MỤC LỤC HÌNH ẢNH.................................................................................................. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................... 2 1.1 Đặt vấn đề.......................................................................................................... 2 1.2 Mục tiêu đề tài................................................................................................... 3 1.3 Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 4 1.4 Giới hạn đề tài.................................................................................................... 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞLÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN VỀPLC ................................. 5 2.1 Lý thuyết vềquy trình công nghệ tiệt trùng sữa ................................................ 5 2.2 Tổng quan vềPLC ............................................................................................. 6 2.3 Giao diện HMI ................................................................................................... 7 2.4 Phần mềm TIA Portal V15.1 ............................................................................. 9 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾHỆ THỐNG......................................................................... 10 3.1 Yêu cầu hệ thống ............................................................................................. 10 3.2 Qui trình vận hành hệ thống............................................................................. 10 3.3 Thiết kếphần mềm ........................................................................................... 12 3.4 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống ........................................................................ 13 3.5 Sơ đồkết nối .................................................................................................... 19 3.6 Chương trình PLC.............................................................................................. 21 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN .................................................................. 29 4.1 Kết luận ............................................................................................................ 29 4.2 Hướng phát triển .............................................................................................. 29 4.3 Kết quả đạt được .........................................................................................
lOMoARcPSD|2935381 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÔN HỌC: ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH BÁO CÁO CUỐI KỲ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT QUY TRÌNH TIỆT TRÙNG SỮA TƯƠI TRONG NHÀ MÁY SỮA GVHD: TS TRẦN VĨ ĐÔ SVTH: NGUYỄN XUÂN TRÀ 19151299 NGUYỄN ĐỨC MẠNH 19151253 NGUYỄN HOÀNG HẢI 19151219 Tp Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 06 năm 2022 Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN VỀ PLC 2.1 Lý thuyết quy trình cơng nghệ tiệt trùng sữa 2.2 Tổng quan PLC .6 2.3 Giao diện HMI 2.4 Phần mềm TIA Portal V15.1 .9 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 10 3.1 Yêu cầu hệ thống .10 3.2 Qui trình vận hành hệ thống 10 3.3 Thiết kế phần mềm 12 3.4 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống 13 3.5 Sơ đồ kết nối 19 3.6 Chương trình PLC 21 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 29 4.1 Kết luận 29 4.2 Hướng phát triển 29 4.3 Kết đạt 29 Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình Sữa tiệt trùng vitamilk Hình Hình ảnh PLC S7 1200 Hình Giao diện HMI giao tiếp người máy .8 Hình Hệ thống quy trình tiệt trùng sữa tươi HMI .10 Hình Lưu đồ vận hành hệ thống 11 Hình Kết nối máy tính PLC 12 Hình Van điều khiển phi tuyến 13 Hình Bồn chữa sữa nguyên liệu .14 Hình Máy bơm nguyên liệu vào bồn 15 Hình 10 Bình gia nhiệt 16 Hình 11 Cảm biến nhiệt độ wire .17 Hình 12 Cảm biến đo khoảng cách siêu âm 18 Hình 13 Mạch động lực hệ thống 19 Hình 14 Mạch kết nối PLC 20 Hình 15 mạch kết nối Relay từ PLC qua cuộn Coil contactor 21 Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Trong năm gần đây, vấn đề dinh dưỡng vệ sinh an toàn thực phẩm đặt lên hàng đầu định mua sản phẩm dịch vụ khách hàng Vì nhiều cơng ty sản xuất hoạt động ngành công nghiệp thực phẩm liên tục cải tiến sản phẩm qua việc đầu tư vào dây chuyền chế biến đóng gói cơng nghệ cao, đặc biệt ngành sữa Bên cạnh sản phẩm sữa bột bà mẹ ưa chuộng cho trẻ nhỏ tuổi, có số lượng đáng kể sản phẩm sữa nước hộp giấy tiệt trùng sản xuất theo công nghệ chế biến đóng gói Tetra Pak (Thụy Điển) để đáp ứng cho nhu cầu tiện dụng bảo đảm dinh dưỡng cho trẻ tuổi đến trường người lớn Tuy nhiên, với xuất loại sản phẩm sữa nước đóng gói ngày nhiều đa dạng thị trường, nên khơng người tiêu dùng, bà mẹ băn khoăn thành phần dinh dưỡng an toàn loại sản phẩm Để đáp ứng triệt để nhu cầu cơng nghệ tiệt trùng, tiến khoa học quan trọng kỷ 20, giúp sản phẩm bảo quản mà khơng cần dùng đến hệ thống tồn trữ lạnh Phương pháp tiệt khuẩn cực nhanh hay gọi tiệt trùng tức diệt khuẩn cực nhanh cách cho sữa chảy thành màng mỏng nhiệt độ cực cao (135 - 150°C) khoảng thời gian cực ngắn 3-15 giây, làm lạnh xuống 12,5°C Công nghệ tiệt trùng cịn gọi tiến trình xử lý nhiệt cho thực phẩm dạng lỏng sữa nhiệt độ cực cao thời gian cực ngắn So với sữa trùng, sữa tiệt trùng có lợi khơng cần sử dụng đến tủ lạnh đế tồn trữ sản phẩm Thêm vào đó, sữa tiệt trùng cịn thể tồn trữ thời gian từ tháng đến năm nhiệt độ bình thường mà khơng cần chất bảo quản Đó tính quy trình chế biến đóng gói cơng nghệ tiệt trùng, theo hệ thống vơ trùng khép kín Q trình làm nóng lạnh sản phẩm cực nhanh giúp tiêu diệt hay làm tê liệt khả hoạt động loại vi sinh vật gây bệnh, giúp thành phần hố học sữa biến đổi q trình chế biến trùng truyền thống Lượng vi chất nên sản phẩm sữa tiệt trùng giữ giá trị truyền thống Khi tiệt trùng nhiệt độ thấp thời gian dài, có vài chênh lệch xử lý nhiệt không gây nguy tồn vi khuẩn gây bệnh Trái lại sát trùng Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 nhiệt độ cao thời gian ngắn, rút thời gian xử lý nhiệt ngắn gây nguy tồn vi khuẩn gây bệnh Hình Sữa tiệt trùng vitamilk Vì vấn đề nêu nên nhóm em định chọn đề tài điều khiển giám sát hệ thống quy trình tiệt trùng sữa tươi, cách sử dụng PLC để điều khiển hệ thống SCADA hiển thị HMI để giám sát hệ thống 1.2 Mục tiêu đề tài • Về mục tiêu điều khiển: Thực điều khiển máy bơm để trộn sữa bồn chứa thứ Thực điều khiển nhiệt độ làm làm nóng làm lạnh khoảng nhiệt độ quy định tiệt trùng sữa để điều khiển độ cao mức sữa bồn chứa thứ hai Tạo hệ thống ứng dụng cho quy trình chế biến sữa, điều khiển tự động tay người • Về mục tiêu giám sát: Thực thao tác vận hành HMI Nhập điều chỉnh giá trị điện áp, dòng điện, chiều cao hiển thị nhiệt độ hình HMI Hiển thị các thang đo, mức nhiệt độ hình HMI Có nút dừng khẩn để dừng hệ thống xảy cố Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 Có nguồn điện dự phịng hệ thống điện 1.3 Nội dung nghiên cứu Nội dung đề tài nghiên cứu chia thành chương: Chương 1: Tổng quan (Trình bày vấn đề lý chọn đề tài, mục tiêu bố cục đề tài) Chương 2: Cơ sở lý thuyết PLC Chương 3: Thiết kế hệ thống (Trình bày yêu cầu hệ thống, quy trình vận hành hệ thống, thiết bị dùng cho hệ thống) Chương 4: Kết thực (Trình bày kết thực hiện, điểm mạnh điều chưa đạt hệ thống đưa giải pháp phát triển cho đề tài tương lai) 1.4 Giới hạn đề tài Quy trình tiệt trùng sữa tươi công đoạn hệ thống quy trình sản xuất sữa Quy trình sản xuất sữa chuỗi dài nhiều công đoạn kết hợp lại với Đề tài nhóm em tập trung vào việc xây dựng chương trình PLC, mơ hệ thống điều khiển giám sát dùng HMI phần mềm Tia Portal Ngồi ra, giới hạn phần cứng nên thiết bị vào, cảm biến nhiệt, cảm biến mực nước, cảm biến áp suất, van điều khiển, đèn tín hiệu… dừng lại việc mơ Đề tài thiết kế, mô lại dựa thiết bị có sẵn phần mềm Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN VỀ PLC 2.1 Lý thuyết quy trình cơng nghệ tiệt trùng sữa Sữa thực phẩm tự nhiên có giá trị dinh dưỡng hồn hảo lấy từ động vật bò, dê, cừu…Sữa chứa hầu hết chất dinh dưỡng cần thiết cho người protein, glucid, lipid, vitamin, muối khống…Do sản phẩm từ sữa có ý nghĩa quan trọng dinh dưỡng người Từ sữa, người ta sản xuất nhiều loại sản phẩm khác sữa bột, sữa tươi, sữa lên men, bơ, kem… Cũng giá trị dinh dưỡng cao mà sữa tươi khó bảo quản Ngày nay, tiến khoa học kỹ thuật kết hợp với giải pháp tự động hóa đại, ngành công nghiệp chế biến sữa ngày phát triển, cho đời nhiều phương pháp chế biến bảo quản sữa tươi, phổ biến sữa tươi tiệt trùng Q trình tiệt trùng sữa gồm có hai giai đoạn gia nhiệt làm nguội: - Gia nhiệt có nhiều phương pháp để gia nhiệt sữa tươi Trong quy trình này, sử dụng kết hợp hai phương pháp để làm tăng nhiệt độ sữa: gia nhiệt trực tiếp (trộn sữa với nước) gia nhiệt gián tiếp (sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng mỏng) - Làm nguội sữa làm nguội qua hai giai đoạn: làm nguội sơ môi trường chân không làm nguội nhiệt độ theo yêu cầu kết thúc trình tiệt trùng cách sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng mỏng Nguyên lý hoạt động hệ thống tiệt trùng sau: sữa bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt dạng mỏng để gia nhiệt lên đến 80°C Sau đó, sữa bơm vào thiết bị gia nhiệt trực tiếp Người ta phối trộn sữa với nước để nhiệt độ hỗn hợp đạt 145°C Tiếp theo hỗn hợp sữa nước vào ống dẫn cách nhiệt, thời gian lưu sữa ống dẫn 3-5 giây Kế tiếp hỗn hợp sữa vào thiết bị làm nguội sơ môi trường chân không làm lạnh sữa tươi để đạt nhiệt độ yêu cầu Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 2.2 Tổng quan PLC PLC S7 – 1200 dòng PLC SIEMENS, thiết bị tự động hóa đơn giản có độ xác cao Hình Hình ảnh PLC S7 1200 S7-1200 có dịng CPU 1211C, CPU 1212C 1214C Trong nhóm áp dụng dịng CPU 1214C-DC/DC/DC (6ES7212-1AE40-0XB0) trang bị thêm tính bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào CPU chương trình điều khiển Ngồi PLC S7-1200 mở rộng module tín hiệu module gắn ngồi để mở rộng chức CPU cịn cài đặt thêm module truyền thông để hỗ trợ giao thức truyền thông khác Khả mở rộng loại CPU tùy thuộc vào đặc tính, thông số quy định nhà sản xuất S7-1200 có loại module mở rộng sau: - Communication module (CP) - Signal board (SB) - Signal Module (SM) Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 (6ES7212-1AE40-0XB0) Step7 V14 cao Step7 hỗ trợ ba ngơn ngữ lập trình FBD, LAD SCL Phần mềm tích hợp TIA Portal Siemens Thông số SIMATIC S7-1200, CPU 1214C-DC/DC/DC (6ES72121AE40-0XB0) - I/O: 14 DI 24 V DC; 10 DO 24 V DC; AI 0-10 V DC - Nguồn: DC 20.4-28.8V DC - Bộ nhớ 75 KB Modules mở rộng tín hiệu vào/ra PLC Siemens S7 – 1200 ứng dụng công nghiệp dân dụng như: - Hệ thống băng tải, cân định lượng - Điều khiển đèn chiếu sáng thông minh… - Điều khiển bơm cao áp, bơm ổn định áp suất - Máy đóng gói… - Máy in… - Máy dệt… - Máy trộn, máy nghiền trạm trộn bê tông… 2.3 Giao diện HMI HMI cụm từ viết tắt ba từ Tiếng Anh: Human-Machine-Interface Nói đơn giản thiết bị trung gian để giao tiếp người với máy móc thiết bị Nói cách xác cách mà để người giao tiếp với máy móc thiết bị HMI Vậy từ nút ấn điều khiển, đèn báo, đồng hồ, điều khiển từ xa, hình cảm ứng… HMI Với khoa học kỹ thuật nói đến HMI nghĩ đến hình cảm ứng dùng để điều khiển hiển thị thông số máy móc thiết bị Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 Hình Giao diện HMI giao tiếp người máy HMI giao diện vận hành người máy thông qua PLC, chúng kết nối với cáp tín hiệu Khi người vận hành tác động nhấn nút hình cài đặt thơng số, yêu cầu gửi đến PLC, PLC điều khiển máy móc dây chuyền hoạt động Ngược lại, hệ thống máy móc dây chuyền gửi trạng thái hoạt động thơng số lên hình HMI thông qua PLC giúp cho người thực trình giám sát điều khiển Hầu hết hệ thống SCADA (Kiểm soát Giám sát Thu thập Dữ liệu) dựa vào thành phần HMI nhúng để hoạt động hiệu Hệ thống SCADA hệ thống điều khiển chính, tổng thể nhà máy nhà máy, chịu trách nhiệm điều chỉnh tất hoạt động phức tạp diễn Theo truyền thống, để tích hợp dây chuyền sản xuất với HMI, HMI phải kết nối với Bộ điều khiển logic lập trình (PLC) HMI hiển thị liệu nhận từ PLC cung cấp đầu vào PLC từ người dùng Những hình đồ họa có xu hướng đơn giản HMI cho phép người vận hành người quản lý nhà máy kiểm tra thơng số điển nhiệt độ (các) máy, số lần xử lý, trạng thái (các) máy số lượng vật liệu Các bước xây dựng giao diện cho HMI: • Cấu hình phần cứng: chọn phần cứng (Model), thiết bị kết nối (PLC), chuẩn giao thức… • Xây dựng trang hình screen Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 • Thơng số kĩ thuật: ➢ Điện áp 380V ➢ Tốc độ quay 1500 v/p ➢ Công suất máy bơm 5.5 HP ➢ Lưu lượng 9-39 𝑚3 /h ➢ Cột áp H 25.4-35.5 m ➢ Hiệu suất 80% • Đặc điểm: ➢ Được sản xuất từ chất liệu kim loại bền, có khả chịu mài mòn cao, tuổi thọ lâu dài ➢ Thiết kế nhỏ nhắn, tinh gọn giúp dễ dàng vận chuyển ➢ Động êm ái, ổn định trì hoạt động liên tục với lưu lượng bơm ổn định mà lại tiết kiệm chi phí lượng Bộ gia nhiệt Hình 10 Bình gia nhiệt • Thơng số kĩ thuật Nguồn diện 220V Hiệu suất 55-65% Giới hạn nhiệt độ -50 – 1000 ℃ Đặc điểm ➢ Làm titan nên độ bền cao, chịu nhiệt tốt 16 Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 ➢ vận hành theo chu trình khép kín giúp kiểm sốt tự động, vận hành linh hoạt ➢ Đa dạng kích thước, dễ dàng cho việc lắp đặt vận hành hệ thống Cảm biến đo nhiệt độ PT100 Hình 11 Cảm biến nhiệt độ wire • Thơng số kỹ thuật ➢ Thành phần: Cặp nhiệt điện ➢ Đường kính vỏ bọc bên ngoài: 0,15 ➢ Chiều dài L1: 45mm ➢ Chiều dài L2: 0mm ➢ Dây dẫn: cặp nhiệt điện ➢ Chiều dài dây dẫn L3: 1000 mm ➢ Giá trị A: ➢ Giá trị B: ➢ Đinh ốc: R(PT) ➢ Kích thước mặt bích: Size S • Đặc điểm ➢ Khung cảm biến nhiệt độ Pt100 làm thép chống rỉ, có độ bền cao tác động từ mơi trường xung quanh ➢ Đầu dị phận cảm biến nhiệt có kích thước khác nhau, đa dạng mẫu mã, kích thước, phù hợp cho đại lượng cần đo ➢ Với cấu tạo đo khoảng nhiệt độ lớn, cảm biến nhiệt độ Pt100 đo xác nhiệt độ, ổn định cập nhật số liệu nhanh, giúp người dùng tiết kiệm thời gian 17 Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 ➢ Để phù hợp với nhiều địa điểm môi trường đo mà cảm biến nhiệt điện trở Pt100 thiết kế nhỏ gọn, tinh tế ➢ Vật liệu bền bỉ, thiết kế đặc trưng cho ngành công nghiệp, cộng thêm khả chống rung mà Pt100 chịu áp lực cao Cảm biến đo khoảng cách siêu âm Hình 12 Cảm biến đo khoảng cách siêu âm • Thơng số kỹ thuật ➢ Nguồn cấp: 15-30VDC ➢ Output: 4-20mm/0-10VDC, NPN/PNP ➢ IP: 67 ➢ Cáp: dài 2m PVC ➢ Thời gian đáp ứng: