Tích hợp hệ thống cân định lượng sử dụng thuật toán điều khiển chính xác
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.51 MB, 102 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
===== WX =====
PHẠM KHƯƠNG DUY
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG
THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Hà Nội – 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
===== WX =====
PHẠM KHƯƠNG DUY
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG
THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
NGÀNH : ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. ĐINH VĂN NHÃ
HÀ NỘI – 2012
Mục lục
LỜI CAM ĐOAN ..................................Error! Bookmark not defined.
Danh mục các hình ảnh........................Error! Bookmark not defined.
Lời mở đầu ...........................................Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI
PHÁP TỰ ĐỘNG HOÁ NHÀ MÁY THỨC ĂN CHĂN NUÔI
NGỌC HỒI...........................................Error! Bookmark not defined.
1.1. Giới thiệu về nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi.Error! Bookmark not defined.
1.2. Công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi. ............Error! Bookmark not defined.
1.3. Dây chuyền sản xuất của nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi.Error! Bookmark not
1.3.1. Sơ đồ khối của dây chuyền sản xuất. .......................Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Sơ đồ khối công nghệ và các thiết bị của nhà máy. .Error! Bookmark not defined.
1.3.3. Quá trình nhập nguyên liệu vào các kho của nhà máy.Error! Bookmark not defined.
1.3.4. Quá trình đưa nguyên liệu tới hệ cân định lượng. ...Error! Bookmark not defined.
1.3.5. Công đoạn cân định lượng. ......................................Error! Bookmark not defined.
1.3.6. Quá trình nghiền và trộn liệu. ..................................Error! Bookmark not defined.
1.3.7. Quá trình ép viên xẻ mảnh. ......................................Error! Bookmark not defined.
1.3.8. Hệ thống đóng bao...................................................Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP CẤP LIỆU VÀ ĐỊNH LƯỢNGError! Bookmark no
2.1. Vai trò của hệ cấp liệu và cân định lượng.........Error! Bookmark not defined.
2.2. Cấp liệu. ............................................................Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Giới thiệu chung. .....................................................Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Cơ cấu đưa vật liệu lên băng chuyền. ......................Error! Bookmark not defined.
2.2.3. Cơ cấu vận chuyển liệu............................................Error! Bookmark not defined.
2.3. Định lượng. .......................................................Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Cấu trúc và nguyên lý họat động của hệ cân định lượngError! Bookmark not defined.
2.3.2. Giải pháp định lượng liên tục. .................................Error! Bookmark not defined.
2.3.3. Giải pháp định lượng gián đoạn...............................Error! Bookmark not defined.
2.4. Phương pháp nâng cao độ chính xác quá trình cân định lượng.Error! Bookmark not d
2.4.1. Các yêu tố gây sai số kết quả cân. ...........................Error! Bookmark not defined.
2.4.2 Phương pháp nâng cao độ chính xác quá trình cân ..Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
HỆ CÂN ĐỊNH LƯỢNG ......................Error! Bookmark not defined.
3.1. Yêu cầu điều khiển giám sát hoạt động của hệ thống.Error! Bookmark not defined.
3.1.1. Yêu câu điều khiển hệ thống....................................Error! Bookmark not defined.
3.1.2. Yêu cầu giám sát hoạt động của hệ thống. ..............Error! Bookmark not defined.
3.2. Lựa chọn Load Cell và xây dựng mạch chuyển đổi.Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Nguyên lý hoạt động của Load Cell. .......................Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Lựa chọn các loại Load Cell cho hệ cân. .................Error! Bookmark not defined.
3.2.3. Xây dựng mạch khuếch đại tín hiệu. .......................Error! Bookmark not defined.
3.2.4. Xây dựng mạch lọc thông thấp. ...............................Error! Bookmark not defined.
3.2.5. Xây dựng mạch khuếch đại đệm..............................Error! Bookmark not defined.
3.3. Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng S7-300.Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Giới thiệu về S7-300................................................Error! Bookmark not defined.
3.3.2. Mạng truyền thông công nghiệp. .............................Error! Bookmark not defined.
3.3.3. Cấu hình hệ thống điều khiển. .................................Error! Bookmark not defined.
3.3.4. Thuật toán điều khiển và lập trình chương trình điều khiển.Error! Bookmark not defined.
3.4. Xây dựng giao diện điều khiển dùng WinCC 6.0.Error! Bookmark not defined.
3.4.1. Giới thiệu về WinCC. ..............................................Error! Bookmark not defined.
3.4.2. Xây dựng giao diện điều khiển giám sát của công đoạn cân định lượng.Error! Bookmark n
3.5 Vận hành và kết quả thực nghiệm chọn offset...Error! Bookmark not defined.
3.5.1 Vận hành ...................................................................Error! Bookmark not defined.
3.5.2 Các thao tác để chỉnh giá trị Offset...........................Error! Bookmark not defined.
3.5.3 Phụ lục bảng các giá trị thực nghiệm Offset.............Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ...........................................Error! Bookmark not defined.
Tài liệu tham khảo :..............................Error! Bookmark not defined.
Phụ Lục: Chương trình điều khiển hệ thống cân định lượng.Error! Bookmark
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Ngoài phần
tài liệu tham khảo đã được liệt kê đầy đủ, các số liệu và kết quả trong phần
luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ một
công trình nào khác
1
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
Danh mục các hình ảnh
Hình 1. 1: Bố trí nhà xưởng của nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi ........................8
Hình 1. 2: Sơ đồ khối tổng quát dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi .......................9
Hình 1. 3: Sơ đồ tổng quát của dây chuyền sản xuất.....................................................10
Hình 1. 4: Quá trình nhập liệu.......................................................................................10
Hình 1. 5: Quá trình cân định lượng và nghiền trộn .....................................................11
Hình 1. 6: Quá trình ép viên xẻ mảnh và đóng bao .......................................................11
Hình 1. 7: Sơ đồ hệ thống điều khiển bán tự động nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc
Hồi..................................................................................................................................12
Hình 1. 8: Công đoạn nhập nguyên liệu vào trong kho của nhà máy ...........................15
Hình 1. 9: Công đoạn cân định lượng ...........................................................................17
Hình 1. 10: Cách bố trí thực tế hệ cân C1 và C2 ..........................................................19
Hình 1. 11: Công đoạn nghiền trộn ...............................................................................20
Hình 1. 12. Công đoạn ép viên xẻ mảnh ........................................................................22
Hình 1. 13. Hệ thống đóng bao ......................................................................................24
Hình 2. 1: Gầu tải đưa liệu lên băng chuyền trên cao..................................................27
Hình 2. 2: Cấu tạo của vít tải........................................................................................28
Hình 2. 3: Cơ cấu xích tải ..............................................................................................29
Hình 2. 4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động chung của cân định lượng.................................30
Hình 2. 5: Giải pháp định lượng liên tục.......................................................................30
Hình 2. 6: Thiết bị định lượng làm việc gián đoạn........................................................31
Hình 3. 1: Loadcell ........................................................................................................38
Hình 3. 2: Nguyên lý hoạt động của Load Cell .............................................................39
Hình 3. 3: Một số loại Load Cell ...................................................................................40
Hình 3. 4: SLU Load Cell ..............................................................................................40
Hình 3. 5: STA-2-2000 Load Cell ..................................................................................42
Hình 3. 6: Kích thước của Loadcell...............................................................................43
Hình 3. 7: Mạch khuêch đại vi sai .................................................................................44
Hình 3. 8: Mạch lọc thông thấpSallen-Key Butterworth ...............................................45
Hình 3. 9: Đặc tính tần số của bộ lọc thông thấp Butterworth Filter ...........................45
Hình 3. 10: Mạch khuêch đại đệm .................................................................................46
Hình 3. 11: Siemens PLC S7-300...................................................................................46
Hình 3. 12: Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình
(PLC)..............................................................................................................................47
Hình 3. 13: Phân chia các vùng nhớ trong CPU...........................................................51
Hình 3. 14: Hoạt động của CPU S7-300 .......................................................................52
Hình 3. 15: Cấu hình của một thanh rack của trạm PLC S7-300 .................................56
Hình 3. 16: Vòng quét chương trình ..............................................................................53
Hình 3. 17: Mô hình phân cấp chức năng mạng truyền thông công nghiệp .................59
2
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
Hình 3. 18: Mô hình truy nhập bus sử dụng kết hợp Token-Passing và Master/Slave .63
Hình 3. 19: Cấu hình hệ thống điều khiển giám sát ......................................................64
Hình 3. 20: Cấu hình phần cứng của trạm điều khiển PLC ..........................................65
Hình 3. 21: Lưu đồ thuật toán công đoạn cân định lượng ............................................78
Hình 3. 22: Vòng quét chương trình ..............................................................................82
Hình 3. 23: Lập trình có cấu trúc ..................................................................................84
Hình 3. 24: Giao diện WinCC Explorer ........................................................................85
Hình 3. 25: Cửa sổ thiết kế đồ hoạ ................................................................................87
Hình 3. 26: Cửa sổ soạn thảo Tag Logging...................................................................89
Hình 3. 27: Màn hình công đoạn Cân định lượng.........................................................92
3
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
Lời mở đầu
Hiện nay đất nước ta đang trong giai đoạn chuyển mình mạnh mẽ theo sự
phát triển của thế giới và khu vực với nền sản xuất đa dạng và đầy tiềm
năng.Để nền sản xuất này có thể phát triển được, không chỉ đòi hỏi lao động
có tay nghề mà cần phải áp dụng một cách rộng rãi những tiến bộ khoa học
kĩ thuật, đặc biệt là công nghệ tự động hóa. Trong nền công nghiệp hiện đại,
các hệ thống điều khiển tự động đang thực sự tạo nên những giá trị vật chất
to lớn, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm giá thành và giải phóng sức lao
động chân tay của con người.
Công nghệ tự động hóa đang được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực sản
xuất và đời sống xã hội như một xu thế tất yếu: từ công nghệ lắp ráp, công
nghệ chế biến, tự động hóa tòa nhà ... Và công nghệ sản xuất thức ăn chăn
nuôi cũng không nằm ngoài xu thế đó.
Được sự đồng ý của Viện đào tạo sau đại học, Viện điện và được sự hướng
dẫn của thầy giáo PGS.TS Đinh Văn Nhã, trong đợt thực tập và làm luận văn
tốt nghiệp, em đã tiến hành nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống Tự động hóa dây
chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi tại nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi
Ngọc Hồi –Thanh Trì – Hà Nội, hệ cân định lượng và ứng dụng của nó vào
công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi, xây dựng thuật toán và trương trình
điều khiển quá trình nhập nguyên liệu và cân định lượng dùng PLC S7-300
xây dựng giao diện mô phỏng quá trình hoạt động của dây chuyền trên phần
mềm Wincc 6.0 của SIEMENS
Công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi gồm một số công đoạn chính: cấp
liệu thô, cân định lượng, nghiền, trộn, ra thành phẩm…mỗi công đoạn đều có
vai trò quan trong, trong đó yếu tố đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng trực
tiếp đến tính kinh tế ,chất lượng sản phẩm đó là công đoạn cân cấp liệu phối
4
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
hợp các nguyên liệu cho ra sản phẩm sau này, đảm bảo cho việc cân định
lượng được chính xác có ý nghĩa rất thiết thực.
Nội dung luận văn “…” được chia thành 3 phần chính
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP
TỰ ĐỘNG HOÁ NHÀ MÁY THỨC ĂN CHĂN NUÔI NGỌC HỒI
CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP CẤP LIỆU VÀ ĐỊNH LƯỢNG
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ
CÂN ĐỊNH LƯỢNG
Trên đây là tóm tắt những kết quả mà em đã đạt được trong quá trình
làm luận văn. Để có được kết quả này em xin chân thành cám ơn thầy hướng
dẫn PGS.TS Đinh Văn Nhã đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo cho em trong
quá trình làm đồ án .
Em xin chân thành cảm ơn thầy !
5
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
Mục lục
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................. 1
Danh mục các hình ảnh....................................................................... 2
Lời mở đầu .......................................................................................... 4
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI
PHÁP TỰ ĐỘNG HOÁ NHÀ MÁY THỨC ĂN CHĂN NUÔI NGỌC
HỒI...................................................................................................... 8
1.1. Giới thiệu về nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi...........................................8
1.2. Công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi. ..............................................................9
1.3. Dây chuyền sản xuất của nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi......................10
1.3.1. Sơ đồ khối của dây chuyền sản xuất. ...................................................................... 10
1.3.2. Sơ đồ khối công nghệ và các thiết bị của nhà máy. ................................................ 11
1.3.3. Quá trình nhập nguyên liệu vào các kho của nhà máy. .......................................... 15
1.3.4. Quá trình đưa nguyên liệu tới hệ cân định lượng. .................................................. 16
1.3.5. Công đoạn cân định lượng. ..................................................................................... 17
1.3.6. Quá trình nghiền và trộn liệu. ................................................................................. 20
1.3.7. Quá trình ép viên xẻ mảnh. ..................................................................................... 22
1.3.8. Hệ thống đóng bao.................................................................................................. 24
CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP CẤP LIỆU VÀ ĐỊNH LƯỢNG ................ 26
2.1. Vai trò của hệ cấp liệu và cân định lượng.........................................................26
2.2. Cấp liệu. ............................................................................................................26
2.2.1. Giới thiệu chung. .................................................................................................... 26
2.2.2. Cơ cấu đưa vật liệu lên băng chuyền. ..................................................................... 27
2.2.3. Cơ cấu vận chuyển liệu........................................................................................... 28
2.3. Định lượng. .......................................................................................................29
2.3.1. Cấu trúc và nguyên lý họat động của hệ cân định lượng........................................ 29
2.3.2. Giải pháp định lượng liên tục. ................................................................................ 30
2.3.3. Giải pháp định lượng gián đoạn.............................................................................. 31
2.4. Phương pháp nâng cao độ chính xác quá trình cân định lượng. .......................32
2.4.1. Các yêu tố gây sai số kết quả cân. .......................................................................... 32
2.4.2 Phương pháp nâng cao độ chính xác quá trình cân ................................................. 33
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
HỆ CÂN ĐỊNH LƯỢNG ................................................................... 37
3.1. Yêu cầu điều khiển giám sát hoạt động của hệ thống.......................................37
3.1.1. Yêu câu điều khiển hệ thống................................................................................... 37
3.1.2. Yêu cầu giám sát hoạt động của hệ thống. ............................................................. 37
3.2. Lựa chọn Load Cell và xây dựng mạch chuyển đổi. ........................................37
3.2.1. Nguyên lý hoạt động của Load Cell. ...................................................................... 37
3.2.2. Lựa chọn các loại Load Cell cho hệ cân. ................................................................ 40
3.2.3. Xây dựng mạch khuếch đại tín hiệu. ...................................................................... 43
3.2.4. Xây dựng mạch lọc thông thấp. .............................................................................. 44
6
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
3.2.5. Xây dựng mạch khuếch đại đệm............................................................................. 46
3.3. Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng S7-300................................................46
3.3.1. Giới thiệu về S7-300............................................................................................... 46
3.3.2. Mạng truyền thông công nghiệp. ............................................................................ 56
3.3.3. Cấu hình hệ thống điều khiển. ................................................................................ 64
3.3.4. Thuật toán điều khiển và lập trình chương trình điều khiển................................... 76
3.4. Xây dựng giao diện điều khiển dùng WinCC 6.0. ...........................................84
3.4.1. Giới thiệu về WinCC. ............................................................................................. 84
3.4.2. Xây dựng giao diện điều khiển giám sát của công đoạn cân định lượng. .............. 92
3.5 Vận hành và kết quả thực nghiệm chọn offset...................................................93
3.5.1 Vận hành .................................................................................................................. 93
3.5.2 Các thao tác để chỉnh giá trị Offset.......................................................................... 94
3.5.3 Phụ lục bảng các giá trị thực nghiệm Offset............................................................ 95
KẾT LUẬN ........................................................................................ 96
Tài liệu tham khảo :........................................................................... 97
Phụ Lục: Chương trình điều khiển hệ thống cân định lượng. ........... 98
Tác giả đã có bài báo gửi đăng ở “ Tạp chí Tự động hóa Ngày nay (Automation
Today) ISSN tháng 3/2012
PGS.TS Đinh Văn Nhã, KS Phạm Khương Duy, KS. Đinh Văn Vinh, “Xây dựng thuật
toán điều khiển chính xác cân định lượng nhiều thành phần – Nhà máy thức ăn
chăn nuôi gia súc Ngọc Hồi ”.
7
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ
GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HOÁ NHÀ MÁY THỨC ĂN CHĂN
NUÔI NGỌC HỒI
1.1. Giới thiệu về nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi.
Hình 1. 1: Bố trí nhà xưởng của nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi
Nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi nằm ở km14 đoạn Quốc Lộ 1A cũ
(Thanh Trì – Hà Nội). Nhiệm vụ của nhà máy là sản xuất các loại thức ăn chăn nuôi
cho gia súc, gia cầm. Dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi đang được sử dụng tại
nhà máy do hãng VANAAREN (Hà Lan) chế tạo và lắp đặt,hoàn tất và đi vào hoạt
động vào năm 2004.
Trước cổng nhà máy được trang bị 1 cân dịch vụ điện tử 80 tấn dùng để xác
định khối lượng nguyên liệu từ ngoài vào và sản phẩm xuất ra. Nhà máy có nhà ăn,
khu hành chính...phục vụ cán bộ công nhân viên. Bao quanh khu nhà sản xuất là các
kho chứa hàng nguyên liệu. Chính giữa là khu nhà sản xuất , bao gồm phòng điều
khiển giám sát trung tâm, các thiết bị vận hành: các vít tải, loadcell của cân định
lượng, các thiết bị cảm biến khác...bên ngoài là 4 xilô lớn có chức năng như các kho
chứa cung cấp nguyên liệu trong quá tình sản xuất.
Toàn bộ quá trình hoạt động của nhà máy là liên hoàn khép kín từ khâu nhập
liệu cho đến khâu đóng bao. Trong đó từ khâu nhập liệu cho đến hết khâu ép viên
8
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
xẻ mảnh thì dây chuyền có thể hoạt động tự động hoàn toàn mà không cần phải có
người vận hành. Các khâu trong dây chuyền có thể hoạt động độc lập vì vậy khi có
xảy ra sự cố nhà máy vẫn có thể vận hành bình thường.
1.2. Công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi.
Hình 1. 2: Sơ đồ khối tổng quát dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi
Quá trình sản xuất thức ăn chăn nuôi được thực hiện qua nhiều công đoạn: Cấp
nguyên liệu thô (Ngô, khoai, sắn …) dưới dạng bột hay hạt (đối với ngô),dạng
miếng (đối với khoai,sắn) vào các silo, định lượng (cân các thành phần nguyên liệu
theo một công thức đã định trước, tuỳ yêu cầu của sản phẩm ). Sau khi đã định
lượng xong thì tất cả các nguyên liệu được đưa vào máy nghiền. Trong quá trình
nghiền có bổ sung thêm các nguyên liệu dạng bột (bột tôm, bột cá, …) và các
nguyên tố vi lượng, chất béo, vitamin, … sau khi nghiền xong được sản phẩm dưới
dạng bột. Sản phẩm này được đưa vào máy trộn đều và tùy theo từng loại vật nuôi
mà ta có thể lấy thức ăn ra ở hai dạng:
+ Dạng bột dùng cho các vật nuôi dưới nước (tôm, cá, baba …).
+ Dạng hạt dùng cho các loại gia súc, gia cầm.
Để có được thức ăn dưới dạng hạt thì từ sản phẩm bột, người ta phun thêm rỉ
mật và hơi nước và có thể thêm 1 số chất phụ gia khác để biến thức ăn thành dạng
nhão, sau đó đưa qua hệ thống ép viên, xẻ mảnh để được thức ăn dạng hạt.
Thức ăn chăn nuôi được sản xuất qua nhiều công đoạn nên vấn đề sản xuất
thức ăn đủ, đúng yêu cầu, đảm bảo chất lượng và phù hợp với các loại vật nuôi là
vấn đề mang tính cấp bách và quan trọng đòi hỏi các nhà sản xuất phải thay đổi
9
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
công nghệ, úng dụng công nghệ tự động hóa vào trong quá trình sản xuất thức ăn
chăn nuôi.
Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ vi điện tử và kỹ thuật truyền
thông, ghép nối và công nghệ phần mềm đã tạo ra sự chuyển biến cơ bản trong
hướng đi cho các giải pháp tự động hóa trong công nghiệp. Xu hướng phân tán hóa,
mềm hóa và chuẩn hóa là ba trong số nhiều điểm đặc trưng cho sự thay đổi này.
Những hướng đó không nằm ngoài mục đích giảm giá thành và nâng cao chất lượng
của hệ thống. Sự ứng dụng rộng rãi của các hệ thống điều khiển tự động và điều
khiển giám sát vào trong các ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm sẽ
cho kết quả cao, đạt được những thành công ngoài mong muốn.
1.3. Dây chuyền sản xuất của nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi.
1.3.1. Sơ đồ khối của dây chuyền sản xuất.
Sơ đồ khối của dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi được tổng
quát hoá ở hình:
Hình 1. 3: Sơ đồ tổng quát của dây chuyền sản xuất
Trong đó:
+ Quá trình nhập liệu bao gồm: quá trình nhập liệu trong nhà và quá trình
nhập liệu từ bên ngoài. Quá trình này được thể hiện chi tiết trong hình :
Hình 1. 4: Quá trình nhập liệu
10
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
+ Quá trình cân định lượng và nghiền trộn:
Hình 1. 5: Quá trình cân định lượng và nghiền trộn
+ Quá trình ép viên xẻ mảnh và đóng bao:
Hình 1. 6: Quá trình ép viên xẻ mảnh và đóng bao
1.3.2. Sơ đồ khối công nghệ và các thiết bị của nhà máy.
Nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi hoạt động trên dây chuyền công nghệ
của Hà Lan. Qui trình sản xuất của nhà máy bao gồm nhiều công đoạn khác nhau
như: công đoạn nhập liệu, công đoạn cân định lượng, công đoạn nghiền trộn… Do
đó sự phức tạp trong công nghệ cũng như sự đa dạng của các thiết bị là điều không
thể tránh khỏi. Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy điều này trong sơ đồ công nghệ
dưới đây:
11
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
Hình 1. 7: Sơ đồ hệ thống điều khiển bán tự động nhà máy thức ăn chăn nuôi
Ngọc Hồi
12
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
Bảng 1: Giải thích các ký hiệu trong sơ đồ hình vẽ:
Kí hiệu thiết bị trên sơ đồ
Giải thích
M
Máng nhận nguyên liệu ngoài trời
2
Băng tải chuyển nguyên liệu từ ngoài vào
4
Gầu tải đưa nguyên liệu lên
6
Thiết bị lọc kim loại
19
Gầu tải đưa nguyên liệu lên
35, 36, 37, 38
Các silo loại 1000 tấn để chứa nguyên liệu từ
ngoài vào
30
Băng tải đưa nguyên liệu đến silo chứa
21
Băng tải đưa nguyên liệu từ gầu tải đến hệ cân
39
Băng tải đưa nguyên liệu từ silo chứa đến hệ
cân
52, 54, 56
Thiết bị lọc bụi trong nhà
58
Gầu tải đưa nguyên liệu đến hệ cân
60
Thiết bị lọc kim loại
61
Băng tải đưa nguyên liệu đến hệ cân
201, 202, 203, 204
Các silo loại 500 kg
V1Æ V4
Các vít tải
C1
Hệ cân định lượng loại 500 kg
205 Æ 214
Các silo chứa các thành phần của hệ cân lớn
V5 Æ V14
Các vít tải
C2
Hệ cân định lượng loại 2000 kg
222
Gầu tải nguyên liệu hỗn hợp
303
Van xả silo chứa
310
Máy nghiền bi
313
Thiết bị lọc bụi
315
Van xả silo chứa bột nghiền
13
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
350
Máy trộn liệu
317
Thiết bị thêm phụ gia
351
Máy bơm chất béo
353, 359, 380
Băng tải
941
Hệ thống phun rỉ mật
357
Hệ thống thêm phụ gia
358
Gầu tải bột
401
Silo chứa bột nghiền
442
Thiết bị lọc bụi
402
Silo chứa các thành phẩm tái chế dạng viên
410
Vít tải bột
422
Vít tải
423
Buồng trộn
430
Máy ép viên
440
Máy lạnh
406
Máy ép viên
460
Máy xẻ mảnh
461
Băng tải
462
Gầu tải
463
Silo chứa các sản phẩm dạng viên
801, 802, 803, 804
Silo chứa các thành phần chuẩn bị đóng bao
14
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
1.3.3. Quá trình nhập nguyên liệu vào các kho của nhà máy.
Hình 1. 8: Công đoạn nhập nguyên liệu vào trong kho của nhà máy
Nguyên liệu chuẩn bị cho hoạt động của nhà máy có thể được dự trữ trong
các silo hay trong các kho của nhà máy tuỳ vào tính chất của nguyên liệu và mục
đích sử dụng của chúng.
Trong trường hợp nguyên liệu được dự trữ trong các kho của nhà máy,
nguyên liệu sẽ được vận chuyển bằng ô tô, qua hệ thống cân trọng tải nặng ở cổng
nhà máy, sau đó nguyên liệu được vận chuyển tới nhà kho. Tại đây, nguyên liệu sẽ
được các công nhân cùng với sự trợ giúp của các loại xe vận chuyển chuyên dùng
đưa tới vị trí nhất định trong nhà kho.
15
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
Trong trường hợp nguyên liệu được chứa trong các silo của nhà máy thì quá
trình này diễn ra phức tạp và cần nhiều công đoạn hơn.
Trước hết nguyên liệu được vận chuyển đến máng nhập nguyên liệu ngoài
trời. Tiếp theo nguyên liệu sẽ được vít tải 2 vận chuyển đến van 3, tại đây nguyên
liệu được gầu tải 4 đưa lên thiết bị lọc kim loại 6. Sau khi lọc kim loại xong, nguyên
liệu tiếp tục được vít tải 2 và gầu tải 58 vận chuyển lên trên. Tại đây nguyên liệu có
thể đi theo 2 con đường: hoặc được vít tải 21 đưa tới hệ cân định lượng luôn, hoặc
được vận chuyển tới các silo chứa nhờ vít tải 30. Công việc này được thực hiện bởi
2 van 20. Trên băng chuyển 30, nguyên liệu có thể được đổ vào 4 silo: 35, 36, 37
hoặc 38 tuỳ vào việc đóng hay mở các van: 31, 32, 33, 34 hoặc 35 tương ứng. Mỗi
silo có thể chưa tối đa 1000 tấn nguyên liệu, tuy nhiên để đảm bảo an toàn cũng như
tuổi thọ cho các silo, trong thực tế nhà máy chỉ chứa khoảng 300 đến 500 tấn
nguyên liệu . Và thông thường chúng dùng để chứa ngô là chủ yếu. Còn các loại
nguyên liệu khác như khoai, sắn, đậu tương, vi lượng… được nhà máy để trong các
nhà kho.
1.3.4. Quá trình đưa nguyên liệu tới hệ cân định lượng.
Tương tự việc chuyển nguyên liệu vào các nhà kho dự trữ của nhà máy. Quá
trình lấy nguyên liệu ra và vận chuyển tới các hệ cân định lượng cũng có thể thực
hiện theo 2 cách: có thể lấy nguyên liệu từ các silo chứa, hay lấy nguyên liệu trực
tiếp từ trong kho của nhà máy
Trong trường hợp nguyên liệu được lấy ra từ các silo chứa, đầu tiên nguyên
liệu sẽ được xả xuống băng chuyền 39. Mỗi silo có 3 cửa xả và 1 quạt gió tương
ứng với các cặp 35, 36, 37, 38. Tuỳ thuộc vào lượng nguyên liệu cần thiết và thời
gian mà người kỹ sư có thể sử dụng các cửa xả cho hợp lí. Ở đây ta có chế độ mở 3
cửa hay mở 1 cửa, tuy nhiên cho dù sử dụng chế độ nào thì cửa xả ở chính giữa
cũng phải được bật đầu tiên. Sau khi nguyên liệu được xả xuống băng chuyển 39,
nguyên liệu tiếp tục được gầu tải 19 chuyển lên băng tải 21 và đổ xuống các silo
16
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
trong hệ cân định lượng, trong quá trinh này van 20 cho phép nguyên liệu vào các
silo phải được đóng lại.
Ngoài cách lấy nguyên liệu phục vụ cho dây chuyền sản xuất từ trong các
silo chứa của nhà máy, nguyên liệu còn có thể được vận chuyển bằng con đường
khác. Đó là vận chuyển từ trong nhà, nguyên liệu ở trong nhà dưới dạng bao chứa
sẽ được các công nhân của nhà máy vận chuyển tới các máng đổ. Nguyên liệu sau
khi đổ vào máng sẽ được đưa qua hệ thống hút bụi 52, 54, 56. Tiếp theo nguyên liệu
được gầu tải 58 chuyển lên và đưa vào thiết bị lọc kim loại 60. Sau đó nguyên liệu
được băng tải 61 vận chuyển tới các silo trong hệ cân đinh lượng nhờ các van tương
ứng.
1.3.5. Công đoạn cân định lượng.
Hình 1. 9: Công đoạn cân định lượng
Nguyên liệu từ 4 silo ngoài trời 35, 36, 37, 38 và các bộ phận nhập liệu
trong nhà (có thể được đưa qua hệ thống lọc bụi và sàng lọc nguyên liệu hoặc không
17
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
tuỳ vào yêu cầu và nguyên liệu) sẽ được đưa vào các silo để tiến hành công đoạn
cân định lượng. Tùy loại thức ăn cần sản xuất, các thành phần thức ăn sẽ được chứa
trong các silo 201, 202, 203, 204 đối với hệ cân 500 kg (C1), và từ các silo 205 Æ
214 đối với hệ cân 2000 kg (C2).
Người ta sử dụng 2 hệ cân với giải đo khác nhau do yêu cầu công nghệ và
của từng bài toán cụ thể khác nhau để đáp ứng tốt hơn về chỉ tiêu chất lượng và
kinh tế. Cân nhỏ (C1) có độ chính xác cao hơn được dùng để cân các nguyên liệu
đắt tiền (vd: bột cá, bột tôm v.v...) đòi hỏi độ chính xác cao để tiết kiệm nguyên liệu
có thể bị dư thừa một cách lãng phí. Còn hệ cân lớn (C2) có độ chính xác thấp hơn
thì được dùng để cân các loại nguyên liệu bình thường có kích thước và trọng lượng
lớn hơn (vd: ngô, sắn, khoai v.v...).
Khối lượng các thành phần nguyên liệu sẽ được xác định một cách tương
đối khi nhập liệu và trước khi đưa và silo chứa này. Các thành phần nguyên liệu sau
khi được chứa trong các silo tương ứng sẽ được nhập lần lượt vào thùng cân C1, C2
nhờ các vít tải V201 – V214 ở đáy các silo chứa các thành phần. Hai hệ cân này làm
việc theo nguyên tắc cộng dồn có hiển thị giá trị tức thời của trọng lượng nguyên
liệu trên thùng cân. Với cách điều khiển bằng tay, tương ứng với mỗi loại thức ăn
có một thực đơn có sắn, người vận hành chỉ việc ấn nút và đọc chỉ số, khi thấy đạt
yêu cầu thì buông tay và nhập nguyên liệu khác. Còn với cách điều khiển tự động
người điều khiển chỉ cần nhập các thông số cần thiết (vd: khối lượng các thành phần
nguyên liệu v.v..) còn việc cân định lượng và các quá trình sẽ được điều khiển một
cách tự động.
Trên sơ đồ công nghệ nguyên liệu sau khi được cân ở hệ nhỏ sẽ qua van 216
tới băng truyền 218 rồi qua van 219 đến gầu tải 222. Nếu nguyên liệu ở hệ thống
cân định lượng lớn nó sẽ được băng tải 219 vận chuyển trực tiếp đến gầu tải 222.
Nhưng trên thực tế là nguyên liệu sau khi được cân xong tại 2 hệ cân thì nguyên
liệu từ cân nhỏ sẽ được xả trực tiếp xuống thùng cân 2 sau đó sẽ được băng tải 218
vận chuyển trức tiếp tới gầu tải 222 để thực hiện công đoạn tiếp theo.
18
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
Hình 1. 10: Cách bố trí thực tế hệ cân C1 và C2
Vì thế hệ cân lớn giá trị cân max danh định là 2000kg nhưng thực tế là hệ
cân này chỉ cân max 1500kg trực tiếp nguyên liệu từ các silo 205Æ214 vì phải nhận
thêm nguyên liệu từ hệ cân nhỏ C1 xả xuống.
19
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
1.3.6. Quá trình nghiền và trộn liệu.
Hình 1. 11: Công đoạn nghiền trộn
20
TÍCH HỢP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC
================================================================
Nguyên liệu sau khi được cân định lượng xong chúng được chuyển xuống
hệ thống băng tải, gầu tải đưa vào trong silo chứa 300 qua van 303 sẽ được đưa vào
máy nghiền 310.
Trong máy nghiền có các hệ thống bi, máy nghiền được được quay bởi động
cơ công suất lớn 200 kw. Khi bi quay thì nguyên liệu cũng quay theo, dưới tác dụng
của trọng lực bi rơi từ trên xuống đập vào nguyên liệu làm nguyên liệu vỡ ra dưới
dạng bột. Thời gian nghiền của máy nghiền khoảng 6 phút.
Sau khi nghiền nguyên liệu dưới dạng bột sẽ được xả xuống silo bên dưới
và qua van 315 xuống buồng trộn. Tại đây thì các thành phần vi lượng có thể được
cho thêm vào buồng trộn qua bộ phận nạp 317 (vd: một số chất phụ gia, vitamin...)
tuỳ theo yêu cầu của từng loại thức ăn cần sản xuất. Mục đích của máy trộn là làm
cho các nguyên liệu đồng đều với nhau. Nguyên liệu sau khi trộn xong sẽ được tháo
xuống băng tải qua van 351 xuống băng tải 353. Tại đây thì nguyên liệu có thể
được vận chuyển đi dọc theo hai đường và tùy vào từng loại thức ăn cần rỉ mật thì
được xả xuống máy trộn 355 qua van 354. Tại đây rỉ mật lưu kho sẽ được vận
chuyển đến bình chứa qua van 941 và đến máy trộn rỉ mật. tại máy này thì rỉ mật
được phun đều với nguyên liệu đã nghiền và trộn trên.
Nếu loại thức ăn không cần rỉ mật thì thì van 354 sẽ được đóng lại và được
băng truyền vận tải tới gầu tải 358, và loại thức ăn sau khi đã được trộn rỉ mật thì
cũng được chuyển qua máy vừa trộn vừa đẩy 355 đến gầu tải 358. Tại đây có thể
thêm các phụ gia cần thiết qua máng đổ và van 357.
21
