Xây dựng, nghiên cứu hệ scada điều khiển, giám sát dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGÔ THỊ BẮC XÂY DỰNG, NGHIÊN CỨU HỆ SCADA ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THỨC ĂN CHĂN NUÔI NGÀNH : ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS NGUYỄN HỒNG QUANG Hà Nội – 2014 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU,CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THỨC ĂN CHĂN NUÔI 1.1 Sơ lược tình hình sản xuất thức ăn chăn nuôi nước ta 1.1.1 Giới thiệu chung tình hình sản xuất thức ăn chăn nuôi nước ta 1.1.2 Tổng quan công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi 1.2 Quy trình cơng nghệ 10 1.2.1 Sơ đồ hệ thống 10 1.2.2 Quy trình công nghệ .12 1.2.3 Hoạt động dây chuyền .13 1.2.4 Thiết bị hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi 14 1.2.4.1Khâu định lượng cấp nguyên liệu 14 1.2.4.2Khâu nghiền nguyên liệu 15 1.2.4.3 Khâu Trộn 18 1.2.4.3Khâu ép viên sàng phân loại 21 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ SCADA 25 2.1 Khái niệm .25 2.2 Phân loại hệ thống SCADA 25 2.3 Hệ SCADA dây chuyển sản xuất thức ăn chăn nuôi 26 2.3.1 Sơ đồ hệ thống SCADA cho dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi sau: 27 2.3.2 Các thành phần hệ thống: 28 CHƯƠNG III: LẬP TRÌNH HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG TRÊN PLC VÀ MƠ PHỎNG HOẠT ĐỘNG TRÊN WINCC 33 3.1 Thiết bị điều khiển khả trình (PLC) 33 3.1.1 Khái niệm: 33 3.1.2 Cấu trúc hệ điều khiển sử dụng PLC 33 3.1.3 Các modul PLC S7-300 34 3.1.4 Xác định địa module mở rộng 36 3.1.5 Chương trình điều khiển - Phần mềm Step7 37 3.1.6 Kỹ thuật lập trình .39 3.2 Thuật toán điều khiển 41 3.2.1 Thuật tốn cơng đoạn nghiền: 41 3.2.2 Thuật tốn cơng đoạn trộn: 43 3.2.3 Thuật tốn cơng đoạn ép viên 46 3.2.4 Thuật tốn cơng đoạn đóng bao( loại viên) 48 3.3 Cấu hình phần cứng: 50 3.4 Chương trình điều khiển 50 3.4.1 Chương trình để lựa chọn chạy khâu .50 3.4.2 Các khối hàm chức sử dụng 53 3.5 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát sử dụng WinCC 58 3.5.1 Tạo Tag trình .59 3.5.2 Giao diện điều khiển giám sát trình sản xuất mì ăn liền 60 KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 '$1+0Ө&&È&%Ҧ1* %ҧQJ'ӳOLӋXNӻWKXұWFӫDPҥQJ03, 31 %ҧQJ4X\ѭӟFÿҫXYjRUDFKRÿLӅXNKLӇQFҩSQJX\rQOLӋX 42 %ҧQJ 4X\ѭӟFÿҫXYjRUDFKRÿLӅXNKLӇQF{QJÿRҥQWUӝQ 44 %ҧQJ4X\ѭӟFÿҫXYjRUDFKRÿLӅXNKLӇQNKҩXpSYLrQ 46 %ҧQJ4X\ѭӟFÿҫXYjRUDFKRÿLӅXNKLӇQNKҩXÿyQJEDR 48 '$1+0Ө&+Ỵ1+Ҧ1+ +uQK6ѫÿӗF{QJQJKӋVҧQ[XҩWWKӭFăQYLrQ 10 +uQK6ѫÿӗKӋWKӕQJ 11 +uQK6ѫÿӗF{QJQJKӋ 12 +uQK6ѫÿӗWKLӃWEӏNKkXQJKLӅQYjFҩSQJX\rQOLӋX 16 +uQK6ѫÿӗF{QJQJKӋNKkXWUӝQ 19 +uQK6ѫÿӗWKLӃWEӏF{QJQJKӋNKkXpSYLrQYjVjQJSKkQORҥL 22 +uQK6ѫÿӗKӋWKӕQJ6&$'$FKRGk\FKX\ӅQVҧQ[XҩWWKӭFăQFKăQQX{L 27 +uQK0{KuQKOjPYLӋFFӫD:LQ&& 29 Hình 3.1 &ҩXWU~FKӋWKӕQJÿLӅXNKLӇQ3/& 34 Hình 3.2 Module CPU S7-300 35 +uQK9zQJTX\pWFKѭѫQJWUuQKFKtQK2% 39 +uQK.KҧQăQJOLrQNӃWFiFNKӕL2%)&)%'%6)&6)% 41 +uQK3KҫQPӅPWKLӃWNӃJLDRGLӋQÿLӅXNKLӇQJLiPViW– WinCC 59 +uQK7ҥRFiF7DJJURXS 59 +uQK7ҥRFiF7DJTXiWUuQK 60 +uQK7ҥRFiFWUDQJPjQKuQKÿLӅXNKLӇQJLiPViW 60 +uQK0jQKuQKJLDRGLӋQ&KӑQQJX\rQOLӋXYjWӍOӋ 60 +uQK0jQKuQKFKtQKTXDQViWGk\FKX\ӅQVҧQ[XҩWWKӭFăQFKăQQX{L 61 MỞ ĐẦU Với xu hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước việc ứng dụng hệ thống giám sát điều khiển chỗ nhằm mục tiêu giảm sức người, tăng suất lao động, dẫn đến giàm chi phí giá thành sản phẩm vấn đề cấp thiết Trong dây chuyền sản xuất thức ăn chăn ni gồm có nhiều phân đoạn khác có quy mơ lớn, việc điều khiển hệ thống gặp nhiều khó khăn Vì vậy, việc điều khiển giám sát dây chuyền vấn đề cần thiết Các nhà máy nay, để thuận tiện cho việc điều khiển, có phòng điều khiển trung tâm Ở hoạt động hệ thống điều khiển hồn tồn thơng qua máy tính điều khiển trung tâm Hệ thống mô hoạt động thông qua giao diện điều khiển người vận hành biết tình trạng hoạt động hệ thống Với đề tài: “Xây dựng, Nghiên cứu hệ SCADA điều khiển , giám sát dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi.” nhằm mục đích tìm hiểu nghiên cứu ứng dụng điều khiển, giám sát toàn hoạt động sản xuất dây chuyền Đối tượng để luận văn đề cập đến nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi Hưng yên Thuyết minh đề tài bao gồm nội dung sau Chương 1: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THỨC ĂN CHĂN NUÔI Chương 2: TỎNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA Chương 3:: LẬP TRÌNH HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG TRÊN PLC VÀ MƠ PHỎNG HOẠT ĐỘNG TRÊN WINCC CHƯƠNG 1: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THỨC ĂN CHĂN NI 1.1 Sơ lược tình hình sản xuất thức ăn chăn nuôi nước ta 1.1.1 Giới thiệu chung tình hình sản xuất thức ăn chăn ni nước ta Trong năm 1975, ngành cơng nghiệp nói chung cơng nghiệp chế biến nói riêng nước ta cịn gặp nhiều khó khăn ảnh hưởng nặng nề chiến tranh nên quy trình sản xuất tập trung cịn hạn chế, lạc hậu Mặc dù nước nơng nghiệp song lúc chưa ưu tiên phát triển, đặc biệt sản xuất thức ăn chăn nuôi, thị trường ngành chăn nuôi Việt Nam vắng mặt thức ăn chăn ni dạng viên,chỉ có thức ăn dạng bột mà Vào đầu năm 1993 thức ăn chăn nuôi dạng viên thực trở lại với thị trường Việt Nam, xem diện mang lại cho nghành chăn ni nhiều lợi ích Đầu tiên xí nghiệp thức ăn gia súc VIFOCO đưa thức ăn dạng viên vào quy trình sản xuất xí nghiệp vào tháng năm 1993, với nhiều thiết bị nhập từ Mỹ Sau xí nghiệp nhập khn vào từ từ xí nghiệp bắt đầu vào ổn định với suất nhà máy đạt từ 4-6 (tấn/h) Nhưng sản phẩm xí nghiệp lúc chưa tiêu thụ mạnh người nông dân chưa quen loại thức ăn vào chăn ni đồng thời giá thành cịn cao, chất lượng thấp hệ thống cũ Tiếp theo sau vào tháng năm 1993 xí nghiệp chế biến thức ăn gia súc Việt Thái phục hồi dây chuyền sản xuất tương tự dây truyền sản xuất xí nghiệp VIFOCO, suất đạt từ 4-6 (tấn/h) vấn đề chất lượng thời gian đầu chưa thỏa mãn, xong xí nghiệp đạt thành định Tháng năm 1994 xí nghiệp chế biến thức ăn gia súc PROCONO bắt đầu vào hoạt động với dây truyền sản xuất thức ăn viên Pháp, suất tấn/h Tháng 1/1995 nhà máy chế biến thức ăn An Phú tiến hành lắp ráp dây chuyền ép viên vào hoạt động tháng 3/1995 với dây chuyền máy Pellet • Sơ đồ thuật tốn Bắt đầu Nhập thông số Sai CB7=1 Đúng Chạy sang viên 402 Chạy gầu tải 401 Chạy vít tải 404, cửa xả 400 CB8=1 CB9=1 Đúng Dừng vít tải 404, cửa xả 400 Dừng gầu tải 401 Dừng sàng viên 402 Kết thúc 49 Sai 3.3 Cấu hình phần cứng: Trên sở yêu cầu công nghệ, phần thiết kế cấu hình hệ thống PLC thể hình vẽ: 3.4 Chương trình điều khiển 3.4.1 Chương trình để lựa chọn chạy khâu Cân định lượng Khởi động hệ thống Chọn chế độ auto hoăc On cấp liệu Chuyển tín hiệu tương tự sang số Điều kiện để Loadcell1 chạy Mở vít cấp liệu thùng chứa ngun liệu1 50 Đóng vít cấp liệu thùng chứa 1,chờ tín hiệu để Loadcell chạy lại Điều kiện để Loadcell2 chạy Mở vít cấp liệu thùng chứa nguyên liệu2 Đóng vít cấp liệu thùng chứa 2,chờ tín hiệu để chạy lại Điều kiện để Loadcell3 chạy Mở vít cấp liệu thùng chứa ngun liệu3 Đóng vít cấp liệu thùng chứa 3,chờ tín hiệu để chạy lại Điều kiện để Loadcell4 chạy Mở vít cấp liệu thùng chứa nguyên liệu4 Đóng vít cấp liệu thùng chứa 4,chờ tín hiệu để chạy lại Điều kiện để Loadcell5 chạy Mở vít cấp liệu thùng chứa ngun liệu5 Đóng vít cấp liệu thùng chứa5,chờ tín hiệu để chạy lại Điều kiện để Loadcell6 chạy Mở vít cấp liệu thùng chứa ngun liệu6 Đóng vít cấp liệu thùng chứa 6,chờ tín hiệu để chạy lại Cấp nguyên liệu Khởi động hệ thống Chọn chế độ auto hoăc On cấp liệu Điều khiển cấp nguyên liệu vào silo 104 Chạy gầu tải 201 Chạy quạt 110-2 chặn khí 109 Chạy nghiền 108 lọc sắt 107 Chạy vít tải 106 Chạy cấp liệu 105 Chạy gầu tải 201 vít tải 101 Điều kiện nối mạch thời gian để dừng gầu tải 201 vít tải 102 Tạo thời gian trễ dừng gầu tải 201 vít tải 102 51 Kiểm tra sau thời gian trễ khơng có tín hiệu khởi động hệ thống dừng Khâu trộn Khởi động hệ thống Chọn chế độ auto tay On trộn Khởi động gầu tải 301 vít tải 207 Điều kiện để xả bột silo 203 Điều kiện để máy trộn hoạt động Tạo thời gian đủ để xả hết bột máy Xả dung dich sau trộn Điều kiện nối mạch thời gian để dừng gầu tải 301 vít tải207 Khâu ép viên Khởi động hệ thống Chọn chế độ ep vien Chọn chế độ auto tay On Ép viên Khởi động 404, 402, 401, 404, 400 Dừng hệ thống Khâu đóng bao Chọn chế độ auto tay On đóng bao Khởi động hệ thống Dừng hệ thống 52 3.4.2 Các khối hàm chức sử dụng TT Tên khối Chức khối OB1 Chương trình FB1 Khối nguồn FB2 Khối cấp liệu FB3 Khối nghiền FB4 Khối trộn FB5 Khối ép viên FB6 Khối Đóng bao( ép viên) FB7 Khối đóng bao( bột) FC1 Chế độ Auto 10 FC2 Chế độ ép viên 11 FC38 Vít tải cửa xả kho lạnh 12 FC37 Động tải viên 13 FC36 Động sàng viên gầu viên 14 FC35 Cửa cấp liệu 15 FC34 Vít cấp liệu cho máy ep viên 16 FC33 Bộ nấu 17 FC32 Bộ nấu 18 FC31 Máy ép viên 19 FC28 Vít tải bột sau trộn gầu tải bột sau trộn 20 FC27 Van xả buồng trộn 21 FC26 Máy trộn 22 FC25 Van xả xilo 23 FC24 Cửa cấp liệu hạt liệu 24 FC23 Vít cấp liệu cho máy nghiền 25 FC22 Lọc sắt máy nghiền 26 FC21 Quạt chặn khí cho máy nghiền 53 27 FC20 Gầu tải bột cho máy nghiền 28 FC10 Gầu tải hạt liệu 29 FC9 Vít cấp liệu cho máy nghiên 30 FC8 Van điều khiển xy lanh xả silo1 31 FC7 Van điều khiển xy lanh xả silo2 32 FC6 Van điều khiển xy lanh xả silo3 33 FC5 Van điều khiển xy lanh xả silo4 34 FC4 Van điều khiển xy lanh xả silo5 33 FC3 Van điều khiển xy lanh xả silo6 54 55 56 57 3.5 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát sử dụng WinCC Tạo dự án mới, khởi động chương trình WinCC 58 3.5.1 Tạo Tag trình Hình 3.5 : Phần mềm thiết kế giao diện điều khiển giám sát – WinCC Hình 3.6 Tạo Tag group 59 Hình 3.7 Tạo Tag trình 3.5.2 Giao diện điều khiển giám sát trình sản xuất mì ăn liền Hình 3.8: Tạo trang hình điều khiển giám sát Hình 3.9: Màn hình giao diện Chọn nguyên liệu tỉ lệ 60 Hình 3.10 Màn hình quan sát dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi 61 KẾT LUẬN Luận văn có đề cập đến việc nghiên cứu tìm hiểu hệ thống SCADA, điều khiển khả trình PLC phần mềm WinCC Để ứng dụng PLC vào dây truyền sản xuất trước hết phải tìm hiểu cặn kẽ quy trình làm việc yêu cầu dây truyền sản xuất Luận văn nghiên cứu cách kỹ công nghệ sản xuất nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi ứng dụng PLC S7 – 300 để tự động hố dây chuyền sản xuất cho nhà máy, hệ thống SCADA để điều khiển, giám sát hoạt động Kết thấy việc ứng dụng PLC công nghệ sản xuất việc làm cần thiết, có ý nghĩa quan trọng nhà máy trình hội nhập Việc điều khiển, giám sát hệ thống SCADA làm cho suất lao động chất lượng sản phẩm nhà máy tăng cao, giá thành sản phẩm giảm, đời sống người lao động cải thiện Sau nghiên cứu đề tài em đạt kết quả: - Nắm quy trình làm việc nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi - Nghiên cứu tổng quát hệ SCADA - Nghiên cứu đặc điểm thiết bị khả trình PLC nghiên cứu kỹ đặc điểm PLC S7-300 phục vụ cho hệ thống tự động điều khiển dân dụng công nghiệp, viết chương trinh điều khiển - Xây dựng thuật toán cho số cơng đoạn qui trình sản xuất thức ăn chăn ni - Tìm hiểu phần mềm WinCC xây dựng giao diện điều khiển cho công đoạn dây chuyền sản xuất thức ăn chăn ni Hướng phát triển: -Thực xây dựng hệ SCADA cho toàn nhà máy -Thiết kế cấp điều hành sản xuất quản lý cơng ty - Có khả truy nhập quản lý liệu dễ dàng hiệu Do điều kiện sở vật chất giới hạn nên luận văn dừng lại kết mô cách tổng quan dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi, nhiên kết mơ cho thấy tính đắn đề tài cần nghiên cứu 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Vân Hà (2007), Tự động hóa với Simatic S7-300, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Giao diện người máy - Lập trình với S7 WINCC 6.0 - TS Trần Thu Hà KS Phạm Quang Huy, Nhà xuất Hồng Đức Tự động hố với Simatích S7 – 300 - Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà (2002) , Nhà xuất khoa học kỹ thuật Tự động hóa với Win CC – PGS.TS Trần Thu Hà, KS Phạm Quang Huy, Nhà xuất Hồng Đức Mạng Truyền Thơng Cơng Nghiệp- Hồng Minh Sơn.Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật 63 ... SCADA cho dây chuyền sản xuất thức ăn chăn ni sau: Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống SCADA cho dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi 27 Hệ SCADA dây chuyền sản xuất thức ăn chăn ni có tính năng: -Thu... ? ?Xây dựng, Nghiên cứu hệ SCADA điều khiển , giám sát dây chuyền sản xuất thức ăn chăn ni.” nhằm mục đích tìm hiểu nghiên cứu ứng dụng điều khiển, giám sát toàn hoạt động sản xuất dây chuyền Đối... TRÌNH CƠNG NGHỆ CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THỨC ĂN CHĂN NUÔI 1.1 Sơ lược tình hình sản xuất thức ăn chăn ni nước ta 1.1.1 Giới thiệu chung tình hình sản xuất thức ăn chăn ni nước ta