Điều khiển giám sát hệ thống sản xuất mì gói” sử dụng s7 300 và được mô phỏng trên WinCC

MỤC LỤC
mục lục................................................................................................................................................................ 1
MỞ ĐẦU............................................................................................................................................................. 2
Schneider....................................................................................................................................................... 34
Mitsubishi...................................................................................................................................................... 34
3.5 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ:........................................................................................................ 37
A, Bộ nghịch lưu dòng ba pha:................................................................................................................... 38
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI............................................................................................. 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................................................. 65

1


MỞ ĐẦU

Trong thời đại hiện nay, cùng với sự phát triển xã hội, quá trình công
nghiệp hóa cũng phát triển một cách mạnh mẽ và không ngừng. Những công
trình công nghiệp lớn và trọng điểm đều được áp dụng ở mức độ tự động hóa
tương đối cao. Mọi thành tựu về tự động hóa đều phải được thực hiện trên nền
tảng của lý thuyết điều khiển tự động. Chính vì vậy, lý thuyết điều khiển tự động
là yếu tố quyết định của mọi quá trình tự đó.
Tự động hoá có mặt từ khâu thiết kế đến khâu đóng gói sản phẩm trong
một dây chuyền sản xuất. Tự động thiết kế CAD không chỉ cần thiết kế sản
phẩm, mà còn dùng để mô phỏng, tính toán, phân tích.Ngày nay, người ta rất
quan tâm đến một dạng phát triển nữa của CAD. Đó là CAE (Computer Aide
Engineering). CAE dùng để phân tích kĩ thuật và tìm lời giải hợp lí nhất ngay
trong giai đoạn thiết kế. Một dạng phát triển nữa của CAD là công nghệ tạo mẫu
nhanh RPT (Rapid Prototyping Technology). Theo công nghệ này, các thông tin
về sản phẩm được thiết kế trên máy tính và sẽ chuyển trực tiếp sang thiết bị RPT
để tạo ngay ra mẫu vật 3 chiều.Như vậy, chỉ riêng một vấn đề nhỏ của kĩ thuật tự
động hoá, CAD đã có thể làm thay đổi nhiều quá trình sản xuất. Khi mới ra đời,

CAD đã được một cơ quan khoa học của Mỹ đánh giá như một công nghệ mới
“làm tăng năng suất lên gấp bội, mà chưa công nghệ nào đạt tới”, đồng thời dẫn
ra ví dụ minh hoạ về việc rút ngắn thời gian thiết kế một chiếc máy bay từ 1,5
năm với hơn 1 ngàn kĩ sư, xuống còn vài tuần với một nhóm nhỏ kỹ sư. Ngày
nay, CAD vẫn trên đà phát triển mới.Một ứng dụng nữa của kĩ thuật tự động hoá
là có thể dùng máy tính trực tiếp điều khiển đến từng thiết bị, từng dây chuyền
sản xuất cũng như toàn bộ hệ thống sản xuất. Từ việc điều khiển số NC
(Numerical Control), điều khiển bằng máy tính CNC (Computer Numerical
Control) cho đến việc ứng dụng các “máy tính nhúng” trong các bộ điều khiển
các thiết bị, là một bước đường dài của sự phát triển làm tăng sự ổn định và hiệu
quả sử dụng lên rõ rệt.Một trong những đặc trưng của trình độ tự động hoá hiện
đại là mức độ xử lí thông minh trong các tình huống xẩy ra ở quá trình công
2


nghệ. Vì vậy, cần có những sensor tinh xảo để nhận biết về các tình huống đó.
Ngày nay, trên cơ sở những thành tựu của hệ thống tích hợp khoa học Micro và
Nano (Micro Nanoscience Integrated Systems) nhiều tổ hợp các sensors tạo ra
các cụm cảm biến đa năng, cho phép nhanh chóng nhận thức môi trường và tình
huống từ nhiều thông tin cùng một lúc.
Vài nét đặc trưng của ngành tự động hoá hiện đại vừa điểm qua, càng tô
đậm vai trò chủ đạo của nó trong nền kinh tế kĩ thuật hiện đại.
Ngày nay, nhiều người đã thừa nhận rằng, nói đến công nghiệp hoá, hiện
đại hoá không thể không nói đến tự động hoá, mà linh hoạt hoá là một trong
những tiêu chí quan trọng để đánh giá hệ thống tổ chức sản xuất đáp ứng yêu
cầu cạnh tranh khốc liệt trên thị trường. Những bước đi từ số hoá đến máy tính
hoá hệ thống sản xuất, dịch vụ ngày càng thực hiện theo con đường mềm hoá,
linh hoạt hoá để thích nghi với thị trường biến động. Hệ thống sản xuất linh hoạt
FMS (Flexible Manufacturing Systems) trở thành biểu tượng cho nền sản xuất
hiện đại. Hệ thống sản xuất tự động này cho phép đáp ứng nhanh với yêu cầu

thay đổi mẫu mã và đặc tính kĩ thuật của sản phẩm trong thị trường cạnh tranh.
Hệ thống sản xuất linh hoạt cũng rất thích hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ.
Hệ thống sản xuất tích hợp với máy tính CIM (Computer Integrated
Manufacturing) trở thành cốt lõi cho hệ thống quản lý công nghệ và kinh tế của
các doanh nghiệp hiện đại. Như vậy, càng ngày tự động hoá càng nổi lên với vai
trò chủ đạo, dẫn dắt nhiều ngành kinh tế kĩ thuật phát triển.
Bản thân tự động hoá là một liên ngành. Nó không thuộc một ngành kinh
tế kĩ thuật riêng biệt nào, nhưng lại có mặt ở hầu hết các ngành kinh tế kĩ thuật.
Nếu hình ảnh “máy tính nhúng” (embeded) trong từng thiết bị và trong cả doanh
nghiệp hiện đại là một hình ảnh đẹp đã phổ biến khắp nơi, thì cũng có thể nói
rằng, ngày nay tự động hoá đã “nhúng” trong hầu hết các ngành kinh tế kĩ thuật.
Từ cuối thế kỉ 18, người châu Âu đã bắt đầu sản xuất và sử dụng sản
phẩm mì sợi.Và nó trở thành thực phẩm truyền thống của các nước châu âu, đặc
biệt là ở Ý và Pháp . Sau đó, sản phẩm du nhập vào châu Á . Và sau đó, để tiết
3


kiệm thời gian chế biến, người châu Á ( đầu tiên là Nhật ) đã đưa ra công nghệ
sản xuất mì chuẩn bị bữa ăn nhanh gọi là mì ăn liền . Từ đó đến nay, mì ăn liền
đã không ngừng được cải tiến và phát triển về sản lượng và chất lượng . Công
nghệ sản xuất mì ăn liền luôn được nâng cao.
Em xin được giới thiệu đề tài “Điều khiển giám sát hệ thống sản xuất mì
gói” sử dụng S7-300 và được mô phỏng trên WinCC . Dây chuyền đóng gói này
là dây chuyền tự động nên nó sẽ giảm bớt được sức lao động so với việc làm thủ
công và đồng thời làm tăng năng suất sản xuất cũng như chất lượng gói mỳ sẽ
tốt hơn và ổn định hơn.
Trong quá trình làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ
bảo nhiệt tình của các thầy cô giáo cũng như sự góp ý xây dựng của các bạn bè
đồng nghiệp. Đặc biệt là sự giúp đỡ của giảng viên ThS. Đỗ Thị Mai. Em xin
chân thành cảm ơn sự giúp đỡ này.

Thái Nguyên, ngày tháng 09 năm 2019
SINH VIÊN THỰC HIỆN BÁO CÁO

Mai Văn Trường

Đinh Danh Tâm

Mục tiêu của đề tài:
Điều khiển và giám sát dây chuyền sản xuất mì ăn liền dùng S7-300 và phần
mềm WinCC.
Nội dung cơ bản dự kiến thực hiện:
Chương 1: Hệ thống điều khiển giám sát
Chương 2: Tổng quan về hệ thống điều khiển và sản xuất mỳ gói
Chương 3: Phân tích thiết kế mô hình hệ thống
Chương 4: Thiết kế hệ điều khiển
Chương 5: : Thiết kế mạng SCADA cho hệ thống dây chuyền phân loại sản
phẩm

4


CHƯƠNG 1 – HỆ THỐNG ĐIỀU KHỂN GIÁM SÁT
1.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát
1.1.1 Định nghĩa SCADA.

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là hệ thống điều
khiển giám sát và thu thập dữ liệu.

Hình 1.1 Đối tượng điều khiển của hệ thống SCADA
Đây là hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát, điều khiển các hệ

thống điều khiển tự động như: Nhà máy sản xuất, trong các hệ thống thông tin
viễn thông, hệ thống điện lưới và các nhà máy cung cấp nước sạch… Để làm
được công việc đó thì hệ SCADA phải có các hệ thống sau:
 Hệ thống truy cập dữ liệu
 Hệ thống truyền tải dữ liệu
 Dao diện người - máy HMI (Humen Machine Interface)

HMI sử dụng ở cấp điều khiển giám sát và ở các cấp dưới hơn, để thuận
tiện hơn cho người vận hành hệ thống hoặc thiết bị. Các loại dao diện HMI bao gồm:
 PO-Perator Panel: Màn hình vận hành
 TP-Touch Panel: Màn hình cảm ứng
 Multy Panel…

Do sự phát triển của các chuẩn truyền thông công nghiệp và các phần
mềm công nghiệp, nên việc chú trọng vào thiết kế một hệ SCADA là lựa chọn

5


công cụ phần mềm để thiết kế giao diện HMI và giải pháp tích hợp hệ thống là
vấn đề cốt lõi để xây dựng một hệ thu thập và điều khiển giám sát.
1.1.2 Các loại hệ thống SCADA.

Hệ thống SCADA được chia thành 4 nhóm chính với các chức năng như
sau: Là hệ SCADA mang tính độc lập hoặc được nối mạng, hệ SCADA không
có khả năng đồ họa và một loại có khả năng xử lý đồ họa thông tin thời gian thực.
a) Hệ thống SCADA mờ (Blind).
Đây là hệ thống SCADA hết sức giản đơn, nó không có một bộ phận
giám sát mà chỉ có nhiệm vụ là thu thập và xử lý dữ liệu bằng đồ thị.
Ưu điểm của nó là: Do công nghệ cấu thành mạng đơn giản nên có giá

thành thấp
b)Hệ thống SCADA độc lập.
Đây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với một bộ vi xử lý. Hệ
này chỉ điều khiển được một hoặc hai máy móc, nên chủ yếu sử dụng ở trong
các đơn vị sản xuất có quy mô nhỏ và vừa...
c) Hệ thống SCADA Mạng.
Đây là hệ thống có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với nhiều bộ vi
xử lý. Các máy tính giám sát nối mạng với nhau. Thường chúng được sử dụng
nhiều trong các dây chuyền sản xuất nơi có nhiều máy móc cần phải điều khiển.
Thông qua các mạng truyền thông, toàn bộ hệ thống được kết nối với
phòng điều khiển cấp phân xưởng, phòng giám sát cấp công ty. Hoặc có nhận tín
hiệu điều khiển trực tiếp từ phòng quản lý và phòng thiết kế.
d)Hệ thống SCADA xử lí đồ họa thông tin thời gian thực.
Hệ thống có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu. Nhờ các thông tin đã
được thu thập trước của máy tính mà hệ có khả năng mô phỏng quá trình hoạt
động của hệ thống sản xuất. Nhờ máy tính ghi lại toàn bộ dữ liệu quá trình hoạt
động của hệ thống nên khi xảy ra sự cố thì hệ thống có thể báo cho người vận
hành, hoặc tự động xử lý lỗi xảy ra đó.

6


e) Đánh giá một hệ SCADA.
Để đánh giá một hệ điều khiển và giám sát SCADA thì cần phải phân tích
các đặc điểm của hệ thống theo một số tiêu chuẩn như:
 Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm điều khiển việc thực hiện

xây dựng các màn hình giao diện.
• Số lượng và chất lượng của các thành phần đồ họa có sẵn, khả năng
truy cập và cách kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật có tốt không.

• Tính năng mở của hệ thống, chuẩn hóa các giao diện quá trình, khả
năng hỗ trợ xây dựng các chức năng trao đổi tin tức (Messaging), xử lý sự kiện
và sự cố (Event and Alarm), lưu trữ thông tin (Archive and history) và lập báo
cáo (Reporting)
• Tính thời gian thực và hiệu suất trao đổi thông tin, với nền Windown thì
hỗ trợ sử dụng mô hình phần mềm ActiveX Control và OPC.
• Xem xét giá thành tổng thể của hệ thống
1.1.3 Sự phân cấp quản lí của hệ thống SCADA.

Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với một hệ
thống công nghiệp bất kỳ. Đặc thù của hệ tự động là quy mô của hệ thống sản
xuất rất lớn, trải trên một không gian rộng, bao gồm nhiều phần tử, thiết bị với
các chức năng, nguyên lý làm việc khác nhau. Do đó việc sử dụng một hệ thống
điều khiển trung tâm để đảm nhận tất cả các chức năng giám sát và điều khiển là
hết sức phức tạp. Chính vì vậy mà tùy theo mức độ quan trọng và yêu cầu những
tính năng giám sát, điều khiển mà các chức năng giám sát, điều khiển và thu
thập dữ liệu được phân phối và phân cấp cho các thiết bị khác nhau.
Cấp thứ nhất:
Là các phần tử có chức năng:
- Giám sát các thông số vận hành của hệ thống, ra lệnh cho các phần tử
chấp hành thực hiện chức năng điều khiển, ghi chụp, phân tích sự cố xảy ra
trong quá trình hoạt động của hệ thống.

7


- Thu thập số liệu, thông số vận hành ở các chế độ bình thường để gửi lên
các máy tính điều khiển mức trạm (Substation Server) hoặc các thiết bị đầu cuối
RTU (Remote Terminal Unit). Trong các hệ thống hiện đại, các phần tử này
được gọi chung là các thiết bị điện tử thông minh IED (Intelligent Electronic

Devices).
Cấp thứ hai
Là các trạm điều khiển SS (Substation Server) và RTU có chức năng chủ
yếu là thu thập số liệu từ các IED do nó quản lý, lưu lại trong cơ sở dữ liệu phục
vụ các nhu cầu đọc dữ liệu tại chỗ qua các giao diện người máy HMI (Human
Machine Interface) và truyền dữ liệu thu thập được lên cấp quản lý cao hơn theo
các chuẩn truyền thông.
Cấp thứ ba
Cấp thứ ba là trung tâm điều khiển toàn hệ thống, nơi thực hiện việc thu
thập số liệu từ các Điều khiển trạm SS (Substation Server) và RTU, thực hiện
các chức năng tính toán, đánh giá trạng thái của hệ thống, thực hiện các chức
năng điều khiển quan trọng, lên kế hoạch vận hành toàn hệ thống.
Do quy mô rộng lớn của hệ thống điều khiển và giám sát hiện đại, các
trạm điều khiển trung tâm còn có thể được chia thành các cấp điều khiển trung
tâm (Central Control) và các trạm điều khiển vùng (Area Control Center).
Luồng thông tin trong hệ thống điều khiển tích hợp:

Hình 1.2 Phân cấp chức năng trong hệ SCADA
8


Bảng 1.1. Bảng chức năng nhiệm vụ các cấp trong hệ SCADA
Level
Level I

-

Chức năng, nhiệm vụ
Thu thập dữ liệu quá trình công nghệ thời gian thực;

-

Tính toán theo algorithm và đưa ra tín hiệu điều khiển theo

qui luật cho trước;
-

Báo hiệu về việc vượt quá ngưởng cho phép của các thông

số;
-

Block những hành động lổi của Operator và thiết bị điều

khiển;
-

Ngăn ngừa xãy ra Alarm.
Thu thập thông tin từ cấp dưới, xữ lý, lưu trữ và monitoring;

-

Đưa ra tín hiệu điều khiển trên cơ sở phân tích thông tin;

-

Chuyển thông tin về việc sản xuất ở các xưởng, xí nghiệp

-

Level II

cho cấp cao hơn;
-

Tính toán những thông số thứ cấp, trong đó, chỉ số chất

lượng sản phẩm, chỉ số kinh tế-kỹ thuật;
-

Lưu trữ thông tin;

-

Đưa ra các report;

-

Chuẩn đoán về sự hư hỏng của các phần tử trong hệ thống;

-

Xác định thông số, cấu hình của các thiết bị điều khiển và

những bộ điều khiển cục bộ của Level 1;
-

Level III

Thay đổi cấu trúc các hệ thống điều khiển cục bộ, thay đổi

trạng thái làm việc của các thiết bị điều khiển.
- Tối ưu các chỉ số kinh tế về sản xuất;
-

Điều khiển theo các chỉ số kinh tế, kinh tế-kỹ thuật;

-

Quản lý tài nguyên của công ty;

-

Lưu trữ thông tin;

-

Đưa ra kế hoạch sản xuất.

9


1.1.4 Chức năng của hệ thống SCADA.

- Chức năng giám sát: Giám sát và đảm bảo tính chính xác của toàn bộ
các thông số vận hành của hệ thống
- Chức năng điều khiển:
+ Điều khiển quá trình chính xác, tin cậy
+ Cài đặt các thông số từ xa khi có nhu cầu thay đổi cấu trúc, quy mô hệ
thống, yêu cầu công nghệ dẫn tới một số thông số vận hành hệ thống bị thay đổi

theo.
- Chức năng quản lý, lưu trữ dữ liệu:
+ Giám sát sự cố xảy ra trong quá trình hoạt động của hệ thống, cảnh báo
sự cố bằng âm thanh, màu sắc, hoặc thông báo trên màn hình hiển thị
+ Ghi nhận, lưu trữ dữ liệu, thông tin vận hành, thông tin sự cố hệ thống
(logging/archiving)
+ Lập biểu đồ (Trending): các sản phẩm SCADA đều được hỗ trợ tiện ích
lập biểu đồ
+ Điều khiển báo động (Alarm handing): thực hiện báo động dựa trên
kiểm tra giới hạn và trạng thái thực hiện trên các server
+ Xuất báo cáo (Report Generation): xuất báo cáo dưới dạng truy vấn
SQL cho lưu trữ file, bảng ghi sự kiện dạng text, file sự kiện dạng html,...báo
cáo có thể xuất, in hoặc lưu trữ tự động.
- Tính năng thời gian thực:
SCADA là một hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu trong
thời gian thực, do đó tính năng thời gian thực của hệ thống là rất cân thiết và
quan trọng. Tính năng thời gian thực ảnh hưởng tới độ chính xác, đúng đắn của
các kết quả đầu ra. Một hệ thống có tính năng thời gian thực không nhất thiết
phải có phản ứng thật nhanh mà quan trọng hơn là phải có phản ứng kịp thời đối
với các yêu cầu và tác động bên ngoài.

10


Một hệ thống có tính năng thời gian thực yêu cầu hệ thống BUS phải có
những tính năng: Độ nhanh nhạy, tính tiền định, độ tin cậy,kịp thời, tính bền
vững.
- Kiểm soát truy cập:
Người dùng được chỉ định vào các nhóm, mỗi nhóm đều được định nghĩa
quyền truy cập đọc/ghi (read/write) các thông số của quá trình điều khiển.

1.2 Cấu trúc hệ thống SCADA.

Trong các hệ thống SCADA thì các cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng
vai trò là giao diện giữa thiết bị điều khiển với quá trình sản xuất. Còn hệ thống
điều khiển giám sát đóng vai trò là giao diện giữa người và máy. Các thiết bị và
các bộ phận của hệ thống được ghép nối với nhau theo kiểu điểm - điểm (Point
to Point), hoặc thông qua mạng truyền thông công nghiệp.
Tín hiệu thu được từ cảm biến có thể là tín hiệu nhị phân, tín hiệu số hoặc
tím hiệu tương tự. Khi xử lý trong máy tính chúng ta phải được chuyển đổi cho
phù hợp với các chuẩn giao diện vào/ra của máy tính.
Các thành phần chính:
 Giao diện quá trình: Là các phần tử chấp hành, cảm biến, thiết bị đo,

các thiết bị chuyển đổi…
 Thiết bị điều khiển tự động: Bao gồm các bộ điều khiển logic khả trình

PLC (Programable Logic Controller), bộ điều khiển chuyên dụng tỷ lệ vi tích
phân PID, các thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ CDC (Compact Digital Controller) và
máy tính điều khiển với các phần mềm điều khiển chuyên dụng.
 Hệ thống điều khiển giám sát: Bao gồm các phần mềm hỗ trợ và giao

diện người-máy HMI (Human Machine Interface), các trạm kỹ thuật, trạm vận
hành giám sát và điều khiển cao cấp.
 Hệ thống truyền thông: gồm các thiết bị được ghép nối điểm - điểm

(Point to Point), Bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống.

11

Hình 1.3 Minh họa cấu trúc cơ bản hệ SCADA

Hình 1.4. Minh họa hê thống SCADA hiện đại

12


Bảng 1.2. Một số hệ thống SCADA tiêu biểu
SCADA
Intouch
WinCC
Trace Mode
Vijeo Look
LabView
Citect

Company
Wonderware
Siemens
AdAstra
Schneider Electric
National Instrument
Ci Technologies

Country
USA
Germany
Russia
France
USA

Australia

1.3 Cấu trúc phần cứng của hệ thống điều khiển giảm sát

Một mạng SCADA về bản chất là sự kết hợp của các máy chủ, máy tớ và
các thiết bị trường được kết nối với nhau bởi mạng truyền thông. Thông tin sử
dụng bởi các máy chủ được thu thập bửi các bộ điều khiển/cảm biến. Các máy
tớ là các giao tiếp được sử dụng bởi người vậ hành để tương tác với hệ thống.
Các máy chủ thường được đặt tại các nhà máy chính/trạm chính. Chúng truyền
thông với các bộ điều khiển cục bộ hoặc ở các vị trí xa.
Cơ cấu cơ bản của hệ thống SCADA như sau:
-

Trạm thu thập dữ liệu trung gian: là khối thiết bị vào/a đầu cuối từ xa

RTU hoặc các khối (bộ) vi điều khiển logic lập trình PLC có chức năng giao tiếp
với các thiết bị chấp hành (cảm biến cấp trường, cơ cấu chấp hành...)
- Trạm điều khiển giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung
tâm (Center host computer server).
- Giao diện người – máy (Human – Machine Interface): là các bộ hiển thị
quá trình hoạt động của hệ thống.
- Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp,
các thiết bị viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dòng kênh có chức năng truyền
dữ liệu cấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ.
- Một hệ thống SCADA (điều khiển, giám sát và thu thập các dữ liệu) là
một hệ thống bao gồm các thiết bị đầu cuối (hay RTU) thu thập các dữ liệu của
hệ thống sau đó liên kết trở về trạm chủ thông qua hệ thống giao tiếp. Trạm chủ
hiển thị dữ liệu thu thập được và cho phép người vận hành thực hiện các tác vụ
điều khiển từ xa.
13

Đối với một hệ thống SCADA phức tạp cần thiết phải có 5 cấp:
-

Các thiết bị cấp trường và cấp điều khiển
Các thiết bị đầu cuối RTU
Hệ thống giao tiếp
Các trạm chủ (MTU)
Bộ phận xử lý dữ liệu

Bộ RTU cung cấp goao thức kết nối tới các cảm biến tương tự (analog) và
cảm biến số tương tự ứng với mỗi tín hiệu thực tế.
Hệ thống truyền thông mạng cung cấp giao thức truyền thông giữa trạm
chủ và các thiết bị ở xa. Việc truyền thông này có thể sử dụng dây dẫn tín hiệu,
cáp quang, dây điện thoại, thậm chí có thể sử dụng tín hiệu vệ tinh. Các giao
thức cụ thể và kiểm tra phát hiện lỗi được sử dụng hiệu quả và tối quá trình
truyền dữ liệu.
Trạm chủ chủ (hoặc trạm con) thu thập dữ liệu từ các bộ RTU khác nhau
và cung cấp một giap diện để hiển thị thông tin và diều khiển các thiết bị ở xa.
1.4 Cấu trúc phần mềm của hệ thống điều khiển giảm sát.

Phần mềm SCADA có thể chua thành hai loại là bản quyền hoặc mở.
Những công ty phát triển phần mềm bản quyền để giao tiếp với phần cứng của
họ. Các hệ thống này được bán giống như cung cấp các giải pháp theo dạng
“ chìa khóa trao tay”. Vấn đề chính của hệ thống này là quá phụ thuộc vào
nhà cung cấp. Hệ thống phần mềm đã trở nên phổ biến vì khả năng tương tác mà
chúng mang lại cho hệ thống. Khae năng tương tác là khả năng để kết hợp các
thiết bị của nhiều nhà sản xuất trên cùng một hệ thống.
WINCC là một trong những gói phần mềm mở có trên thị trường hệ thống

SCADA. Ngoài ra, một số gói phần mềm SCADA hiện nay được tích hợp luôn
việc quản lý năng lương hệ thống nhà máy toàn diện.
Hệ thống WinCC bao gồm các hệ thống con:
• Hệ thống đồ họa (Graphics system)
• Ghi nhận cảnh báo (Alarm logging)
• Hệ thống lưu trữ (Archiving System)

14


• Hệ thống báo cáo (Report system)
• Truyền thông (Communication)
• Quản trị người dùng (user administration)
Hệ thống WinCC gồm có phần mềm cấu hình (Configuration Software)
và phần
mềm thực thi (Runtime software).
• Phần mềm cấu hình dùng để tạo ra project
• Phần mềm thực thi dùng để thực thi project trong khi xử lý.

Hình 1.19 Kiểu hệ thống SCADA điển hình
Theo hình 1.19, đầu tiên, dựa vào các trình biên tập trong phần mềm cấu
hình, ta tạo ra project. Tất cả các trình biên tập đều lưu trữ thông tin của project
trong cơ sở dữ liệu cấu hình (CS database). Khi thực thi, thông tin của project
được đọc ra từ CS database bởi phần mềm thực thi và project được thực thi. Dữ
liệu hiện tại của project được lưu tạm tại cơ sở dữ liệu thực thi (RT database).
15


• Hệ thống đồ họa hiển thị graphic trên màn hình, đồng thời cũng nhận
các thiết lập (input) từ người vận hành như khi người vận hành nhấp nút nhấn

hay nhập giá trị.
• Việc giao tiếp giữa WinCC và hệ thống tự động được thực hiện bởi
driver giao tiếp hay còn gọi là các kênh (channels). Các kênh này có nhiệm vụ
thu thập các giá trị quá trình cần thiết cho các thành phần trong WinCC, đọc giá
trị các tag từ hệ thống tự động và ghi các giá trị mới trở lại hệ thống tự động.
• Việc trao đổi dữ liệu giữa WinCC và các ứng dụng khác có thể được
thực hiện bằng OPC, OLE hay ODBC.
• Hệ thống lưu trữ lưu giá trị của quá trình vào nơi lưu trữ giá trị quá
trình. Các giá trị quá trình được lưu trữ được dùng để vẽ đồ thị (trend), đưa ra
báo cáo (report), ...
• Các gía trị của quá trình được theo dõi bởi tính năng ghi nhận cảnh báo
(Alarm logging). Nếu một giá trị giới hạn bị tràn, Alarm logging sẽ tạo ra một
message để cảnh báo. Và hệ thống message cũng nhận các xác nhận
(acknowledgements) từ người vận hành và quản lý các trạng thái của message.
Alarm logging lưu trữ tất cả các message vào nơi lưu trữ message.
• Quá trình sẽ được báo cáo bởi hệ thống báo cáo (Report system) theo
yêu cầu hoặc theo thời điểm định trước. Nơi lưu trữ giá trị quá trình và message
được sử dụng cho mục đích này.
1.5 Giải pháp mạng truyền thông cho hệ thống diều khiển giám sát.

Mang máy tính cục bộ (LAN — Local Area Networks) là việc chia sẻ
thông tin và tài nguyên hệ thống. Để cho phép tất cả các Nút (tNođe) trên mạng
SCADA có thể chia sẻ thông tin thì chúng cần phải được kết nổi bới một số giao
thức truyền dẫn. Phương pháp để kết nối này được gọi là giáo thức mạng, các
nút cần chỉa giao thức truyền điện này trong một cách nào đó để cho phép tất cả
các nút có thể truy cập mà không mất bất kỹ một nút nào đó đã được thiết lập,
Mạng LAN là một giao thức giao tiếp giữa các may tỉnh, may chủ server,
thiết bị đầu cuối, máy trạm (workstation) và nhiều thiết bị ngoại vị thông mình
16

khác. Các thiết bị này thương được gọi là Device hay Host, Mạng LAN cho
phép truy cập để các thiết bị cụ thể chia sẻ bởi nhiều người dùng, với khả năng
kết nối giữa tát cá các trạm trên cùng mạng với nhau. Mạng LAN thường được
sở hữu và quản lý bởi cá nhân hay trong hệ thông cục bò.
Ethernet được sứ đụng rộng rãi nhất trong hệ thông mạng LAN ngày này
vì giá thành rẻ và dễ sữ dụng. Việc kết nối hệ thống mạng SCADA qua mạng
LAN cho phép bất kỳ ai trong công ty có phần mềm bản quyên và được cho
phép truy cập đếu có thể truy cập vào hệ thống. Kế từ khi đữ liệu được xáy dựng
trở thành cơ sở dữ liệu, người dùng có thế bị hạn chế để đọc các thông tin, Và
vấn đề về an toàn (security) rõ rằng là một mới quan tắm hàng đầu và hệ thống
SCADA hiện nay có thể giải quyết văn để này.

Hình 1.20 Hệ thống SCADA trao đổi dữ liệu qua mạng Ethernet

17


CHƯƠNG 2:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ SẢN XUẤT MỲ GÓI
2.1 Khảo sát dây chuyền sản xuất mỳ gói tại Công ty Acecook Việt Nam

Công ty Acecook Việt Nam bắt đầu tổ chức cho người tiêu dùng đến tham
quan nhà máy từ năm 2013, tính đến nay, bình quân mỗi năm có khoảng 11.000
khách được tiếp đón đến với chương trình này.
Đến với nhà máy của Acecook Việt Nam, khách tham quan được “mục
thị” trực tiếp quy trình sản xuất mì ăn liền với các thiết bị triệu đô cùng hệ thống
nhà xưởng khép kín, sạch sẽ, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm ở mức cao
nhất. Trung bình, mỗi nhà máy có chi phí đầu tư lên đến hơn 50 triệu USD, với
tỷ lệ tự động hóa hơn 80% cùng năng suất sản xuất trung bình 600 gói và 420 ly

mì mỗi phút trên một dây chuyền. Sở hữu công nghệ được chuyển giao hoàn
toàn từ công ty mẹ tại Nhật Bản cùng đội ngũ chuyên gia quản lý chất lượng
người Nhật. Mỗi năm, nhà máy của Acecook cung cấp gần 3 tỉ bữa ăn an toàn,
an tâm cho người Việt.

Nhà máy Acecook Việt Nam

18


Thông qua hành lang bằng kính, người tiêu dùng có thể quan sát trực tiếp
toàn bộ hoạt động bên trong nhà máy với 12 công đoạn sản xuất, từ khâu trộn
bột tới việc hoàn chỉnh sản phẩm và đóng thùng.
Theo đó, nguyên liệu chính dùng để sản xuất mì ăn liền là bột lúa mì nhập
khẩu, dầu cọ chất lượng cao và các loại gia vị, rau củ quen thuộc khác. Tất cả
đều trải qua quá trình kiểm định, đảm bảo không biến đổi gien, không có dư
lượng thuốc trừ sâu... trước khi đưa vào sản xuất.

Tại nhà máy, bột mì và gia vị sẽ được đưa vào thiết bị trộn bột khép kín,
trộn đều cùng chiết xuất nghệ tươi để tạo màu vàng bắt mắt cho sản phẩm mì.
Tiếp theo là từng bước sản xuất tỉ mỉ, cẩn trọng với công đoạn cán tấm, tạo sợi.
Thật thú vị khi người tiêu dùng được cung cấp thông tin gợn sóng đặc trưng của
mì ăn liền được hình thành là do việc tạo độ lệch tốc độ giữa dao cắt và băng
chuyền di chuyển sợi mì.
Một sự thật khác được hé lộ là quá trình chiên mì không phải để làm chín
vắt mì như mọi người vẫn hình dung như chế biến thực phẩm tại nhà, mà trước
khi chiên, mì đã được hấp chín bằng hơi nước ở 100 độ C. Vì vậy, chiên chỉ là
công đoạn làm giảm hàm lượng độ ẩm trong vắt mì xuống mức thấp nhất để mì ăn
liền có thể bảo quản được lâu trong thời gian 5 - 6 tháng mà không bị nấm mốc.

19


Sau khi cấp gói gia vị, đóng gói, sản phẩm được kiểm tra chất lượng bởi
hệ thống cân định lượng, dò dị vật, dò kim loại nhằm đảm bảo sản phẩm đến tay
người tiêu dùng là sản phẩm chất lượng tốt nhất.
Toàn bộ quy trình sản xuất mất khoảng 20 - 25 phút để cho ra được 1 sản
phẩm mì ăn liền. Chứng kiến và cảm nhận sự đầu tư từ giá trị của nhà sản xuất
đến sự chăm chút của từng cán bộ công nhân viên cho mỗi sản phẩm, người tiêu
dùng hoàn toàn bị chinh phục và thay đổi suy nghĩ về sản phẩm mì ăn liền: Sử
dụng để ăn liền nhưng cách làm của nhà sản xuất thì không “ăn liền” chút nào.
2.2 Xây dựng sơ đồ công nghệ hệ thống

A, Sơ đồ công nghệ đầy đủ của 1 hệ thống sản xuất mỳ gói:

B, Thuyết minh về sơ đồ công nghệ:
1,Trộn bột

Mục đích: Đây là một khâu quan trọng của quá trình sản xuất mì ăn liền.
Mục đích của quá trình nhào bột là để tạo khối bột nhào có độ đồng nhất, độ
dẻo, độ ẩm cần thiết chuẩn bị cho khâu cán bột được diễn ra một cách thuận
lợi. Phân phối nước, gia vị và phụ gia đồng đều trong khối bột nhào nhằm tăng
chất lượng sản phẩm và tăng giá trị cảm quan.

20


Yêu cầu của khối bột sau khi nhào
-Bột sau khi trộn phải dẻo, dai.
-Bề mặt tơi xốp.

- Đạt độ đồng đều, không vón cục lớn.
-Không quá khô hoặc quá ướt.
-Khi nắm bột trên tay, buông ra bột không bị rời rạc.
- Bột có độ dẻo mềm nhưng không dính tay.
-Bột có màu vàng, vàng nhạt hay trắng ngà tùy theo mục đích sản xuất.
-Độ ẩm từ 32 – 34%.
2. Các biến đổi trong quá trình trộn bột

Khi nhào bột, Những cấu tử rời rạc liên kết với nhau tạo khối đồng nhất,
khối lượng riêng, độ nhớt hỗn hợp thay đổi. Protein hút nước tạo trạng thái dẻo,
hạt tinh bột trương nở.
Bột mì nếu đủ lượng nước thì gliadin và glutenin sẽ hấp thụ nước và
tương tác với nhau và với các thành phần khác trong khối bột nhào tạo ra những
sợi chỉ và màng (mạng gluten) dính các hạt tinh bột thấm nước lại với nhau tạo
thành hệ keo. Ở nhiệt độ thấp mạng gluten được hình thành chặt và mạnh hơn
còn khi nhiệt đô bột nhào cao thì bột trương nhanh và vụn nát tạo khó khăn cho
quá trình cán.
Các phần phân tử thấp của gluten dễ dàng chịu tác dụng phân tán của
nước và một phần peptit hoá kết quả tạo ra áp suất thẩm thấu bên trong gluten,
áp suất này làm cho nước khuếch tán vào trong gluten, sự khuếch tán đó có kèm
theo sự tăng thể tích.
Khi bột mì gặp nước thì quá trình hydrat hóa bắt đầu diễn ra. Ở trong
khoảng nhiệt độ từ 25– 40oC thì sự hydrat hóa xảy ra yếu do có sự hydrat hóa
gluten. Sự hydrat hóa tinh bột trong khoảng nhiệt độ này hầu như không thay
đổi. Ở nhiệt độ 60 oC thì sự hydrat hóa bột do hydrat hóa tinh bột tăng khá lớn
trong khi sự hydrat hóa gluten giảm. Như vậy sự trương nở của bột ở nhiệt độ

21

thấp phần lớn là nhờ sự trương nở thẩm thấu của gluten còn ở nhiệt độ cao hơn
là nhờ sự liên kết thẩm thấu của dung môi với tinh bột.
Tinh bột có trong bột mì khoảng 70%, ở nhiệt độ 30 oC nó hấp thụ đến
30% nước nhờ hoạt tính của các nhóm háo nước.
Dưới tác dụng của các hệ enzyme amylase, protease, lipase sẽ làm thủy
phân tinh bột, protein, và lipit thành các phần tử đơn giản hơn.
Ngoài ra, khi trộn bột có một lượng không khí lẫn vào trong khối bột nhào
làm cho khối gluten khó trương nở hơn. Lượng không khí càng nhiều thì tấm bột
sẽ dễ đứt khi cán.
3. Các yếu tố ảnh hưỡng đến quá trình trộn bột

Bột mì: Hàm lượng và chất lượng gluten của bột có ảnh hưởng lớn đến độ
dai, độ đàn hồi, của khối bột. Hàm lượng gluten càng lớn thì bột càng dai và
ngực lại. Độ ẩm bột càng thấp thì khả năng hút nước càng cao. Bột càng thô khả
năng hút nước càng thấp vì diện tích bề mặt riêng của nó bé nên lượng nước liên
kết với bột thấp. Bột thô có tốc độ trương nở protit chậm hơn bột mịn. Bột hạng
càng cao thì khả năng giữ nước càng thấp do lượng khoáng thấp.
Tinh bột làm cho bột nhào dẻo, sản phẩm ướt và tơi tốt. Trong quá trình
gia nhiệt cao, nó tạo ra trên bề mặt sản phẩm chất dextrin, ở trạng thái thiếu
nước dextrin làm cho bề mặt sản phẩm bóng.
Đường: có ảnh hưởng đến tính chất lý học của bột nhào. Đường làm cho
bột nhào trở nên mềm nhớt. Đường làm giảm sự trương nở protit, tùy theo nồng
độ của đường mà tốc độ trương nở của protit khác nhau. Kích thước của tinh thể
đường có ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm.. Hàm lượng gluten giảm khi
tăng lượng đường saccaroza. Khả năng hút nước của bột giảm khi tăng lượng
đường saccaroza.
Chất béo: khi tăng lượng chất béo thì bột nhào sẽ tơi, dẻo. Tạo màng trên
bề mặt protit làm chậm sự thấm nước vào bên trong protit. Chất béo cho vào bột
nhào sẽ tạo một màng mỏng có tác dụng bao trùm và bôi trơn các hạt bột, do đó
giữ được lượng không khí trong bột nhào làm cho sản phẩm xốp. Chất béo làm

22


giảm tính đàn hồi của gluten vì trên bề mặt các misen có hấp phụ một màng
mỏng chất béo làm yếu liên kết giữa các misen với nhau. Ảnh hưởng của chất
béo tốt hay xấu đến chất lượng sản phẩm còn tùy thuộc vào độ phân tán của
chúng trong bột nhào. Phương pháp tốt nhất để phân tán chất béo vào bột nhào
là phương pháp nhũ hóa và tất cả các dạng chất nhũ hóa đều có tác dụng giảm
độ nhớt và tăng độ dẻo bột nhào.
Muối ăn: khi thêm muối ăn vào bột nhào, muối sẽ phân ly thành các ion,
các ion này sẽ làm tăng hằng số điện môi của nước, làm giảm độ dày và điện
tích của lớp ion kép bao quanh các phân tử protein. Các phân tử protein sẽ tiến
đến gần nhau hình thành các tương tác ưa nước và kỵ nước tạo nên những phân
tử protein có khối lượng phân tử lớn làm tăng độ chặt của mạng gluten.
Nước: khối lượng, chất lượng và nhiệt độ của nước sẽ ảnh hưởng tới quá
trình nhào. Nước cứng hay có độ acid cao, nước nhiễm phèn hay nhiễm sắt sẽ
đều có tác động đến bột nhào.
Độ ẩm bột nhào: trong sản xuất cần theo dõi độ ẩm bột nhào. Độ ẩm quá
cao sẽ có ảnh hưởng xấu đến các giai đoạn gia công tiếp còn độ ẩm thấp thì gây
khó khăn trong khâu tạo hình.
Nhiệt độ: ảnh hưởng tới trương nở và tính chất vật lý của bột nhào, giới
hạn này đạt nhanh nhất ở 40oC. Vì ở nhiệt độ này gluten trương nở triệt để nhất.
Để đạt tới nhiệt độ thích hợp cho bột nhào ta cần chú ý hàng loạt yếu tố có ảnh
hưởng tới nhiệt độ. Gồm nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu và nhiệt độ sinh ra do
ma sát hay do các phản ứng hoá học, do quá trình hoà tan… Nhiệt độ của bột
nhào nên điều chỉnh bằng cách nấu nóng hoặc làm lạnh nguyên liệu dạng nước
trước khi cho vào máy trộn.
Thời gian nhào kết thúc khi khối bột nhào đạt các yêu cầu về sự đồng đều
và khả năng tạo mạng gluten. Nhào càng lâu thì khả năng giữ nước của gluten sẽ
giảm, vì protit bị biến tính dưới tác dụng cơ học. Nếu hàm lượng gluten thấp thì

đòi hỏi thời gian nhào nhiều hơn để gluten trương nở hoàn toàn. Nếu hàm lượng

23


gluten trung bình thì thời gian tạo thành bột nhào bé hơn, vì sự trương nở của
gluten đã đủ mức để tạo thành bột nhào.
Cường độ khuấy trộn: tăng số vòng của cánh khuấy trong máy nhào thì
thời gian sẽ rút ngắn. Dạng thiết bị và dạng cánh khuấy cũng ảnh hưỡng lớn đối
với quá trình nhào trộn bột.
4 . Cán mỳ

Mục đích: Cán bột là để nhồi ép bột ướt thành những tấm bột mỏng, mịn,
có kích thước theo yêu cầu. Quá trình cán làm tăng độ đồng nhất cho khối bột,
tạo những lá bột chắc dai, tạo điều kiện tốt cho các công đọan sau: cắt sợi, hấp,
chiên… Ngoài ra cán bột còn có tác dụng loại hết lỗ xốp không khí làm tăng độ
dai của mì.
Quá trình cán bột được thực hiện qua 3 giai đoạn: cán thô, cán bán tinh và
cán tinh. Tại các giai đoạn tấm bột cán sẽ có kích thước thay đổi theo thứ tự từ
dày cho đến mỏng.
Yêu cầu đối với quá trình cán:
· Tạo thành những lá bột mỏng có kích thước phù hợp qua từng lô cán.
· Tăng độ đồng nhất cho khối bột, tạo những lá bột chắc dai và đàn hồi.
· Lá bột mịn, mềm, không rách mép.
· Bề mặt nhẵn, bóng láng.
· Màu sắc trắng đều hoặc vàng đều , không bị lốm đốm.
· Trên bề mặt không có dấu vết do cán cắt không tốt gây ra.
· Độ dày lá bột qua từng lô cán phải giảm dần và độ dày lá bột cuối cùng
bằng độ dày sợi mì 0,8 mm.
Độ dai lá bột phụ thuộc vào: tỷ số ép, áp lực trục cán, hàm lượng các

muối có trong bột nhào, độ ẩm và độ xốp ban đầu của bột nhào.
2.3. Các biến đổi trong quá trình cán

Biến đổi vật lý
Giảm độ xốp của khối bột do đuổi được một phần không khí và giảm
lượng nước tự do, tỷ trọng của lá bột tăng. Tăng sự kết dính giữa các phần tử
24


làm khối bột dai và đàn hồi hơn. Tạo hình tấm cho khối bột. Các lá bột sau khi
qua các trục cán sẽ mỏng và dài ra. Các phân tử lớn như protein, tinh bột có
khuynh hướng định hướng dọc theo trục ép, làm tăng độ dai theo phương
ngang. Nhiệt độ lá bột tăng nhẹ.
Biến đổi hoá học
Dưới tác dụng của áp lực cao, khí bị nén lại quá mức sẽ có khuynh hướng
bị giải phóng khỏi tấm bột, phá vỡ một số liên kết giữa các phân tử trong tấm
bột. Đồng thời năng lượng sinh ra do lực ép sẽ làm các đại phân tử liên kết lại
với nhau, giảm khoảng trống giữa các phân tử. Một số liên kết mới sẽ được hình
thành dưới tác dụng của lực ép và một số mối liên kết sẽ không hình thành lại được.
Do đó khối bột nhào càng nhiều khí thì càng có nhiều mối liên kết bị phá vỡ.
Các mối liên kết hydro của nước với protein và tinh bột bị bẻ phá hủy 1
phần làm cho nước bị tách ra, dẩn đến việc giảm ẩm của khối bột nhào. Một số
sẽ hình thành các mối liên kết mới dưới tác dụng của lực ép, một số mối liên kết
sẽ không hình thành lại được. Dưới tác dụng ép và dưới tác dụng của lực ma sát
cũng sẽ làm nhiệt độ lá bột tăng lên dẫn đến biến tính của protein, giảm khả
năng liên kết với nước.
Sự có mặt của muối phosphat có tác dụng giữ cho lượng nứơc tách ra khỏi
các đại phân tử tồn tại trong lá bột, làm giảm độ mất nước của lá bột trong quá
trình cán. Các muối vô cơ khác có tác dụng làm tăng mối liên kết tĩnh điện giữa
các phân tử protein với nhau làm tăng độ dai cho mì.

Dưới tác dụng ép mạnh của trục cán, các phân tử protein và tinh bột sẽ bị
ép chặt, duỗi dài theo 2 hướng. Một số liên kết như liên kết hydro, VanderWalls
cũ sẽ bị cắt đứt. Hình thành nên các mối liên kết mới theo phương thẳng đứng.
Vì vậy sau lần cán đầu tiên bột có khuynh hướng kém dai hơn. Sau nhiều lần
cán, dưới tác dụng của áp lực trục cán sẽ hình thành các mối liên kết mới làm
tăng độ dai.

25