Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát trên nền wincc và PLC s7 300 cho quá trình cấp liệu nhà máy bia

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
====o0o====

LUẬN VĂN
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRÊN
NỀN WINCC VÀ PLC S7-300 CHO QUÁ TRÌNH CẤP LIỆU
NHÀ MÁY BIA

Giáo viên hướng dẫn
Học viên
Chuyên ngành
Lớp
MSHV

: GS.TS. Phan Xuân Minh
: Phạm Thanh Tùng
: Điều khiển và Tự động hóa
: 11BĐKTĐ
: CB110345

Hà Nội, 09-2013


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là

: Phạm Thanh Tùng

Sinh ngày

: 04/10/1978

Học viên lớp

: 11BĐKTĐ

Khóa

: 2011B

Ngành

: Điều khiển và tự động hóa

Trường

: Đại học Bách khoa Hà Nội

Tôi xin cam đoan đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát trên nền
WinCC và PLC S7-300 cho quá trình cấp liệu nhà máy bia” do GS.TS Phan
Xuân Minh hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Ngoài các tài liệu tham khảo đã đưa ra ở cuối luận văn, tôi đảm bảo không
sao chép các công trình hoặc kết quả của người khác. Nếu phát hiện có sự sai
phạm với điều cam kết trên tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Học viên

Phạm Thanh Tùng

Phạm Thanh Tùng – CB110345

MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Danh mục các bảng biểu………………………………………………………….....3
Danh mục các hình vẽ……………………………………………………………….4
MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………….5
Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO QUÁ TRÌNH
CẤP LIỆU NHÀ MÁY BIA……………………………………………………….7
1.1 Giới thiệu về hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia……………7
1.1.1 Dây chuyền cấp liệu…………………………………………………………...7
1.1.2 Hệ thống điều khiển cho quá trình cấp liệu nhà máy bia……………………...8
1.2 Yêu cầu công nghệ của hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia…9
1.2.1 Yêu cầu công nghệ chế độ vận hành bằng tay…………………………………9
1.2.1.1 Điều khiển nhập nguyên liệu………………………………………………...9
1.2.1.2 Điều khiển xuất nguyên liệu………………………………………………..14
1.2.2 Yêu cầu công nghệ chế độ vận hành tự động………………………………...17
1.3 Phát biểu bài toán điều khiển và giám sát cho dây chuyền cấp liệu nhà máy bia18
1.3.1 Bài toán điều khiển…………………………………………..………………18
1.3.1.1 Chế độ điều khiển bằng tay……………..………………………………….18
1.3.1.2 Chế độ điều khiển tự động…………………………………………………19
1.3.2 Bài toán giám sát……………………………………………………………..19
Chƣơng 2 - THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ………..……………….21
2.1 Thiết kế tổng quan hệ thống……………………………...…………………….21
2.2 Thiết bị quá trình……………………………………………………………….21
2.2.1 Động cơ truyền động cho các băng tải……………………………………….21
2.2.2 Van nhập và xuất liệu………………………………………………………...23
2.3 Thiết bị cảm biến……………………………………………………………….25

2.3.1 Cảm biến cảm ứng từ…………………………………………………………25

1


Phạm Thanh Tùng – CB110345

2.3.1 Cảm biến đo khối lượng malt trong silo………………….…………………..26
2.4 Lựa chọn giải pháp phần cứng……………………………….…………………26
2.4.1 Lựa chọn PLC……………………………………………….………………..26
2.4.2 Lựa chọn máy tính PC………………………………………………………..28
2.4.3 Lựa chọn giao tiếp PC-PLC…………………………………………………..30
2.5 Bảng ghép nối các phần tử vào/ra……………………………………………...32
2.6 Thiết kế chương trình điều khiển………………………………………………44
2.6.1. Chương trình OB1…………………………………………………………...44
2.6.2 Chương trình FC1…………………………………………………………….46
2.6.3 Chương trinh FC2…………………………………………………………….47
2.6.4 Chương trình FC3…………………………………………………………….52
Chƣơng 3 - XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRÊN NỀN
WINCC CHO QUÁ TRÌNH CẤP LIỆU NHÀ MÁY BIA……………………..56
3.1. Giới thiệu………………………………………………………………………56
3.2. Xây dựng phần mềm điều khiển giám sát sử dụng WinCC…………………...56
3.2.1 Khởi động WinCC……………………………………………………………56
3.2.2 Tạo một dự án mới…………………………………………………………...57
3.2.3 Tạo biến giao tiếp với PLC để điều khiển, giám sát cho dây chuyền cấp liệu.58
3.2.4 Thiết kế giao diện điều khiển cho dây chuyền cấp liệu………………………68
3.2.5 Thiết lập các nút ấn điều khiển trên cho giao diện điều khiển chính và giao
diện điều khiển các silo…………………………………………………………….71
3.2.6 Giám sát các băng tải hoạt động và cảnh báo quá tải động cơ……………….77
3.2.7 Giao diện điều khiển và giám sát của dây chuyền cấp liệu nhà máy bia……..80

3.2.8 Lưu trữ và hiển thị thông tin lượng malt trong các silo………………………82
KÊT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………………...87
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….88
PHỤ LỤC CÁC BẢN VẼ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN……………………89

2


Phạm Thanh Tùng – CB110345

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Bảng thông số động cơ truyền động cho các băng tải và gầu tải……..…22
Bảng 2.2. Bảng yêu cầu cấu hình của máy tính PC………………………………...28
Bảng 2.3 Bảng ghép nối các phần tử vào/ra cho PLC……………………………...32

3


Phạm Thanh Tùng – CB110345

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Dây chuyền cấp liệu nhà máy bia………………………………………….7
Hình 1.2 Tủ điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia…………………………...8
Hình 1.3 Màn hình điều khiển giám sát trong chế độ vận hành tự động…………...17
Hình 2.1 Tổng quan hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia……….21
Hình 2.2 Biến tần họ SK của hãng Control Techniques……………………………24
Hình 2.3 Cảm biến từ tiệm cận E2E-X5F1…………………………………...……25
Hình 2.4 Cảm biến FMP40…………………………………………………………26
Hình 2.5 Bộ điều khiển PLC S7-300……………………………………………….27
Hình 2.6 Kiểu truyền thông MPI…………………………………………………...31

Hình 2.7 Cáp truyền thông PC-PLC………………………………………………..31

4


Phạm Thanh Tùng – CB110345

MỞ ĐẦU
Trong thời đại ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học
công nghệ, các hệ thống tự động hóa đóng vai trò quan trọng trong các dây chuyền
sản xuất công nghiệp. Hiện nay nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện
đại hóa nên việc áp dụng các hệ thống tự động hóa vào sản xuất càng trở nên cấp
thiết. Việc ứng dụng và phát triển các thành quả khoa học kỹ thuật vào trong sản
xuất nhằm đem lại năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt là vô cùng quan trọng.
Chính vì vậy tác giả đã chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát
trên nền WinCC và PLC S7-300 cho quá trình cấp liệu nhà máy bia” với mục
đích nâng cao mức độ tự động hoá của dây chuyền cấp liệu trong quá trình sản xuất
bia giúp giảm chi phí vận hành, sửa chữa và giảm thiểu các sai sót do người vận
hành gây ra góp phần nâng cao năng suất lao động cũng như chất lượng sản phẩm.
Toàn bộ quy trình công nghệ của quá trình cấp liệu nhà máy bia trước khi đưa
vào xử lý sẽ được điều khiển và giám sát trên màn hình máy tính, cho phép người
vận hành ngoài điều khiển trên tủ điều khiển còn có thể vận hành tự động từ máy
tính trung tâm. Các thông tin của quá trình cũng được hiển thị và lưu trữ thuận tiện
cho việc theo dõi và xử lý.
Luận văn được phát triển dựa trên hệ thống dây chuyền cấp liệu của công ty cổ
phần rượu bia nước giải khát Hà nội HABECO với các thiết bị sẵn có như các cơ
cấu chấp hành, cảm biến và bộ điều khiển trung tâm. Luận văn cũng sử dụng phần
mềm WinCC của hãng SIEMENS.
Nội dung luận văn bao gồm các phần sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống điều khiển cho quá trình cấp liệu nhà máy

bia.
Chương 2: Thiết kế hệ thống tự động hoá.
Chương 3: Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát trên nền WinCC cho quá
trình cấp liệu nhà máy bia.

5


Phạm Thanh Tùng – CB110345

Sau một thời gian làm việc, nghiên cứu với sự nỗ lực của bản thân, đặc biệt là
sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của GS. TS. Phan Xuân Minh tác giả đã hoàn thành
luận văn này. Do kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi
những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của bạn bè và quý
thầy cô để luận văn được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày … tháng… năm 2013
Học viên

Phạm Thanh Tùng

6


Phạm Thanh Tùng – CB110345

CHƢƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO
QUÁ TRÌNH CẤP LIỆU NHÀ MÁY BIA
1.1 Giới thiệu về hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia
1.1.1 Dây chuyền câp liệu

Dây chuyền cấp liệu nhà máy bia bao gồm 9 băng tải và 8 xy lô để chứa
nguyên liệu.

Hình 1.1: Dây chuyền cấp liệu nhà máy bia
Nguyên liệu Malt từ xe chở được nhập vào phễu chứa (đổ thủ công). Từ đây,
gạo được vận chuyển từ băng tải số 1 chuyển sang gầu tải để đưa lên băng tải xích
số 2 cho quá trình nhập liệu. Từ băng tải xích số 2 malt có thể chảy xuống các băng
tải 3, 4, 5, 6 qua hệ thống các van vào băng tải tương ứng. Từ các băng tải xích 3, 4,
5, 6, malt được đưa vào các silo chứa qua các van vào silo.

7


Phạm Thanh Tùng – CB110345

Malt cũng có thể xuất ra để cung cấp cho khu vực nhà xử lý nguyên liệu qua hệ
thống van và băng tải xuất nguyên liệu. Nếu muốn xuất malt từ silo nào thì van xuất
ở silo đó sẽ mở cho malt chảy xuống băng tải số 7 hoặc số 8, malt từ băng tải số 7
hoặc số 8 sẽ chảy xuống băng tải số 9 và đi vào nhà xử lý nguyên liệu

1.1.2 Hệ thống điều khiển cho quá trình cấp liệu nhà máy bia
Hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia được điều khiển bằng
một tủ điều khiển trung tâm sử dụng PLC S7-300.

Hình 1.2: Tủ điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia
Người vận hành tuỳ theo quy trình nhập hay xuất nguyên liệu sẽ vận hành theo
đúng quy trình sử dụng các nút nhấn trên tủ điều khiển, nghĩa là nhấn nút mở van và
khởi động các băng tải tương ứng.

8

Phạm Thanh Tùng – CB110345

1.2 Yêu cầu công nghệ của hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà
máy bia
Hệ thống điều khiển dây chuyền phải được vận hành ở hai chế độ: Tự động và
bằng tay

1.2.1 Yêu cầu công nghệ chế độ vận hành bằng tay
Ở chế độ vận hành bằng tay người vận hành sẽ nhấn các nút ấn trên bảng điều
khiển để nhập hoặc xuất nguyên liệu. Trạng thái đóng/mở của các van, chạy/dừng
băng tải sẽ được hiển thị bằng đèn trên bảng điều khiển

1.2.1.1 Điều khiển nhập nguyên liệu
Trong quá trình nhập nguyên liệu chúng ta phải khởi động các thiết bị theo
chiều từ cuối dây chuyền đến đầu dây chuyền, quá trình dừng diễn ra ngược lại, tức
là dừng các thiết bị từ đầu dây chuyền tới cuối dây chuyền.
Sau đây là yêu cầu công nghệ cho quá trình nhập nguyên liệu của từng silo
Silo 1
+ Bắt đầu nhập silo 1
 Điều khiển mở van nhập silo 1 bằng nút nhấn, khi van đã mở hoàn
toàn đèn trên nút nhấn sáng.
 Điều khiển mở van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 3, khi van đã
mở hoàn toàn đèn trên nút nhấn sáng.
 Điều khiển chạy băng tải số 2 bằng nút nhấn, khi băng tải đã chạy
đèn trên nút nhấn sáng.
 Điều khiển chạy gầu tải, khi gầu tải đã chạy đèn trên nút nhấn sẽ
sáng.
 Điều khiển chạy băng tải số 1.

+ Dừng nhập silo 1
 Điều khiển dừng băng tải số 1, khi băng tải đã dừng đèn trên nút
nhấn tắt.
 Điều khiển dừng gầu tải bằng nút nhấn, khi gầu tải đã dừng đèn
trên nút nhấn tắt.
 Điều khiển dừng băng tải số 2.

9


Phạm Thanh Tùng – CB110345

 Điều khiển đóng van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 3, khi van
đã đóng đèn trên nút nhấn tắt
 Điều khiển đóng van nhập silo 1.
Silo 2
+ Bắt đầu nhập silo 2
 Điều khiển mở van nhập silo 2 bằng nút nhấn, khi van đã được mở
hoàn toàn đèn trên nút nhấn sáng.
 Điều khiển chạy băng tải số 3, khi băng tải đã chạy đèn nút nhấn sẽ
sáng.
 Điều khiển mở van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 3, khi van đã
mở đèn trên nút nhấn sáng.
 Điều khiển chạy băng tải số 2.
 Điều khiển chạy gầu tải.
 Điều khiển chạy băng tải số 1.
+ Dừng nhập silo 2
 Điều khiển dừng băng tải số 1.
 Điều khiển dừng gầu tải.
 Điều khiển dừng băng tải số 2.

 Điều khiển đóng van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 3.
 Điều khiển dừng băng tải số 3.
 Điều khiển đóng van nhập silo 2.
Silo 3
+ Bắt đầu nhập silo 3
 Điều khiển mở van nhập silo 3, khi van đã được mở hoàn toàn thì
đèn trên nút nhấn sáng.
 Điều khiển mở van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 4, khi van đã
mở hoàn toàn thì đèn trên nút nhấn sáng.
 Điều khiển chạy băng tải số 2, khi băng tải đã chạy thì đèn trên nút
nhấn sáng.
 Điều khiển chạy gầu tải, khi gầu tải đã chạy đèn trên nút nhấn
sáng.

10


Phạm Thanh Tùng – CB110345

 Chạy băng tải số 1.
+ Dừng nhập silo 3
 Điều khiển dừng băng tải số 1, khi băng tải đã dừng thì đèn trên
nút nhấn tắt.
 Điều khiển dừng gầu tải khi gầu tải đã dừng thì đèn trên nút nhấn
tắt
 Dừng băng tải số 2.
 Điều khiển đóng van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 4, khi van
đã đóng hoàn toàn thì đèn trên nút nhấn tắt
 Đóng van nhập silo 3
Silo 4

+ Bắt đầu nhập silo 4
 Điều khiển mở van nhập silo 4, khi van đã được mở hoàn toàn thì
đèn trên nút nhấn sáng.
 Điều khiển chạy băng tải số 4, khi băng tải đã chạy thì đèn trên nút
nhấn sáng.
 Điều khiển mở van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 4, khi van đã
mở hoàn toàn thì đèn trên nút nhấn sáng.
 Điều khiển chạy băng tải số 2.
 Chạy gầu tải.
 Chạy băng tải số 1.
+ Dừng nhập silo 4
 Dừng băng tải số 1.
 Dừng gầu tải.
 Dừng băng tải số 2.
 Đóng van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 4.
 Dừng băng tải số 4.
 Đóng van nhập silo 4
Silo 5
+ Bắt đầu nhập silo 5

11


Phạm Thanh Tùng – CB110345

 Điều khiển mở van nhập silo 5, khi van đã được mở hoàn toàn thì
đèn trên nút nhấn sáng.
 Điều khiển mở van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 5, khi van đã
mở hoàn toàn đèn trên nút nhấn sáng.
 Điều khiển chạy băng tải số 2, khi băng tải đã chạy thì đèn trên nút

nhấn sáng.
 Chạy gầu tải, khi gầu tải đã chạy thì đèn trên nút nhấn sáng.
 Chạy băng tải số 1.
+ Dừng nhập silo 5
 Dừng băng tải số 1, khi băng tải đã dừng thì đèn trên nút nhấn tắt.
 Dừng gầu tải khi gầu tải đã dừng đèn trên nút nhấn tắt
 Dừng băng tải số 2.
 Điều khiển đóng van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 5, khi van
đã đóng hoàn toàn đèn trên nút nhấn tắt.
 Đóng van nhập silo 5
Silo 6
+ Bắt đầu nhập silo 6
 Điều khiển mở van nhập silo 6, khi van đã mở hoàn toàn đèn trên
nút nhấn sáng.
 Điều khiển chạy băng tải số 5, khi băng tải đã chạy thì đèn nút
nhấn sáng.
 Mở van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 5, khi van đã mở hoàn
toàn thì đèn trên nút nhấn sáng.
 Chạy băng tải số 2.
 Chạy gầu tải.
 Chạy băng tải số 1.
+ Dừng nhập silo 6
 Dừng băng tải số 1.
 Dừng gầu tải.
 Dừng băng tải số 2.
 Đóng van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 5.
 Dừng băng tải số 5.

12

Phạm Thanh Tùng – CB110345

 Đóng van nhập silo 6
Silo 7
+ Bắt đầu nhập silo 7
 Điều khiển mở van nhập silo 7, khi van đã được mở hoàn toàn thì
đèn trên nút nhấn sáng.
 Mở van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 6, khi van đã được mở
hoàn toàn thì đèn trên nút nhấn sáng.
 Chạy băng tải số 2, khi băng tải đã chạy thì đèn trên nút nhấn sáng.
 Dừng gầu tải.
 Chạy băng tải số 1.
+ Dừng nhập silo 7
 Dừng băng tải số 1, khi băng tải đã dừng thì đèn trên nút nhấn tắt.
 Dừng gầu tải khi gầu tải đã dừng thì đèn trên nút nhấn tắt
 Dừng băng tải số 2.
 Đóng van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 6, khi van đã đóng thì
đèn trên nút nhấn tắt
 Đóng van nhập silo 7.
Silo 8
+ Bắt đầu nhập silo 8
 Điều khiển mở van nhập silo 8, khi van đã được mở hoàn toàn đèn
trên nút nhấn sáng.
 Chạy băng tải số 6.
 Điều khiển mở van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 6, khi van đã
mở đèn trên nút nhấn sáng.
 Chạy băng tải số 2.
 Chạy gầu tải.
 Chạy dừng băng tải số 1.

+ Dừng nhập silo 8
 Dừng băng tải số 1.
 Dừng gầu tải.
 Dừng băng tải số 2.

13


Phạm Thanh Tùng – CB110345

 Đóng van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 6.
 Dừng băng tải số 6.
 Đóng van nhập silo 8

1.2.1.2 Điều khiển xuất nguyên liệu
Trong quá trình điều khiển bằng tay cho phép xuất nguyên liệu trong các silo
từ silo 1 đến silo 8. Cụ thể quá trình xuất nhiên liệu trong từng silo như sau
Silo 1
+ Bắt đầu xuất nguyên liệu silo 1
 Chạy băng tải số 9.
 Chạy băng tải số 7.
 Mở van xuất silo 1.
+ Dừng xuất nguyên liệu silo 1
 Đóng van xuất silo 1.
 Dừng băng tải số 7.
 Dừng băng tải số 9.
Silo 2
+ Bắt đầu xuất nguyên liệu silo 2
 Chạy băng tải số 9.
 Chạy băng tải số 8.

 Mở van xuất silo 2.
+ Dừng xuất nguyên liệu silo 2
 Đóng van xuất silo 2
 Dừng băng tải số 8.
 Dừng băng tải số 9.
Silo 3
+ Bắt đầu xuất nguyên liệu silo 3

14


Phạm Thanh Tùng – CB110345

 Chạy băng tải số 9.
 Chạy băng tải số 7.
 Mở van xuất silo 3
+ Dừng xuất nguyên liệu silo 3
 Đóng van xuất silo 3
 Dừng băng tải số 7
 Dừng băng tải số 9
Silo 4
+ Bắt đầu xuất nguyên liệu silo 4
 Chạy băng tải số 9.
 Chạy băng tải số 8.
 Mở van xuất silo 4
+ Dừng xuất nguyên liệu silo 4
 Đóng van xuất silo 4
 Dừng băng tải số 8.
 Dừng băng tải số 9.
Silo 5

+ Bắt đầu xuất nguyên liệu silo 5
 Chạy băng tải số 9.
 Chạy băng tải sô 7
 Mở van xuất silo 5
+ Dừng xuất nguyên liệu silo 5
 Đóng van xuất silo 5
 Dừng băng tải số 7.
 Dừng băng tải số 9.

15


Phạm Thanh Tùng – CB110345

Silo 6
+ Bắt đầu xuất nguyên liệu silo 6
 Chạy băng tải số 9.
 Chạy băng tải số 8.
 Mở van xuất silo 6
+ Dừng xuất nguyên liệu silo 6
 Đóng van xuất silo 6
 Dừng băng tải số 8
 Dừng băng tải số 9
Silo 7
+ Bắt đầu xuất nguyên liệu silo 7
 Chạy băng tải số 9
 Chạy băng tải sô 7
 Mở van xuất silo 7
+ Dừng xuất nguyên liệu silo 7
 Đóng van xuất silo 7

 Dừng băng tải số 7
 Dừng băng tải số 9
Silo 8
+ Bắt đầu xuất nguyên liệu silo 8
 Chạy băng tải số 9.
 Chạy băng tải số 8.
 Mở van xuất silo 8
+ Dừng xuất nguyên liệu silo 8

16


Phạm Thanh Tùng – CB110345

 Đóng van xuất silo 8
 Dừng băng tải số 8
 Dừng băng tải số 9

1.2.2 Yêu cầu công nghệ chế độ vận hành tự động
Ở chế độ vận hành tự động, hệ thống sẽ kết nối với máy tính để điều khiển.
Người điều khiển sẽ điều khiển giám sát toàn bộ quá trình từ máy tính. Khi khởi
động chương trình, sẽ xuất hiện một màn hình điều khiển giám sát với tất cả các silo
và băng chuyền như hình vẽ:

Hình 1.3: Màn hình điều khiển giám sát trong chế độ vận hành tự động.
Trạng thái hoạt động của các silo và băng chuyền đều hiện trên màn hình điều
khiển giám sát. Để điều khiển nhập hay xuất nguyên liệu. Người vận hành chỉ việc
chọn silo và chọn bắt đầu nhập liệu. Hệ thống điều khiển sẽ tự động khởi động các
băng chuyền và mở các van tương ứng để bắt đầu quá trình nhập nguyên liệu. Ví dụ
người điều khiển chọn quá trình nhập nguyên liệu cho silo 1, hệ thống điều khiển sẽ

tự động điều khiển như sau: Điều khiển mở van nhập silo 1, tiếp theo điều khiển mở
van từ băng tải số 2 xuống băng tải số 3, sau đó điều khiển chạy băng tải số 2, sau
đó chạy gầu tải, cuối cùng là điều khiển chạy băng tải số 1.

17


Phạm Thanh Tùng – CB110345

Khi người điều khiển nhấn nút dừng nhập nguyên liệu, hệ thống sẽ tự động
điều khiển dừng các băng tải và đóng các van tương ứng. Ví dụ khi nhấn nút dừng
nhập nguyên liệu cho silo 1, hệ thống sẽ tự động Điều khiển dừng băng tải số 1, sau
đó dừng gầu tải, tiếp theo điều khiển dừng băng tải số 2. rồi điều khiển đóng van từ
băng tải số 2 xuống băng tải số 3, cuối cùng là điều khiển đóng van nhập silo 1.
Quá trình xuất nguyên liệu cũng diễn ra tương tự, người điều khiển chỉ việc
chọn silo muốn xuất nguyên liệu và nhấn nút bắt đầu xuất nguyên liệu hệ thống sẽ
tự động mở các van và chạy các băng chuyền tương ứng để xuất nguyên liệu. khi kết
thúc quá trình xuất nguyên liệu, người vận hành chỉ việc ấn nút dừng xuất nguyên
liệu, các van sẽ đóng và các băng chuyền sẽ dừng lại

1.3 Phát biểu bài toán điều khiển và giám sát cho dây chuyền cấp liệu nhà
máy bia
1.3.1 Bài toán điều khiển
Từ yêu cầu công nghệ ta thiết lập bài toán điều khiển cho dây chuyền cấp liệu
nhà máy bia như sau:
Trên tủ điều khiển có một khoá AUTO/MAN. Nếu khoá ở vị trí MAN (không
có tín hiệu cấp vào bộ điều khiển) cho phép điều khiển bằng tay trên tủ điều khiển.
Nếu khoá ở vị trí AUTO (có tín hiệu cấp vào bộ điều khiển) sẽ điều khiển nhập xuất
tự động trên màn hình máy tính.

1.3.1.1 Chế độ điều khiển bằng tay
Trên tủ điều khiển có các nút nhấn điều khiển đóng mở các van và chạy hoặc
dừng các băng tải. Để nhập nguyên liệu, người vận hành theo đúng quy trình công
nghệ sẽ điều khiển mở các van và khởi động các băng tải theo thứ tự để nhập
nguyên liệu. Nếu van nào mở hoặc băng tải nào chạy thì đèn báo trên tủ điều khiển
sẽ sáng. Để dừng nhập liệu, người vận hành sẽ dừng các băng tải và khoá các van
theo đúng thứ tự. Khi đó các đèn báo trên tủ điều khiển sẽ tắt. Để xuất nguyên liệu,
người vận hành chạy các băng tải theo thứ tự bằng nút ấn và mở van xuất, nguyên
liệu từ các silo sẽ vào nhà xử lý nguyên liệu. Để dừng lại người vận hành nhấn nút
đóng van xuất và dừng các băng tải xuất.

18


Phạm Thanh Tùng – CB110345

1.3.1.2 Chế độ điều khiển tự động
Trên màn hình sẽ có các silo để người vận hành lựa chọn silo cho quá trình
nhập hoặc xuất nguyên liệu. Sau khi chọn xong silo, màn hình sẽ chuyển sang lớp
thứ hai để điều khiển nhập hay xuất nguyên liệu cho silo đó. Lúc này trên màn hình
sẽ có các nút bấm bao gồm:
Nút BAT DAU NHAP: Nếu bấm nút này, máy tính sẽ gửi tín hiệu xuống bộ
điều khiển để tự động khởi động các băng chuyền và mở các van theo trình tự cho
quá trình nhập nguyên liệu (tham khảo mục 1.2 để biết trình tự quá trình nhập
nguyên liệu).
Nút DUNG NHAP: Nếu bấm nút này, máy tính sẽ gửi tín hiệu để bộ điều khiển
tự động dừng các băng chuyền và khoá các van tương ứng theo trình tự cho quá
trình dừng nhập liệu (tham khảo mục 1.2 để biết trình tự quá trình dừng nhập
nguyên liệu).
Nút BAT DAU XUAT: Nếu người điều khiển bấm nút này, máy tính sẽ điều

khiển chạy các băng chuyền theo trình tự và mở van xuất cho quá trình xuất nguyên
liệu (tham khảo mục 1.2 để biết trình tự quá trình xuất nguyên liệu).
Nút DUNG XUAT: Nếu người điều khiển bấm nút này máy sẽ điều khiển đóng
van xuất và dừng các băng chuyền theo trình tự (tham khảo mục 1.2 để biết trình tự
quá trình dừng xuất nguyên liệu).
Ngoài ra còn có các nút ấn chuyển đổi giao diện điều khiển.

1.3.2 Bài toán giám sát
Trên màn hình máy tính cần thiết giám sát được các trạng thái sau:
Giám sát chế độ làm việc của các băng tải: Nếu băng tải hoạt động các băng tải
sẽ sáng lên. Nếu băng tải dừng hình ảnh băng tải sẽ tối đi.
Cảnh báo quá tải động cơ: Nếu xảy ra quá tải ở động cơ nào thì động cơ đó sẽ
nhấp nháy màu đỏ để báo hiệu cho người vận hành biết.
Hiển thị dữ liệu: Khối lượng malt trong các silo sẽ được hiển thị trên màn hình
để người vận hành có thể giám sát

19


Phạm Thanh Tùng – CB110345

Lưu trữ dữ liệu: Người vận hành có thể lưu trữ hoặc in ra thuận tiện cho việc
theo dõi.

20


Phạm Thanh Tùng – CB110345

CHƢƠNG 2

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ
2.1 Thiết kế tổng quan hệ thống
Để điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia chúng ta sẽ sử dụng các thiết bị
quá trình là các động cơ và van, các cảm biến và bộ điều khiển trung tâm có kết nối
với máy tính được cài đặt phần mềm điều khiển giám sát.

Hình 2.1: Tổng quan hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia

2.2 Thiết bị quá trình
2.2.1 Động cơ truyền động cho các băng tải
Để truyền động cho 9 băng tải ta sử dụng động cơ không động bộ ba pha công
suất từ 3KW đến 5.5KW. Vì các băng tải có tốc độ thấp và không yêu cầu đổi chiều
nên các động cơ có kèm theo hộp số giảm tốc. Các động cơ được đóng cắt điện trực
tiếp sử dụng các công tắc tơ, bảo vệ quá tải bằng rơle nhiệt.
Gầu tải cũng được truyền động bằng một động cơ không đồng bộ ba pha công
suất 5.5KW. Động cơ và hộp số giảm tốc gắn trên đỉnh gầu tải.
Ta có thể lựa chọn động cơ Việt hung 3KW mã hiệu 3K112Sb4, 4KW mã hiệu
3K112M4 và 5,5 KW mã hiệu 3K132S4

21


Phạm Thanh Tùng – CB110345

Điều khiển khởi động/dừng động cơ là bộ điều khiển trung tâm PLC, đầu ra
PLC điều khiển các rơle trung gian, các rơ le trung gian này sẽ điều khiển đóng cắt
cuộn dây của các công tắc tơ.
Bảng 2.1: Bảng thông số động cơ truyền động cho các băng tải và gầu tải:

Kiểu

3K112Sb4

3K112M4

3K132S4

3

4

5,5

1440

1435

1445

Điện áp (Voltage): V

220/380

220/380

220/380

Dòng điện (Current): A

11,6/6,7

14,9/8,6

19,8/11,4

82

84

85,5

0.83

0,84

0,86

2,2

2,2

2,2

2,0

2,0

2,0

6,0

5,5

6,5

Cấp bảo vệ (IP)

44

44

44

Cấp cách điện (Insulating

F

F

F

S1

S1

S1

36,5

41

62

Công suất (Output): KW
Tốc độ (Speed): R.P.M

Hiệu suất (Efficiency): η %
Hệ số công suất (Power factor):
Cosφ
Tỉ số mô men cực đại
(Maximum torque ratio):
M MAX
M dd

Tỉ số mô men khởi động
(Starting torque ratio):

M KĐ
M dd

Tỉ số dòng điện khởi động
(Starting current ratio):

I KĐ
I dd

class)
Chế độ làm việc (Duty)
Khối lượng (Weight): Kg

22


Phạm Thanh Tùng – CB110345

2.2.2 Van nhập và xuất liệu
Các van nhập để cho phép rót gạo vào silo 1 đến silo 8 và các van rót malt vào
băng tải 3, băng tải 4, băng tải 5, và băng tải 6 là các van điều khiển khí nén. Khi có
tín hiệu vào cuộn dây thứ nhất van mở, malt chảy qua van, nếu muốn van đóng, ta
cấp điện vào cuộn dây thứ hai.
Các van xả của các silo từ silo 1 đến silo 8 là các van động cơ với động cơ
truyền động có công suất là 0.75KW, các động cơ này quay sẽ cho phép rót gạo từ
silo xuống các băng tải. Để có thể thay đổi lưu lượng gạo rót từ các silo xuống các
băng tải, ta dùng các biến tần để điều khiển tốc độ động cơ.
Để đơn giản trong điều khiển ta chọn biến tần 3 pha 0.75 KW của hãng Control
Techniques, biến tần này có một số đặc điểm sau:
-

Thiết kế đơn giảm, gọn nhẹ.

-

Giá thành hạ.

-

Dễ sử dụng.

-

Dải công suất tương đối rộng.

-

Dễ dàng cài đặt các thông số, hầu hết (90%) các thống số đều được hiển thị
trên màn hình.

-

Dễ lắp đặt, có thể lắp đặt trên giá phẳng hoặc trên thanh ray DIN rail.

-

Kết nối đơn giản. Các cổng điều khiển có thể nối dây không dùng vit

-

Các cổng kết nối đều được đặt tên và ghi rõ ràng.

-

Khởi động dễ dàng, chỉ cần cài đặt bằng nút bấm mà không cần lập trình
phức tạp.

-

Có nhiều khả năng truyền thông: với các kiểu truyền thông phổ biến
Profibus-DP, Interbus, Device Net, CANopen, Ethernet.

-

Lập trình điều khiển đơn giản với tiêu chuẩn IEC61131-3 của ngôn ngữ
giản đồ thang (Ladder) và ngôn ngữ khối chức năng (Function Block
Diagram).

-

Cho phép lựa chọn mở rộng nhiều dải đầu vào ra (Wide range of I/O) bao
gồm cả đồng hồ thời gian thực (Real Time Clock).

23