Điều khiển và giám sát mô hình máy nhuộm vải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH MÁY NHUỘM VẢI

GVHD: TS. NGƠ VĂN THUN
SVTH: BÙI TRƯƠNG TRUNG TÍN
MSSV: 11151173

SKL 0 0 3 9 7 5

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015


Mục Lục
Nhiệm Vụ Đồ Án Tốt Nghiệp ..................................................................................i
Nhận Xét của Giáo Viên Hƣớng Dẫn .....................................................................ii
Nhận Xét của Giáo Viên Phản Biện ..................................................................... iii
Lời Cảm Ơn ............................................................................................................. iv
Lời Nói Đầu ...............................................................................................................v
Tóm Tắt Đề Tài ....................................................................................................... vi
Chƣơng 1Tổng Quan ................................................................................................ 1
1.1. Đặt vấn đề. ...................................................................................................1
1.2. Mục tiêu đề tài. ............................................................................................4
1.3. Giới hạn đề tài. ............................................................................................4
1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................5
1.5. Nội dung đề tài ............................................................................................5

Chƣơng 2 Cơ Sở Lý Thuyết .................................................................................... 7
2.1. Tổng quan về công nghệ nhuộm vải. ..........................................................7
2.1.1. Dây chuyền công nghệ nhuộm trong thực tế. ...........................................7
2.1.2. Kỹ thuật chuẩn bị......................................................................................8
2.1.3. Kỹ thuật nhuộm. .....................................................................................10
2.1.4. Kỹ thuật hoàn tất vải...............................................................................12
2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình nhuộm và cách khắc phục ...............12
2.2.1.Các yếu tố ảnh hƣởng. .............................................................................12
2.2.2.Cách khắc phục........................................................................................13


2.3. Giới thiệu một số phƣơng pháp nhuộm phổ biến. .....................................13
2.3.1. Phƣơng pháp nhuộm gián đoạn ..............................................................13
2.3.2.Phƣơng pháp nhuộm liên tục ...................................................................14
2.3.3.Phƣơng pháp nhuộm bán liên tục ............................................................14
2.4. Một số thiết bị nhuộm thƣờng dùng trong công nghiệp ............................14
2.4.1. Máy nhuộm Jet .......................................................................................14
2.4.2. Máy nhuộm Winch .................................................................................15
2.4.3.Máy nhuộm Jigger tự động......................................................................16
2.5. Tiêu chuẩn đánh giá chất lƣợng ................................................................16
2.6.Một số phƣơng án pha màu ........................................................................17
2.7.Quy trình nhuộm chính của hệ thống .........................................................18
2.8.Cơ sở lý thuyết về mơ hình nhuộm vải ......................................................18
2.8.1.Động cơ nhuộm .......................................................................................18
2.8.2.Thiết bị điều khiển động cơ .....................................................................18
2.8.3.Thiết bị gia nhiệt ......................................................................................19
2.8.4.Thiết bị hồi tiếp nhiệt độ .........................................................................20
2.8.5. Bộ điều khiển ..........................................................................................20
2.8.6. Thiết bị giám sát .....................................................................................20

2.8.7.Hệ thống mạng truyền thông liên kết ......................................................20
2.9. Tổng quan về bộ điều khiển PID ...............................................................21
2.9.1.Giới thiệu về bộ điều khiển PID ..............................................................21
2.9.2. Phƣơng pháp lựa chọn các thông số cho bộ điều khiển PID ..................22

Chƣơng 3 Thiết Kế Hệ Thống Nhuộm ................................................................. 24
3.1.u cầu về mơ hình máy nhuộm ................................................................24
3.2.Mơ tả phần cứng. ........................................................................................25
3.3.Lựa chọn thiết bị điện .................................................................................26


3.4. Thiết kế hệ thống điện. ..............................................................................27
3.4.1.Lựa chọn Solenoid valve. ........................................................................27
3.4.2.Lựa chọn động cơ. ...................................................................................28
3.4.3.Lựa chọn máy bơm. .................................................................................29
3.4.4.Lựa chọn thiết bị gia nhiệt và mạch công suất cho thiết bị gia nhiệt. .....30
3.4.5.Lựa chọn cảm biến đo nhiệt độ và bộ chuyển đổi nhiệt độ .....................30
3.4.6.Lựa chọn thiết bị điều khiển động cơ ......................................................31
3.4.7.Màn hình PanelView 600 Touch .............................................................33
3.4.8.Lựa chọn bộ điều khiển ...........................................................................34
3.5.Kết nối phần cứng.......................................................................................35
3.5.1.Kết nối phần cứng....................................................................................35
3.5.2.Sơ đồ kết nối ngõ ra .................................................................................36
3.5.3.Kết nối Analog ........................................................................................38
3.5.4.Kết nối mạch động lực của mơ hình với điện áp 220VAC .....................39
3.5.5.Sơ đồ đi dây .............................................................................................41
3.6.Ứng dụng mạng truyền thông sử dụng trong mơ hình nhuộm vải .............43
3.7.Hàm điều khiển PID trong RSlogix5000 ...................................................45
3.8.Chƣơng trình điều khiển trên PLC CompactLogix L32E ..........................46
3.9.Phần mềm panelview Buider 32 .................................................................46

3.10.Phần mềm FactoryTalk view studio .........................................................47

Chƣơng 4 Sơ Đồ Giải Thuật. ................................................................................. 48
4.1. Thuật toán điều khiển. ...............................................................................48
4.2. Giải thuật điều khiển nhiệt độ. ..................................................................49
4.2.1.Sơ đồ trạng thái chƣơng trình chính ........................................................49
4.2.2.Sơ đồ trạng thái chƣơng trình con Auto ..................................................49
4.2.3. Sơ đồ trạng thái chƣơng trình con Manual .............................................50


4.3.Lựa chọn và thiết kế giao diện giám sát .....................................................51
4.3.1. Lựa chọn phần mềm giám sát .................................................................51
4.3.2.Giao diện giám sát ...................................................................................52
4.3.3. Màn hình hiển thị HMI ...........................................................................67

Chƣơng 5 Kết Quả. ................................................................................................. 78
5.1. Hình ảnh phần cứng mơ hình. ...................................................................78
5.1.1.Phần khung mơ hình. ...............................................................................78
5.1.2.Động cơ quay trống nhuộm .....................................................................78
5.1.3.Thiết bị chỉnh lƣu lƣợng ..........................................................................79
5.1.4.Thiết bị gia nhiệt......................................................................................79
5.1.5.Máy bơm..................................................................................................79
5.1.6.Thiết bị cảm biến .....................................................................................79
5.1.7.Tủ điều khiển ...........................................................................................80
5.2.Kết quả thực nghiệm. .................................................................................84
5.3.Phần mềm giám sát. ....................................................................................84
5.3.1.Giao diện SCADA ...................................................................................85
5.3.2.Giao diện HMI .........................................................................................96
5.4.Nhận xét....................................................................................................104

Chƣơng 6 Kết Luận và Hƣớng Phát Triển. ........................................................ 105
6.1. Kết luận. ..................................................................................................105
6.2. Hƣớng phát triển. .....................................................................................106

Phụ Lục .................................................................................................................. 108
Tài Liệu Tham Khảo............................................................................................. 113


Danh Mục Hình Ảnh
Hình 1.1.Kim ngạch xuất khẩu hàng dệt may của doanh nghiệp FDI và doanh
nghiệp trong nƣớc giai đoạn 2005-2012. ....................................................................2
Hình 1.2.Mơ hình máy nhuộm vải thực tế ..................................................................3
Hình 2.1.Mơ hình máy nhuộm Jet .............................................................................15
Hình 2.2.Máy nhuộm Winch .....................................................................................15
Hình 2.3.Máy nhuộm Jigger tự động ........................................................................16
Hình 2.4.Cách thức pha màu nhuộm .........................................................................17
Hình 2.5.Đáp ứng ngõ ra của hệ hở khi Kp=K.. ........................................................22
Hình 3.1.Sơ đồ 2D của mơ hình ................................................................................25
Hình 3.2.Sơ đồ khối của hệ thống .............................................................................26
Hình 3.3.Compact Logix 1769-L32E. ......................................................................34
Hình 3.4.Sơ đồ kết nối thiết bị trong mơ hình nhuộm vải. .......................................36
Hình 3.5.Sơ đồ kết nối của moudule OB 32 .............................................................37
Hình 3.6.Sơ đồ kết nối của moudule IF4. .................................................................38
Hình 3.7. Sơ đồ kết nối của moudule OF2 ................................................................39
Hình 3.8.Sơ đồ kết nối các thiết bị 1 pha ..................................................................39
Hình 3.9.Sơ đồ kết nối biến tần .................................................................................40
Hình 3.10.Sơ đồ đi dây hệ thống ...............................................................................41
Hình 3.11.Sơ đồ đi dây hệ thống. ..............................................................................42
Hình 3.12.Sơ đồ đi dây hệ thống. ..............................................................................43
Hình 3.13.Mạng truyền thơng Ethernet/IP ................................................................44

Hình 3.14.Mạng truyền thơng DeviceNet .................................................................45
Hình 3.15.Hàm điều khiển PID trong RSlogix5000. ................................................45
Hình 4.1.Sơ đồ trạng thái chƣơng trình chính. ..........................................................50
Hình 4.2.Sơ đồ trạng thái chƣơng trình con Auto. ....................................................50
Hình 4.3.Sơ đồ trạng thái chƣơng trình con Manual ................................................51
Hình 4.4.Màn hình đăng nhập ...................................................................................53


Hình 4.5.Màn hình chính của hệ thống. ....................................................................54
Hình 4.6.Màn hình pha và trộn thuốc nhuộm ở chế độ Manual. ..............................54
Hình 4.7.Màn hình chọn loại vải ở chế độ Manual ...................................................55
Hình 4.8.Màn hình quá trình ngâm, nhuộm và vắt chế độ Manual ..........................56
Hình 4.9.Màn hình chọn chế độ Auto. ......................................................................57
Hình 4.10.Màn hình chọn màu mặc định ..................................................................57
Hình 4.11.Màn hình chọn vải mặc định ....................................................................58
Hình 4.12.Màn hình tạo một chƣơng trình................................................................59
Hình 4.13.Màn hình chọn thơng số để pha và trộn màu mới ....................................60
Hình 4.14.Màn hình chọn thơng số để ngâm ............................................................60
Hình 4.15.Màn hình chọn thơng số để nhuộm. .........................................................61
Hình 4.16.Màn hình chọn thơng số để vắt ................................................................62
Hình 4.17.Màn hình chạy hệ thống. ..........................................................................63
Hình 4.18.Màn hình hiện thị thơng số pha và trộn màu............................................64
Hình 4.19.Màn hình hiện thị thơng số qua trình ngâm .............................................64
Hình 4.20.Màn hình hiện thị thơng số qua trình nhuộm. ..........................................65
Hình 4.21.Màn hình hiện thị thơng số quy trình vắt .................................................65
Hình 4.22.Màn hình TREND nhiệt độ ......................................................................66
Hình 4.23.Màn hình TREND tốc độ .........................................................................66
Hình 4.24.Màn hình ALRAM. ..................................................................................67
Hình 4.25.Màn hình đăng nhập HMI ........................................................................68
Hình 4.26.Màn hình chính của hệ thống trên HMI ...................................................68

Hình 4.27.Màn hình pha và trộn màu trên HMI .......................................................69
Hình 4.28.Màn hình chọn thơng số cho q trình ngâm, nhuộm, vắt .......................69
Hình 4.29.Màn hình chạy quá trình ngâm nhuộm vắt trên HMI ..............................70
Hình 4.30.Màn hình chọn chế độ trên HMI ..............................................................70
Hình 4.31.Màn hình chọn màu mặc định trên HMI ..................................................71
Hình 4.32.Màn hình chọn vải mặc định trên HMI ....................................................71
Hình 4.33.Màn hình tạo một chƣơng trình mới trên HMI ........................................72
Hình 4.34.Màn hình cài đặt thơng số pha và trộn màu trên HMI .............................72


Hình 4.35.Màn hình cài đặt thơng số ngâm trên HMI ..............................................73
Hình 4.36.Màn hình cài đặt thơng số nhuộm trên HMI ............................................73
Hình 4.37.Màn hình cài đặt thơng số vắt trên HMI. .................................................74
Hình 4.38.Màn hình chạy chế độ vận hành trên HMI...............................................74
Hình 4.39.Màn hình hiện thị thơng số pha và trộn màu trên HMI ...........................75
Hình 4.40.Màn hình hiện thị thơng số ngâm trên HMI.............................................75
Hình 4.41.Màn hình hiện thị thơng số nhuộm trên HMI ..........................................76
Hình 4.42.Màn hình hiện thị thơng số vắt trên HMI.................................................76
Hình 4.43.Màn hình cảnh báo trên HMI ...................................................................77
Hình 5.1.Mơ hình máy nhuộm vải ............................................................................80
Hình 5.2.Vị trí lắp đặt động cơ quay trống nhuộm ...................................................81
Hình 5.3.Vị trí lắp đặt trống nhuộm ..........................................................................81
Hình 5.4.Vị trí lắp đặt Solenoid Valve trong mơ hình ..............................................82
Hình 5.5.Vị trí lắp đặt thanh gia nhiệt điện trở đun nƣớc. ........................................82
Hình 5.6.Vị trí lắp đặt máy bơm trong mơ hình........................................................83
Hình 5.7.Vị trí lắp đặt cảm biến Pt100. ....................................................................83
Hình 5.8.Tủ điều khiển..............................................................................................84
Hình 5.9.Màn hình đăng nhập ...................................................................................85
Hình 5.10.Màn hình chọn chế độ ..............................................................................85
Hình 5.11.Màn hình chọn màu mặc định ..................................................................86

Hình 5.12.Màn hình chọn vải mặc định ....................................................................86
Hình 5.13.Màn hình cài đặt thông số công đoạn pha và trộn màu ...........................87
Hình 5.14.Màn hình cài đặt thơng số cơng đoạn ngâm vải .......................................87
Hình 5.15.Màn hình cài đặt thơng số cơng đoạn nhuộm vải ....................................88
Hình 5.16.Màn hình cài đặt thơng số cơng đoạn vắt vải ...........................................88
Hình 5.17.Màn hình chạy hệ thống ...........................................................................89
Hình 5.18.Màn hình giám sát cơng đoạn pha và trộn màu. ......................................89
Hình 5.19.Màn hình hiện thị thơng số qua trình ngâm .............................................90
Hình 4.20.Màn hình hiện thị thơng số qua trình nhuộm. ..........................................90
Hình 5.21.Màn hình hiện thị thơng số quy trình vắt .................................................91


Hình 522.Màn hình cài đặt thơng số cho vải mới chế độ Manual ............................91
Hình 5.23.Màn hình pha trộn màu nhuộm chế độ Manual .......................................92
Hình 5.24.Màn hình điều khiển ngâm, nhuộm, vắt vải chế độ. ................................92
Hình 5.25.Màn hình cảnh báo ...................................................................................93
Hình 5.26.File Access lƣu trữ dữ liệu đăng nhập và số lƣợng vải nhuộm................94
Hình 5.27.File Excel lƣu trữ dữ liệu sự cố hệ thống ................................................94
Hình 5.28.Đồ thị giám sát tốc độ động cơ nhuộm ....................................................95
Hình 5.29.Đồ thị giám sát nhiệt độ gia nhiệt trong quá trình ...................................95
Hình 5.30.Màn hình đăng nhập hệ thống trên HMI ..................................................96
Hình 5.31.Màn hình chọn chế độ hoạt động trên HMI .............................................96
Hình 5.32.Màn hình chọn màu mặc định trên HMI ..................................................97
Hình 5.33.Màn hình chọn vải mặc định trên HMI ....................................................97
Hình 5.34.Màn hình cài đặt thơng số cơng đoạn pha và trộn màu trên HMI ...........98
Hình 5.35.Màn hình cài đặt thơng số cơng đoạn ngâm vải trên HMI.......................98
Hình 5.36.Màn hình cài đặt thơng số cơng đoạn nhuộm vải trên HMI ....................99
Hình 5.37.Màn hình cài đặt thơng số cơng đoạn vắt vải trên HMI ...........................99
Hình 5.38.Màn hình chạy hệ thống trên HMI .........................................................100
Hình 5.39.Màn hình giám sát cơng đoạn pha và trộn màu trên HMI .....................100

Hình 5.40.Màn hình giám sát cơng đoạn ngâm vải trên HMI ................................101
Hình 5.41.Màn hình giám sát cơng đoạn nhuộm vải trên HMI ..............................101
Hình 5.42.Màn hình hiện thị thơng số vắt trên HMI...............................................102
Hình 5.43 Màn hình cài đặt thơng số vải mới ở chế độ Manual trên HMI .............102
Hình 5.44.Màn hình pha trộn màu nhuộm chế độ Manual trên HMI .....................103
Hình 5.45.Màn hình điều khiển ngâm, nhuộm, vắt vải chế độ Manual trên HMI ..103
Hình 5.46.Màn hình cảnh báo sự cố trên HMI .......................................................104


Danh Mục Bảng
Bảng 2.1.Độ tận trích của một số loại thuốc nhuộm. ................................................11
Bảng 2.2.Một số thông số kỹ thuật trong quá trình nhuộm ......................................11
Bảng 2.3.Một số tỷ lệ pha màu từ các màu cơ bản. ..................................................17
Bảng 2.4.Thông số bộ điều khiển P, PI, PID theo phƣơng pháp Zeigler-Nichols. ...23
Bảng 3.1.Bảng thông số kỹ thuật Solenoid vale .......................................................28
Bảng 3.2.Bảng thông số kỹ thuật động cơ ................................................................29
Bảng 3.3.Bảng thông số kỹ thuật bơm ......................................................................29
Bảng 3.4.Bảng thông số kỹ thuật bộ công suất .........................................................30
Bảng 3.5.Bảng thông số kỹ thuật Pt100 và bộ phát 2 dây. .......................................31
Bảng 3.6.Bảng thông số kỹ thuật biến tần Power Plex 700s ....................................32
Bảng 3.7.Bảng thông số kỹ thuật màng hình HMI. ..................................................33
Bảng 3.8.Giới thiệu các thiết bị kết nối với ngõ ra của module OB 32 ....................37


Danh Mục Từ Viết Tắt
SCADA: Supervisory Control and Data acquisition
SQL Sever: Structure Query Language Sever
PLC: Programmable Logic Controller
PID: Proportional Integral Derivative
Win CC: Windows Control Center

HMI: Human Media Interaction
AC: Alternating current
DC: Direct current



CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----

Tp. Hồ Chí Minh, ngày… tháng….năm 2015

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên Sinh viên: Bùi Trƣơng Trung Tín

MSSV: 11151173

Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

Lớp: 11151CL1

Họ và tên giáo viên hƣớng dẫn: TS. Ngô Văn Thuyên ĐT:
Ngày nhận đề tài: 06/03/2015Ngày nộp đề tài:23/07/2015
1. Tên đề tài: Điều Khiển Và Giám Sát Mơ Hình Máy Nhuộm Vải
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:……………………………………………………..
3. Nội dung thực hiện đề tài:


Khảo sát máy nhuộm vải thực tế và thiết kế mô hình đầy đủ các chức năng

của một máy nhuộm hồn chỉnh với khả năng pha màu tự động, ngâm, nhuộm và
vắt.


Lập trình máy nhuộm vải hoạt động theo cơng năng và quy trình nhuộm vải

(chƣơng trình lập trình mở, ngƣời vận hành có thể tạo 1 chƣơng trình tùy theo mục
đích sản xuất, tùy theo từng mã hàng, tất cả các thơng số có thể điều chỉnh).


Thiết kế giao diện giám sát SCADA và HMI để giám sát hệ thống, thu thập

các thơng số mơ hình, lập biểu đồ, cảnh báo chế độ vận hành khi xảy ra sự cố và
lƣu trữ dữ liệu.
4. Sản phẩm…………………………………………………………………………
TRƢỞNG NGÀNH

TS. Lê Mỹ Hà

GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN

TS. Ngô Văn Thuyên

i


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: Bùi Trƣơng Trung Tín

MSSV: 11151173

Ngành:

Cơng Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

Tên đề tài:

Điều Khiển và Giám Sát Mơ Hình Máy Nhuộm Vải

Họ và tên Giáo viên hƣớng dẫn:

TS. Ngô Văn Thuyên

NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................

2. Ƣu điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................

3. Khuyết điểm:

.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................

4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.................................................................................................................................................

5. Đánh giá loại:
.................................................................................................................................................

6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ........................................................................... )
.................................................................................................................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày….tháng….năm 20…
Giáo viên hƣớng dẫn

ii


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: Bùi Trƣơng Trung Tín
Ngành:
Tên đề tài:

MSSV: 11151173

Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa
Điều Khiển và Giám Sát Mơ Hình Máy Nhuộm Vải

Họ và tên Giáo viên phản biện: .....................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................

2. Ƣu điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................

3. Khuyết điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................

4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.................................................................................................................................................

5. Đánh giá loại:
.................................................................................................................................................

6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ........................................................................... )
.................................................................................................................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày ….tháng ….năm 20…
Giáo viên phản biện

iii


Lời Cảm Ơn
Lời đầu tiên nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô giảng dạy tại
trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là q thầy
cơ khoa Điện-Điện Tử đã giảng dạy và cung cấp những kiến thức bổ ích tạo tiền đề
quan trọng cho nhóm thực hiện đồ án này.
Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến giáo viên hƣớng dẫn TS.Ngô Văn
Thuyên đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, cung cấp các kiến thức mới và vật tƣ quan
trọng giúp nhóm có nhiều điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình thực hiện đồ án.
Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy TS. Nguyễn Minh Tâm, ThS. Hồng Ngọc
Văn, TS. Trƣơng Đình Nhơn, ThS. Tạ Văn Phƣơng và quý thầy cô giảng dạy tại
phịng thí nghiệm Rockwell Automation đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận
lợi cho nhóm có cơ hội nghiên cứu và thực hành tại phịng thí nghiệm.
Cảm ơn cha mẹ, bạn bè và những ngƣời thân đã góp ý kiến, giúp đỡ và động viên
nhóm hồn thành khóa luận tốt nghiệp.
Nhóm thực hiện
Bùi Trƣơng Trung Tín

iv


Lời Nói Đầu
Nền cơng nghiệp hiện đang phát triển và chiếm ƣu thế hơn so với các lĩnh vực khác
trong đời sống sản xuất.Trong đó, tự động hóa là một ngành mới nhƣng đang chiếm
vị trí quan trọng và khơng thể thiếu trong các hệ thống, các dây chuyền sản xuất.
Các hệ thống ứng dụng tự động hóa đang dần thay thế các hệ thống thủ công, thay
con ngƣời thực hiện các công việc nặng nhọc và khả năng thực hiện các cơng việc

một cách chính xác ngay cả những công việc tinh vi hiện đại, làm tăng năng suất
cũng nhƣ chất lƣợng mà giá thành giảm.
Để đạt đƣợc những thành tựu trên các hệ thống tự động phải đƣợc trang bị các thiết
bị điều khiển lập trình nhƣ bộ điều khiển PLC một hệ thống điều khiển, giám sát,
thu thập dữ liệu…có khả năng xử lý tại chỗ và khả năng nối mạng nhanh tạo thành
hệ thống mạng điều khiển theo chế độ thời gian thực. Ngoài chức năng điều khiển
và giám sát hệ thống cịn có nhiều cơ sở dữ liệu, khả năng tự xác định và khắc phục
hỏng hóc, khả năng thống kê, báo cáo và kết hợp với mạng máy tính quản lý lập kế
hoạch tạo thành hệ thống tự động hóa sản xuất tồn cục. Vì vậy, việc nghiên cứu
PLC và các hệ thống tự động trong công nghiệp là hết sức cần thiết.
Với một thực tế, học phải đi đôi với hành, lý thuyết phải gắn liền với thực tiễn, việc
thực hiện mơ hình thực tế là cơ hội để sinh viên trải nghiệm, tự học hỏi nghiên cứu
và vận dụng những kiến thức đã tích lũy vào thực tiễn, tạo ra một sản phẩm mang
tính ứng dụng và tính cơng nghiệp. Là điều kiện để tìm hiểu kỹ hơn về lý thuyết
điều khiển tự động, khả năng lập trình và giám sát hệ thống qua giao diện giám sát
SCADA, màn hình HMI.
Trong quá trình thực hiện, nhóm cũng gặp khơng ít khó khăn trong q trình thiết
kế và thi cơng mơ hình, do thiếu kinh nghiệm thực tế, kiến thức hạn chế và sức ép
về thời gian. Nên q trình hồn thành đồ án khơng tránh khỏi những thiếu sót. Do
vậy rất mong sự đóng góp q báu của các thầy cơ và các bạn để đề tài hoàn thiện
và phát triển tốt hơn.
Xin chân thành cảm ơn
Nhóm sinh viên thực hiện
v


Tóm Tắt Đề Tài
Đề tài này đƣợc xây dựng dựa trên mơ hình máy nhuộm vải thực tế. Nhóm thiết kế
ra mơ hình có khả năng pha màu hồn tồn tự động, sử dụng cảm biến nhiệt PT100
kiểm soát nhiệt độ gia nhiệt trong bồn nhuộm. Biến tấn điều khiển tốc độ động cơ

quay trống nhuộm nhằm tăng hiệu suất cho quá trình nhuộm và vắt vải. Để điều
khiển và giám sát các quá trình hoạt động của máy nhuộm vải nhóm đã sử dụng:
PLC CompactLogix L32E, biến tần PowerFlex 700S của hãng Allen-Bradley, phần
mền giám sát FactoryTalk View, Panelview Builder 32 của RockWell Automation
và một số phần mềm khác đã đƣợc sử dụng trong hệ thống.
Tồn bộ q trình đƣợc điều khiển và giám sát bằng hai giao diện SCADA và HMI.
Giao diện SCADA ứng dụng trong nhiều nhà máy tự động điều khiển hiện đại hiện
nay với những tính năng ƣu việt nhƣ khả năng giám sát, lập biểu đồ giúp ngƣời vận
hành có thể quan sát và ra những quyết định kịp thời; giao diện thân thiện, dễ sử
dụng, khả năng bảo mật cao. Bên cạnh đó, phần mềm FactoryTalk View còn hỗ trợ
việc mở rộng khả năng liên kết giữa các PLC cùng hãng hoặc khác hãng thông qua
OPC, ứng dụng phần mềm Kepware để lấy biến trung gian.Giao diện HMI cho phép
ngƣời dùng thao tác trên màn hình cảm ứng HMI PanelView 600. Tất cả các hoạt
động, các sự cố, các trạng thái của hệ thống đều đƣợc giám sát trên trên màn hình
HMI và máy tính.

vi


1. Tổng quan

Chƣơng 1

Tổng Quan
1.1 . Đặt vấnđề
Ngànhcông nghiệp dệt may phát triển theo từng giai đoạn của nền kinh tế và đóng
vai trị quan trọng trong q trình cơng nghiệp hố ở nhiều nước. Ngànhcơng nghiệp
dệt may có khả năng tạo nhiều việc làm cho người lao động, tăng danh thu, làm cơ
sở phát triển cho các ngành công nghiệp khác, góp phần nâng cao mức sống và ổn
định tình hình chính trị xã hội.Ngànhcơng nghiệp dệt may có liên quan chặt chẽ tới

sự phát triển của các ngành cơng nghiệp khác.
Vai trị của ngànhcơng nghiệp dệt may đặc biệt to lớn đối với kinh tế của nhiều
quốc gia trong điều kiện bn bán hàng hố quốc tế. Xuất khẩu hàng dệt may đem
lại nguồn thu ngoại tệ lớn để đầu tư máy móc thiết bị, hiện đại hố sản xuất, làm cơ
sở cho nền kinh tế nước nhà. Điều này đặc biệt thể hiện rõ trong lịch sử phát triển
kinh tế của các nước như Anh, Nhật, NICs, Nam Á và Đông Nam Á. Ở các nước
đang phát triển hiện nay, ngành cơng nghiệp dệt may góp phần phát triển nông
nghiệp thông qua tăng trưởng sản xuất bông, đay, tơ tằm và là phương tiện để
chuyển dịch cơ cấu kinh tế từ kinh tế nông nghiệp sang kinh tế công nghiệp. Ở các
nước công nghiệp phát triển, ngành cơng nghiệp dệt may đã phát triển đến trình độ
cao hơn, sản xuấtnhững sảnphẩm cao cấp có giá trị gia tăng cao,đáp ứng nhu cầu
ngày càng cao và đa dạng của người tiêu dùng.Ngànhcông nghiệp dệt may đã phát
triển từ rất lâu trên thế giới, nhưng nó chỉ mới hình thành và phát triển hơn 100 năm
nay ở nước ta. Tuy nhiên nhờ chính sách đổi mới và mở cửa của nhà nước đã có rất
nhiều doanh nghiệp nhà nước, tư nhân và tổ chức nước ngồi tích cực đầu tư, hợp
tác trong lĩnh vực dệt nhuộm. Trong những năm gần đây ngành dệt may đã có
những bước tiến đáng kểxuất khẩu hàng dệt may của Việt Nam cũng đạt được

Trang1


1. Tổng quan
những kết quả tăng trưởng khá ấn tượng với kim ngạch xuất khẩu đạt 13.8 tỷ USD
trong năm 2011. Bên cạnh đó, khả năng cạnh tranh và hội nhập của ngànhcông
nghiệp dệt may Việt Nam đã phát triển mạnh, hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu của
các thị trường lớn như Mỹ, EU, Nhật…
Chỉ trong hai tháng (11 và 12/2012), đã có hơn 10 doanh nghiệp sản xuất xơ, sợi,
dệt nhuộm đến từ các quốc gia phát triển như Texhong, Sunrise (Trung Quốc),
Toray International và Mitsubishi (Nhật Bản),… đến Việt Nam tìm cơ hội hợp tác
đầu tư vào dệt nhuộm và sản xuất nguyên phụ liệu dệt may. Bên cạnh đó, Việt Nam

cũng có nhiều lợi thế phát triển như nguồn lao động trẻ dồi dào, kỹ năng tay nghề
thành thạo, chi phí nhân cơng thấp, nguồn ngun liệu có sẵn trong nước. Dự kiến
đến năm 2020, ngành dệt may mục tiêu tăng trưởng hằng năm là 12-14%; tăng
trưởng xuất khẩu 15%.Tổng kim ngạch cộng gộp hàng dệt may xuất sang 5 thị
trường: Liên minh châu Âu (EU), Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc và Brasin; đạt
5,77 tỷ USD. Do đó, sự tham gia của nhà đầu tư nước ngồi vào ngành cơng nghiệp
sợi, dệt, nhuộm giúp dệt may Việt Nam gia nhập hoàn toàn vào chuỗi cung ứng dệt
may toàn cầu và từng bước trở thành một trung tâm xuất khẩu thời trang của thế
giới. Kim ngạch xuất khẩu hàng dệt may của doanh nghiệp FDI và doanh nghiệp
trong nước giai đoạn 2005-2012 được thể hiện trong Hình 1.1.

Hình 1.1.Kim ngạch xuất khẩu hàng dệt may của doanh nghiệp FDI và doanh
nghiệp trong nước giai đoạn 2005-2012
Trang2


1. Tổng quan
Tuy nhiên, ngành dệt may vẫn cịn khơng ít khó khăn. Sản phẩm xuất khẩu chủ yếu
theo phương thức gia cơng. Hệ thống nhuộm và dệt vải cịn lạc hậu chưa đạt yêu
cầu chưa tương xứng với ngành may, không đủ nguồn nguyên phụ liệu đạt chất
lượng xuất khẩu để cung cấp cho ngành may, công tác thiết kế mẫu chưa đáp ứng
tốt thị trường đặc biệt thị trường khó tính, cơng nghệ sản xuất và xử lý vải cịn kém
nên Việt Nam chủ yếu gia cơng xuất khẩu là chính (70-80% kim ngạch).
Một hệ thống nhuộm vải hoạt động tốt và có thể đáp ứng được những yêu cầu trên
đem lại năng suất cao và chất lượng tốt. Hệ thống địi hỏi trong q trình hoạt động
phải được giám sát chặt chẽ, theo dõi từng thông số hoạt động cuả hệ thống. Giám
sát hệ thống thông qua phần mềm giám sát giúp người vận hành dễ dàng điều hành,
quản lý tốt dây chuyền sản xuất, có thể điều khiển trực tiếp dây chuyền, cảnh báo
lỗi và theo dõi các thơng số đang hoạt động. Tồn bộ hệ thống được kết nối với
mạng Enthernet cho phép điều khiển và giám sát từ xabằng máy tính, web… giúp

làm giảm chi phí nhân cơng và tăng hiệu quả trong q trình sản xuất. Hình 1.2 là
mơ hình máy nhuộm vải trong thực tế.

Hình 1.2. Mơ hình máy nhuộm vải thực tế

Trang3


1. Tổng quan
1.2 . Mục tiêu đề tài
Đề tài “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH MÁY NHUỘM VẢI” được xây
dựng lại từ một hệ thống nhuộm vải trong thực tế. Mơ hình xây dựng trong đề tài
nhỏ gọn thích hợp trong phịng thí nghiệm có thể thực hiện tốt mục tiêu đề ra:
-

Mơ hình có đầy đủ các chức năng của một máy nhuộm hoàn chỉnh với khả

năng pha màu tự động, ngâm, nhuộm và vắt.
-

Mơ hình máy nhuộm vải hoạt động theo cơng năng, quy trình nhuộm vải

(chương trình lập trình mở, người vận hành có thể tạo 1 chương trình tùy theo mục
đích sản xuất, tùy theo từng mã hàng, tất cả các thơng số có thể điều chỉnh).
-

Có hai chế độ điều khiển bằng tay (Manual) và tự động (Auto). Hệ thống cho

phép người dùng có thể điều khiển hệ thống từ SCADA hoặc vận hành bằng màn
hình HMI, nhập các thơng số mực nước, nhiệt độ, tốc độ quay …

-

Hệ thống SCADA trực quan, dễ sử dụng nhiều chức năng nổi bật như: điều

khiển hệ thống trực tiếp trên giao diện, cảnh báo lỗi, nhập thông số điều khiển, lưu
trữ dữ liệu ra file Excel hoặc Access.

1.3 . Giới hạn đề tài
Đề tài chỉ xây dựng lại mơ hình hoạt động của một hệ thống nhuộm vải trong công
nghiệp, giám sát và điều khiển hoạt động, đưa ra cảnh báo sự cố chứ không nghiên
cứu cả một dây chuyền sản xuất với đầy đủ các khâu. Trong phần thiết kế mơ hình
đề tài chỉ giới hạn trong phạm vi chỉ sử dụng van từ để điều khiển lưu lượng màu và
nước, tốc độ quay trống giặt được điều khiển bằng biến tần, sử dụng điện trở đốt
nóng để gia nhiệt, lựa chọn thơng số PID bằng kinh nghiệm khi điều khiển hệ
thống, thiết kế tủ điện đơn giản dễ dàng cho người dùng quan sát trạng thái hoạt
động với các đèn cảnh báo, chương trình điều khiển dễ quan sát không quá phức tạp
khi vận hành mơ hình, có thể lưu trữ các thơng số vải nhuộm sản xuất trong ngày và
thời gian đăng nhập hệ thống của kỹ sư hoặc công nhân khi vận hành và điều khiển
hệ thống qua file Access.

Trang4


1. Tổng quan
1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Dựa vào một số hệ thống nhuộm vải thực tế trong công nghiệp, mô hình thiết kế
gồm bốn giai đoạn pha và trộn màu, ngâm, nhuộm và vắt. Tồn bộ q trình hoạt
động lưu lượng màu, hóa chất và nước được cân chỉnh theo tỉ lệ bằng các van từ.
Nhóm sử dụng cảm biến Pt100 để đo nhiệt độ của quá trình đảm bảo nhiệt độ được
đo chính xác, biến tần điều khiển qua mạng DeviceNet điều khiển và thay đổi tốc độ

trống giặt nhằm đạt chất lượng vải nhuộm theo yêu cầu. Chương trình SCADA
giám sát cho biết mơ hình hoạt động như thế nào, thu thập dữ liệu và cho ra cảnh
báo sự cố vận hành.

1.5. Nội dung đề tài
Phần còn lại của đề tài như sau:
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương này sẽ trình bày lý thuyết cơ bản về hệ thống nhuộm vải, các chỉ tiêu đánh
giá, quy trình cũng như các công nghệ nhuộm hiện nay, các nguyên tắc pha màu và
cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình nhuộm vải.
Chương 3: Lựa chọn thiết bị mơ hình
Chương này sẽ trình bày về thiết kế phần cứng, lựa chọn thiết bị cho mơ hình. Chi
tiết về thiết bị sự dụng trong mơ hình, phương án lựa chọn các thiết bị và cơ cấu ngõ
vào ra trong dây chuyển được trình bày trong chương này. Phần cuối chương trình
bày phương án kết nối các thiết bị và cơ cấu vào dây chuyền giúp người vận hành
hiểu rõ về cấu trúc của toàn hệ thống.
Chương 4: Thiết kế phần mềm điều khiển và giám sát
Từ những yêu cầu đặt ra cũng như các thiết bị điều khiển nhóm đã được lựa chọn,
chương này nhóm sẽ đưa ra các thiết kế về phần mềm để điều khiển và giám sát
trong quá trình hoạt động của hệ thống thỏa các yêu cầu đặt ra của của khách hàng.

Trang5


1. Tổng quan
Chương 5: Kết quả
Nội dung chương 5 này tổng hợp các kết quả sau khi thiết kế, thi cơng mơ hình và
kết quả điều khiển mơ hình qua giao diện giám sát vận hành.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Kết quả nhận được khi hoàn thành đề tài, đưa ra các phương án phát triển hồn

thiện mơ hình nhằm tiến tới tối ưu hệ thống trong tương lai.

Trang6


2. Cơ sở lý thuyết

Chƣơng 2

Cơ Sở Lý Thuyết
Chương này sẽ giới thiệu sơ lược về các khái niệm cơ bản về công nghệ nhuộm,
thuốc nhuộm và một số chất phụ trợ cho q trình nhuộm vải. Bên cạnh đó nhóm
cịn trình bày về các quy trình cơng nghệ nhuộm, các thiết bị nhuộm phổ biến hiện
nay và nguyên tắc pha màu từ các màu cơ bản, quy trình nhuộm hệ thống nhuộm
vải thực tế trong cơng nghiệp.
Chương 2 cịn giới thiệu về các thiết bị có thể áp dụng vào mơ hình, mạng truyền
thơng. Phần cuối chương sẽ trình bày tổng quát về bộ điều khiển PID và các phương
pháp để tìm được các hệ số trong bộ điều khiển PID.

2.1. Tổng quan về công nghệ nhuộm vải
2.1.1.Dây chuyền cơng nghệ nhuộm trong thực tế
Tồn bộ các q trình xử lý vải mộc trở thành vải thành phẩm được gọi là dây
chuyền công nghệ hoản tất vải. Công nghệ hồn tất vải bao gồm các q trình kỹ
thuật sau như kỹ thuật chuẩn bị, kỹ thuật nhuộm, kỹ thuật hồn tất vải. Bên cạnh đó
người ta cịn chia q trình xử lý từ vải mộc đến vải thành phẩm thành các công
đoạn thể hiện tác dụng và chức năng của các thiết bị sử dụng trong cơng đoạn đó.
Theo cách chia ở trênta có các dây chuyền cơng nghệ tương ứng với các công đoạn
như saukiểm tra và phân loại vải mộc,làm sạch, hoàn tất ướt, nhuộm hoặc in vải và
sấy khơ, hồn tất khơ, một số cơng đoạn hoàn tất đặc biệt.
-

Kiểm tra và phân loại vải mộc.

-

Làm sạch: giặt và giũ hồ; tẩy trắng hóa học; tẩy trắng quang học.
Trang7