps (12Mbps với
CPU 318-2, 10.2 kbps với S7-200). Cổng Profibus–DP nối các thiết bị trên theo
mạng Profibus với vận tốc truyền lên đến 12Mbps.
Các vùng nhớ của PLC
Vùng nhớ chương trình (load memory) chứa chương trình người dùng (không
chứa địa chỉ ký hiệu và chú thích) có thể là RAM hay EEPROM trong CPU hay
trên trên thẻ nhớ.
Vùng nhớ làm việc (working memory) là RAM, chứa chương trình do vùng nhớ
chương trình chuyển qua; chỉ các phần chương trình cần thiết mới được chuyển

qua, phần nào không cần ở lại vùng nhớ chương trình , ví dụ block header, data
block
Vùng nhớ hệ thống (system memory) phục vụ cho chương trình người dùng,
bao gồm timer , counter, vùng nhớ dữ liệu M, bộ nhớ đệm xuất nhập…
Trên CPU 312IFM và 314 IFM vùng nhớ chương trình là RAM và EEPROM;
các CPU khác có pin nuôi, vùng nhớ chương trình là RAM và thẻ nhớ. Khi mất
nguồn hay ở chế độ MRES ( reset bộ nhớ) RAM sẽ bị xóa. Một số vùng nhớ của
RAM ( timer, counter, vùng nhớ M, khối dữ liệu ) có thể khai báo là lưu giữ
(retentive) bằng phần mềm S7 để chuyển các vùng này sang bộ nhớ lưu giữ
(NVRAM non volative ) dù không có pin nuôi, kích thước cụ thể tùy loại CPU.