lập trình điều khiển , giám sát cho lò nhiệt trong nhà máy bia sử dụng s7-300 ( hệ thống scada )

Ngay từ khi mới ra đời PLC đã trở thành cơ sở trong công nghiệp tự động hoá, đặc trng của PLC là sử dụng vi xử lý để xử lý thông tin, các nối ghép logic cần thiết trong quá trình điều kh

Mục lục

Mục lục 1

Phần mở đầu 8

1 Lý do chọn đề tài 8

2 Mục đích 9

3 Nội dung thực hiện 9

Chơng 1: Giới thiệu về quy trình công nghệ sản xuất Bia 9

Chơng 2: Tổng quan về thiết bị điều khiển PLC 9

Các bớc thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC 9

Chơng 3 : Khái quát về hệ SCADA và phần mềm WinCC 9

Chơng 4: Chơng trình lập trình điều khiển, giám sát cho lò nhiệt trong nhà máy bia sử dụng PLCS7-300 9

4 ý nghĩa khoa học và thực tiễn 9

5 Hớng phát triển của đề tài 10

6 Phơng pháp thực hiện 10

PHầN NộI DUNG 11

Chơng 1 11

Giới thiệu Về QUI TRìNH CÔNG NGHệ SảN XUấT BIA 11

1.1 Thành phần 11

1.1.1 Gạo 11

1.1.2 Malt 11

1.1.3 Men 12

1.1.4 Hoa Hupblon 12

1.1.5 Nớc 12

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất Bia 13

Hình 1.1: Quy trình công nghệ sản xuất Bia 13

1.3 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất bia 15

Hình 1.2: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất Bia 15

1.3.1 Nhà nghiền 15

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị nhà nghiền 16

a) Nghiền gạo (Van V2, V7 đóng) 17

b) Nghiền malt (Van V1, V6 đóng) 17

c) Làm vệ sinh 17

1.3.2 Nhà nấu 18

Hình 1.4: Quá trình trao đổi nhiệt ở Tank nấu gạo 18

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Tank nấu 19

Hình 1.6 : Nguyên lý hoạt động của khâu trộn 22

1.3.3 Nhà lên men và lọc bia 23

Hình 1.7 : Quá trình hạ nhiệt 23

Hình 1.8 : Nguyên lý hoạt động 23

1.3.4 Nhà chiết 25

Hình 1.9: Nguyên lý hoạt động nhà chiết 25

a) Máy rửa chai 26

Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy rửa chai 26

b) Máy chiết 26

Hình 1.11: Hoạt động của cơ cấu nâng chai bằng cam và con lăn 27

Hình 1.12: Hoạt động của máy chiết bia 28

c) Máy đóng nắp chai 28

Hình 1.13: Nguyên lý hoạt động máy đóng nắp 29

Hình 1.14: Hình chiếu bằng hoạt động máy đóng nắp chai 29

d) Máy thanh trùng 30

Hình 1.15: Sơ đồ hoạt động máy thanh trùng 30

Hình 1.16: Bố trí nhiệt độ trong các ngăn 31

e) Máy dán nhãn 32

Hình 1.17: Nguyên lý hoạt động của máy dán nhãn 32

f) Máy in ngày sản xuất 33

Hình 1.18: Nguyên lý hoạt động của máy in ngày sản xuất 33

g) Máy bốc chai 33

Chơng 2 34

tổng quan về thiết bị điều khiển PLC S7-300 34

2.1 Giới thiệu chung 34

Hình 2.1: Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC 35

2.2 Các modul PLC S7-300 37

Hình 2.2 : Cấu hình một thanh rack các modul của một trạm PLC S7-300 37

2.2.1 Modul CPU 37

Hình 2.3: Một số CPU của PLC S7-300 38

2.2.2 Modul mở rộng 38

Hình 2.4 : Một số modul mở rộng của PLC S7-300 40

2.3 Ngôn ngữ lập trình 41

2.4 Tập lệnh 42

2.4.1 Nhóm lệnh logic tiếp điểm 42

2.5 Bộ nhớ 49

2.5.1 Vùng nhớ chơng trình 49

2.5.2 Vùng nhớ hệ thống 49

2.5.3 Vùng nhớ dữ liệu 50

Hình 2.5: Phân chia các vùng ô nhớ trong CPU 51

2.6 Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các modul mở rộng 51

Hình 2.6: Nguyên lý trao đổi dữ liệu giữa CPU và các modul mở rộng 52

2.7 Bộ thời gian (Timer) 52

2.8 Bộ đếm (Counter) 53

2.9 Các bớc thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC 54

2.9.1 Xác định quy trình công nghệ 54

2.9.2 Xác định ngõ vào, ngõ ra 54

2.9.3 Viết chơng trình 54

2.9.4 Nạp chơng trình vào bộ nhớ 54

2.9.5 Chạy chơng trình 55

2.10 Truyền thông giữa PLC và PC 55

Hình 2.7: Mô tả PC đọc thông tin về bộ nhớ và trạng thái hoạt động của PLC 56

Hình 2.8: PC ghi dữ liệu về bộ nhớ và trạng thái hoạt động của PLC 56

Hình 2.9: PC gửi dữ liệu đến máy tính 57

2.11 Soạn thảo một Project 57

2.11.1 Cài đặt phần mềm 57

2.11.2 Lập trình 57

Hình 2.10 : Cách mở một dự án 58

Hình 2.11 : Chọn Next màn hình để mở một dự án 58

Hình 2.12 : Chọn CPU dùng trong dự án 59

Hình 2.13 : Chọn khối, ngôn ngữ dùng trong dự án 59

Hình 2.14 : Đặt tên cho dự án 60

Hình 2.15 : Khai báo cấu hình phần cứng 60

Hình 2.16 : Chọn Install HW Updates trong hộp thoại Options 61

Hình 2.17 : Chọn Install trong hộp thoại Install Hardware 61

Hình 2.18 : Chọn loại CPU, IO Modul, dùng trong dự án 62

Hình 2.19: Mở cửa sổ để viết chơng trình 62

2.11.3 Download và mô phỏng 63

Hình 2.20 : Thực hiện download chơng trình 63

2.12 Truyền thông trên MPI 63

2.12.1 Công dụng 63

Hình 2.21: Cấu trúc mạng MPI 63

Hình 2.21 : Các lựa chọn địa chỉ truyền thông 64

Hình 2.22 : Màn hình sau khi chọn địa chỉ truyền thông 65

Hình 2.23 : Chọn địa chỉ truyền thông 65

Hình 2.24 : Download địa chỉ truyền thông xuống PLC 66

2.12.2 Tính năng 66

Chơng 3 67

KHáI QUáT Về Hệ SCADA Và PHầN MềM WinCC 67

3.1.Tổng quan về hệ SCADA 67

Hình 3.1: Cấu hình của một hệ SCADA điển hình 68

3.2 Tổng quan v ph n m m thiết kế WinCC ề ầ ề 68

3.2.1 Giới thiệu chung 68

Hình 3.2: Đặc tính mở của phần mềm WinCC 69

3.2.2 Các đặc điểm chính 70

3.2.3 Các cấu hình hệ thống cơ bản 71

3.2.4 Các chức năng SCADA cơ bản 72

3.2.5 Các chức năng cơ bản 73

3.3 Truyền thông trong môi trờng WinCC 76

3.3.1 Bản chất truyền thông giữa máy tính (PC) và PLC .76

Hình 3.3: Bản chất của quá trình truyền thông trong WinCC 76

3.3.2 Hàm truyền thông cơ bản 78

3.4 Cài đặt phần mềm 79

3.5 Thiết kế giao diện 79

Hình 3.4: Biêủ tợng của WinCC 79

Hình 3.5: Tạo một Project mới 80

Hình 3.6: Các cách kết nối giữa PC và PLC 80

Hình 3.7: Chọn kết nối giữa một PC và một PLC 81

Hình 3.8: Đa các th viện vào dự án 81

Hình 3.9: Chọn kiểu màn hình HMI 82

Hình 3.10: Lựa chọn thiết bị cần lập trình 82

Hình 3.11: Màn hình giao diện của WinCC 83

Hình 3.12: Cửa sổ khai báo các trờng của Project 84

Hình 3.13: Cách lấy thanh công cụ 84

Hình 3.14: Thanh công cụ 85

Hình 3.15: Các cách kết nối 85

Hình 3.16: Thông tin kết nối 86

Chơng 4 87

CHƯƠNG TRìNH LậP TRìNH ĐIềU KHIểN, GIáM SáT CHO Lò NHIệT TRONG NHà MáY BIA Sử DụNG PLC S7- 300 87

4.1 Lập trình điều khiển nhiệt độ Tank nấu gạo 87

4.1.1 Quy trình công nghệ 87

Hình 4.1: Sơ đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ của Tank nấu gạo 87

4.1.2 Lựa chọn thiết bị 88

Hình 4.2: Giao diện giám sát nhiệt độ, thời gian 88

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý Thermocouple 88

Bảng 4.1: Một số loại cặp nhiệt thông dụng 89

Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý Thermocouple khi nối với dụng cụ đo 89

4.1.3 Xác định địa chỉ vào, ra cho PLC 91

Bảng 4.2: Định địa chỉ đầu vào 91

Bảng 4.3: Định địa chỉ đầu ra 92

4.1.4 Chơng trình điều khiển 92

4.2 Thiết kế giao diện điều khiển sử dụng phần mềm WinCC 98

4.2.1 Giao diện điều khiển hệ thống 98

Hình 4.5: Giao diện khởi động hệ thống 98

Hình 4.6: Đặt tên cho Button_2 98

Hình 4.7: Chọn màn hình khi nhấn nút Start 99

Hình 4.8: Đặt tên cho Button_4 99

Hình 4.9: Thoát khỏi màn hình khi nhấn nút Exit 99

Hình 4.10: Viết chữ vào Text Field 100

Hình 4.11: Giao diện điều khiển của hệ thống 100

4.2.2 Xây dựng chơng trình liên kết giữa WinCC và PLC 100

Hình 4.12: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho cảm biến nhiệt độ PT100 101

Hình 4.13: Tạo Tag cho cảm biến nhiệt 102

Hình 4.14: : Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho nhiệt độ đặt ngỡng dới 102

Hình 4.15: Tạo Tag cho nhiệt độ đặt ngỡng dới 102

Hình 4.16: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho nhiệt độ đặt ngỡng trên 103

Hình 4.17: Tạo Tag cho nhiệt độ đặt ngỡng trên 103

Hình 4.18: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho Timer 104

Hình 4.19: Tạo Tag cho Timer 104

Hình 4.20: Đặt tên cho Button_6 104

Hình 4.21: Đặt tên cho Button_6 105

4.3 Thö nghiÖm hÖ thèng ®iÒu khiÓn, gi¸m s¸t 105

KÕt luËn 106 Tµi liÖu tham kh¶o 107

Danh môc b¶ng

B¶ng 4.1: Mét sè lo¹i cÆp nhiÖt th«ng dông Error: Reference source not found

Phần mở đầu

 Trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá, tự động hoá là không thể thiếu trong mọi lĩnh vực của ngành kinh tế quốc dân nhằm tạo ra sản phẩm có chất lợng cao cho xã hội và khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trờng

Ngay từ khi mới ra đời PLC đã trở thành cơ sở trong công nghiệp tự động hoá, đặc trng của PLC là sử dụng vi xử lý để xử lý thông tin, các nối ghép logic cần thiết trong quá trình điều khiển đợc xử lý bằng phần mềm do ngời sử dụng lập nên và cài vào Do đó, ngời ta có thể giải quyết nhiều bài toán về tự động hoá khác nhau trên cùng một bộ điều khiển mà hầu nh không cần phải biến đổi gì ngoài việc nạp chơng trình khác nhau PLC giám sát thờng xuyên các trạng thái của hệ thống thông qua tín hiệu báo về của các thiết bị vào, tiếp theo PLC sẽ căn

cứ trên chơng trình logic để quyết định tiến hành hoạt động các đầu ra Việc trao đổi thông tin và dữ liệu giữa trung tâm điều khiển với thế giới bên ngoài đợc thực hiện thông qua hệ thống giao diện, ngoài ra bộ điều khiển trung tâm còn có thể trao đổi thông tin với các máy tính khác So sánh với các hệ thống điều khiển thế hệ cũ dùng rơle thì kỹ thuật PLC có u thế tuyệt đối về khả năng linh

động và khả năng giải quyết những bài toán tự động hoá phức tạp

ợc kiến thức chuyên ngành, áp dụng tốt linh hoạt vào thực tiễn

2 Mục đích

Trong quá trình thực hiện đồ án em phải tìm tòi, trao đổi, tổng hợp kiến thức để vận dụng vào thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát lò nhiệt trong nhà máy Bia cho phù hợp với yêu cầu của thực tế

3 Nội dung thực hiện

Chơng 1: Giới thiệu về quy trình công nghệ sản xuất Bia.

Nội dung chính của chơng này là tìm hiểu về quy trình công nghệ sản xuất bia nói chung

Chơng 2: Tổng quan về thiết bị điều khiển PLC.

Tìm hiểu cấu trúc chung của một bộ PLC; PLCS7- 300 : các modul; ngôn ngữ lập trình ; tập lệnh, bộ nhớ, bộ thời gian (Timer), bộ đếm (Counter)

Các bớc thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC

Soạn thảo một Project

Truyền thông giữa PLC và PC

Chơng 3 : Khái quát về hệ SCADA và phần mềm WinCC.

Tìm hiểu về hệ SCADA; phần mền WinCC: Đặc tính mở, các đặc điểm chính, các chức năng, các cấu hình hệ thống cơ bản Thiết kế giao diện

Chơng 4: Chơng trình lập trình điều khiển, giám sát cho lò nhiệt trong nhà máy bia sử dụng PLCS7-300.

Hiểu đợc quy trình công nghệ; xác định địa chỉ vào, ra cho PLC; chơng trình điều khiển; thiết kế giao diện sử dụng phần mềm WinCC; xây dựng chơng trình liên kết giữa WinCC và PLC

4 ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ngày nay lĩnh vực tự động hoá và tin học công nghiệp là mũi nhọn của kỹ thuật hiện đại, nhiều hệ thống điều khiển tự động đã ra đời nhằm phục vụ nhiều nhu cầu khác nhau của đời sống và đợc ứng dụng rất thành công đem lại hiệu quả công

việc rất cao Một trong những phơng án tốt nhất và đợc sử dụng rộng rãi hiện nay là thay thế hệ thống đó bằng bộ điều khiển PLC Vì vậy thiết kế, điều khiển, giám sát

lò nhiệt sử dụng thiết bị lập trình điều khiển PLC làm nâng cao năng suất, chất lợng của dây truyền sản xuất Bia là một điều tất yếu hiện nay

5 Hớng phát triển của đề tài

Đề tài này cho ta nắm khái quát một hệ thống tự động, tuy nhiên trên thực

tế có nhiều cách điều khiển, giám sát khác nhau tuỳ theo nhu cầu công nghệ mà

ta thiết kế cho hợp lý Từ những kiến thức tiếp thu đợc qua đề tài này ta có thể phát triển thành điều khiển, giám sát cho lò nhiệt trong các hệ thống điều khiển công nghiệp khác có quy mô lớn và rộng hơn

6 Phơng pháp thực hiện

Trong quá trình làm đồ án sử dụng những phơng pháp sau:

Phơng pháp nghiên cứu lý luậnPhơng pháp nghiên cứu thực tiễnPhơng pháp thống kê toán họcPhơng pháp chuyên gia

Phơng pháp thực nghiệm

Tuy nhiên, PLC là một lĩnh vực mới đối với sinh viên đang còn ngồi trên ghế nhà trờng cũng nh thời gian nghiên cứu tơng đối ngắn, nên mặc dù đợc thầy giáo hớng dẫn tận tình và sự nỗ lực của bản thân nhng không thể tránh khỏi những sai sót

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Hiếu cùng các thầy trong bộ môn đã tạo điều kiện và giúp đỡ em hoàn thành đề tài này

Sinh viên thực hiện

Phạm Thị Hằng

PHầN NộI DUNG

Chơng 1 Giới thiệu Về QUI TRìNH CÔNG NGHệ SảN XUấT BIA1.1 Thành phần

Nguyên liệu dùng để sản xuất bia bao gồm: gạo, malt, H20, men, hoa hupblon Trong đó malt và hoa hupblon là hai nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia, nó có chất lợng cao của các hãng cung cấp hàng đầu thế giới Việc sản xuất dựa trên nền tảng công nghệ tiên tiến và tuân thủ nghiêm ngặt theo đúng các quy trình công nghệ cũng nh các tiêu chuẩn của Việt Nam -Thế giới Ngoài

ra có thể thay thế malt bằng nguyên liệu phụ nh bột mì, gạo ngô hay malt cha nảy mầm Tuy vậy cho đến nay bia trên thế giới đợc sản xuất chủ yếu với công thức cổ điển:

BIA = MALT + HOA HUPBLON + NƯớC

ở các cơ sở sản xuất bia lớn trong nớc ta hầu hết các nguyên liệu đợc nhập

từ nớc ngoài chủ yếu là malt và hoa hupblon

1.1.1 Gạo

Chỉ là nguyên liệu phụ (chiếm 30% thành phần nguyên liệu sản xuất bia), nguyên liệu dùng để thay thế nhằm giảm giá thành sản phẩm Gạo đợc mua từ gạo ăn bình thờng, đem nghiền nát sau đó say mịn ở dạng tấm và đợc đa vào nồi gạo ở nồi gạo, gạo dạng tấm đợc hoà tan bằng nớc ở 770C và hỗn hợp đó đợc hồ hoá ở 1000C Trong quá trình hồ hoá có bổ sung thêm một số hoá chất nh: CaCl2, CaSO4 nhằm mục đích cung cấp Ca2+ để phục vụ cho quá trình đờng hoá sau này

và có bổ sung thêm 1 loại enzym chống cháy có tên thơng mại là Termamyl để pha loãng dung dịch, chống trờng hợp cháy nồi và enzym này phải là enzym chịu nhiệt cao

1.1.2 Malt

Là loại hạt ngũ cốc hay thờng gọi là lúa mạch (chiếm 70% thành phần nguyên liệu sản xuất bia) Nó đợc nhập từ các nớc Anh, úc, Đan Mạch Chất l-

ợng malt đợc đảm bảo theo tiêu chuẩn quy định đối với nguyên liệu sản xuất bia Malt dạng hạt sau khi xay đợc hoà tan bằng nớc ở 370C và cho vào nồi malt (tank nấu malt) Đối với việc hoà tan malt khác với hoà tan gạo vì malt dễ bị hiện tợng

đóng cục hơn do đó malt đợc khuấy trộn dới dạng phun nớc trớc khi cho vào nồi phun

Malt còn đợc dùng để tạo màu cho bia, với malt bình thờng không đủ độ màu vì thế ngời ta thêm malt “đen” để tăng độ màu cho Bia

1.1.3 Men

Là chất xúc tác có nguồn gốc prôtêin, đó là những phân tử có cấu tạo từ axit amin và có cấu trúc không gian xác định của mạch polypeptit Tác dụng xúc tác là nhờ các quá trình lên men Đó là những quá trình trong đó xảy ra sự thay

đổi thành phần hoá học của chất gây ra do kết quả hoạt động của các vi sinh vật nào đó (ví dụ: men rợu, nấm hoặc vi khuẩn).Trong những trờng hợp này, những chất men do vi sinh vật tạo ra là những yếu tố xúc tác Chất men vẫn giữ đợc khả năng hoạt động và tác dụng của nó khi lấy nó ra khỏi vi sinh vật Mỗi loại men

có một hơng vị riêng

1.1.4 Hoa Hupblon

Dùng để tạo vị đắng cho bia Cây hupblon là một loại dây leo, thích hợp khí hậu ôn đới, đợc trồng nhiều ở Anh, Mỹ Có 2 loại hupblon là: hupblon bittermiss và hupblon Aroma Cả 2 loại này đều phải đợc bảo quản ở nhiệt độ dới

100 C để giảm độ mất mát của axit Trên cây hupblon ngời ta thờng dùng hoa của cây để tạo vị đắng cho bia vì hoa của cây hupblon có vị đắng nhiều hơn

1.1.5 Nớc

Nguồn nớc sử dụng của bia đợc lấy từ nhà máy nớc, phải đảm bảo các chỉ

số kỹ thuật phù hợp cho việc sản xuất bia

Chất lợng sản phẩm phải thoả mãn với các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về vệ sinh an toàn thực phẩm, chất lợng ổn định

Malt Gạo Nước

Dịch hóa, hồ hóa Đường húa

Nghiền trục

Dịch đường 11 0 P

Termany l (10g) Nghiền búa

Lờn men chớnh Lạnh nhanh Tỏch cặn

Lọc Bia

Nấu hoa (90 phỳt) Lọc

Lờn men phụ

CO

2

Men sữa

CO

2

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất Bia.

Hình 1.1: Quy trình công nghệ sản xuất Bia

Trên thực tế, sản xuất bia có thể điều khiển theo một trong 3 hình thức nh sau:

Từ quy trình công nghệ sản xuất bia để đơn giản ta khái quát thành sơ đồ khối

1.3 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất bia

Hình 1.2: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất Bia

Trong đồ án này sẽ trình bày quy trình công nghệ sản xuất bia ở chế độ tự

động hoàn toàn từ khâu đa nguyên liệu vào, nghiền, nấu, trộn, lên men, cho tới khâu hoàn thiện

Nhà nghiền

Nhà nấu

Nhà chiết

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị nhà nghiềnBên trong mỗi tank đều có hai cảm biến để báo mức nguyên liệu (mức cao nhất và thấp nhất ) Máy nghiền gạo gồm có một động cơ xoay chiều (trạng thái hoạt động của động cơ đợc giám sát bằng cảm biến) Máy nghiền malt gồm một

động cơ điều khiển hai lô nghiền Các van trong hình vẽ đóng mở đợc điều khiển bằng tín hiệu điện

Trớc khi thực hiện công đoạn nghiền, gạo và malt đợc sàng kỹ bằng máy sàng trớc khi cho vào hai tank dự trữ, nhằm loại bỏ các vật liệu cứng nh cát, sạn…

Quy trình thực hiện tại nhà nghiền nh sau (thực hiện khi nguyên liệu đầy

đủ trong các thùng):

a) Nghiền gạo (Van V2, V7 đóng)

Cảm biến mức trong thùng chứa gạo sẽ báo mức gạo, nếu mức gạo trong thùng nằm trong phạm vi cho phép thì hệ thống làm việc (nếu không đủ lợng gạo băng tải liệu hoạt động để cấp liệu)

Van V3 đóng van V1 mở, gạo sẽ vào cân nếu khối lợng gạo đạt mức yêu cầu thì van V1 đóng van V3 mở máy nghiền hoạt động Đồng thời van V4 mở

để cho nớc trộn cùng với gạo

Van V6 mở (van V7 đóng) máy bơm M2 sẽ đẩy nguyên liệu sang nồi nấu gạo

b) Nghiền malt (Van V1, V6 đóng)

Cảm biến mức trong thùng chứa malt sẽ báo mức malt, nếu mức malt trong thùng nằm trong phạm vi cho phép thì hệ thống làm việc (nếu không đủ l-ợng malt băng tải liệu hoạt động để cấp liệu)

Van V3 đóng van V2 mở, malt sẽ vào cân nếu khối lợng malt đạt mức yêu cầu thì van V1 đóng van V3 mở máy nghiền hoạt động Đồng thời van V4 mở

để cho nớc trộn cùng với malt

Van V7 mở (van V6 đóng) máy bơm M2 sẽ đẩy nguyên liệu sang nồi nấu malt

c) Làm vệ sinh

Quá trình làm vệ sinh máy thực hiện khi kết thúc một mẻ nấu, công đoạn làm vệ sinh đợc tiến hành nh sau:

Máy ngừng hoạt động, các van V1, V2, V3, V4 đóng

Van V5 mở để cho dịch CIP vào trong máy nghiền (hai lô nghiền) làm vệ sinh Dịch CIP chính là dung dịch sút (NaOH) nồng độ loãng có tác dụng tẩy rửa

Van V6, V 7 mở và bơm M2 hoạt động để bơm dịch CIP sang hai tank nấu gạo và malt, thực hiện làm vệ sinh nhà nấu

Quá trình nghiền gạo và malt đợc thực hiện riêng biệt, sau khi nghiền gạo hoàn thành thì mới nghiền malt hay ngợc lại

1.3.2 Nhà nấu

Nhà nấu gồm có hai tank lớn, trong đó một tank để nấu gạo và một tank

để nấu malt Gạo và malt từ nhà nghiền sẽ đợc đa đến hai tank này có pha trộn với nớc nhờ bơm M2, quá trình bơm nhiên liệu kết thúc khi cảm biến báo mức

đầy trong tank có tín hiệu Nhiệt để cung cấp cho nhà nấu là hơi nớc nóng đợc gia nhiệt tại khu vực cung cấp nhiệt và CO2

Quy trình nấu đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật về thông số nhiệt độ là rất cao, độ chính xác nhiệt độ trong tank nấu là yếu tố góp phần quyết định chất lợng sản phẩm bia

Quá trình trao đổi nhiệt nhờ hệ thống ống dẫn hơi nớc nóng, nguyên liệu

đi từ trên xuống và hơi nớc nóng đi theo chiều ngợc lại từ dới lên

Hình 1.4: Quá trình trao đổi nhiệt ở Tank nấu gạo

Nguyên liệu ra

*) Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra nh sau:

Nguyên liệu từ nhà nghiền đa sang tank nấu nhờ bơm M2 Nguyên liệu đi

từ trên xuống, hơi nớc nóng ( nh hình vẽ ) cung cấp nhiệt cho nguyên liệu

Nguyên liệu sẽ đợc duy trì ở mức nhiệt độ không đổi trong thời gian nhất

định và sau đó sẽ tháo ở đờng nguyên liệu ra

Hơi nớc nóng sau khi trao đổi nhiệt sẽ ngng tụ và đợc đa trả về nơi gia nhiệt

Sau khi tháo hết nguyên liệu, tank nấu sẽ đợc làm sạch

a) Sơ đồ nguyên lý hoạt động của tank nấu

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Tank nấu

Các thiết bị trong tank nấu :

Hai cảm biến báo mức L1, L2 ( mức thấp và mức cao) Một cảm biến nhiệt độ của Siemens L3

Có 5 van điện V8, V9, V10, V11 , V12Hai môtơ bơm M3,M’

2

Một đồng hồ báo nhiệt độ hơi nớc nóng

Van 11

b) Nguyên lý hoạt động tank nấu nh sau:

Hoạt động đồng bộ cùng với quá trình nghiền, khi bắt đầu nghiền lò sẽ

đ-ợc gia nhiệt Nguyên liệu từ nhà nghiền sẽ đđ-ợc bơm M2 chuyển sang, khi nguyên liệu vợt quá mức thấp thì động cơ M’2 bắt đầu hoạt động Van V8 mở để tăng lợng nớc vào tank lợng nớc và nguyên liệu sẽ đợc pha trộn theo đúng tỷ lệ

đã quy định.Thì van V12 mở hơi nớc nóng theo hệ thống ống đi vào tank, quá trình gia nhiệt bắt đầu Cho đến khi nguyên liệu vào đầy tank, cảm biến báo mức cao L1 có tín hiệu thì động cơ M’2 ngừng hoạt động đồng thời sẽ tạm dừng hoạt

động nghiền nguyên liệu cần nấu và sẽ chuyển sang nghiền nguyên liệu khác, bơm M2 (bơm nguyên liệu từ nhà nghiền ) dừng hoạt động đồng thời van V9

đóng Quá trình nấu bắt đầu, hơi nớc nóng cung cấp nhiệt cho nhà nấu Các cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ đo (các thông số nhiệt độ và khối lợng đợc thể hiện trên panel điều khiển )

Nhiệt độ trong tank nấu, có cảm biến nhiệt độ để theo dõi nhiệt độ từ tank nấu nhằm tăng sự đồng đều nhiệt độ trong tank Quá trình nấu kết thúc, van V12

đóng, van V10 mở đồng thời bơm M3 hoạt động để tháo nguyên liệu

c) Quá trình làm vệ sinh tank nấu tiến hành nh sau:

Khi kết thúc quá trình tháo nguyên liệu, tất cả các van sẽ đóng Quá trình làm vệ sinh này tiến hành cùng với nhà nghiền, dịch CIP từ nhà nghiền theo van V9 chảy vào tank để làm vệ sinh tank Đồng thời van V11 mở để tháo dịch CIP

ra khỏi tank Sau đó, van V8 mở để cho nớc sạch chảy vào làm sạch dịch CIP còn lại trong tank Van V11 mở để tháo sạch các chất còn lại trong tank

Tại nhà nấu có ba tank nấu, trong đó có hai tank nấu hoạt động giống hệt nhau là tank nấu gạo và malt Một tank còn lại là nấu hupblon để cung cấp dịch cho nhà lọc và đồng thời trộn với nguyên liệu sau khi nấu nhằm tạo hơng vị và màu cho bia Nguyên lý hoạt động của tank này cũng tơng tự nh trên Tuy nhiên kích thớc của tank này là không lớn, cho nên nó chỉ sử dụng một cảm biến đo nhiệt độ

Sau khi nấu xong, nguyên liệu gạo và malt sẽ đợc các bơm chuyển sang bộ phận lọc để loại bỏ bã nguyên liệu Bộ phận lọc này có nhiệm xới trộn hai nguyên liệu trên lại với nhau trớc khi lọc Kết thúc quá trình lọc sẽ đợc dịch gạo

và malt Dịch gạo và malt tiếp tục chuyển đến tank trộn cùng với hupblon để tạo hơng vị bia chuẩn bị lên men Ngoài ra khu vực nấu còn có một tank trung gian phòng khi sự cố nồi nấu thì có thể nồi còn lại nấu xong chuyển đến nồi trung gian chứa Sau đó cho nguyên liệu còn lại vào tank để nấu tiếp Nấu xong thì trộn hai nguyên liệu vào nồi lọc để tiến hành lọc bả và nớc dịch

d) Sơ đồ hoạt động của khâu trộn gạo, malt và hupblon nh sau:

Hình 1.6 : Nguyên lý hoạt động của khâu trộn

*) Các thiết bị tank trộn

Các van V13, V14, V15 Bơm M4, M5

Cảm biến báo mức L’3

*) Nguyên lý hoạt động

Van V13, V14 ( van V15 đóng ) đồng thời mở cảm biến báo mức thấp L3

có tín hiệu, động cơ M4 quay tốc độ chậm cho đến khi nguyên liệu vào đầy Cảm biến báo mức cao L4 có tín hiệu van V13, V14 đóng đồng thời động cơ M4 chuyển sang chế độ quay nhanh sau thời gian định trớc Sau thời gian này, động cơ M4 chuyển sang chế độ quay chậm van V15 mở, bơm M5 hoạt động chuyển dịch sang nhà lên men Kết thúc chu kỳ trộn

Van 18

Van 16

Van 17

Dựa trên nguyên lý trao đổi năng lợng, nhiệt trong dịch sẽ truyền qua nớc lạnh, cánh tản nhiệt ra ngoài môi trờng Lu lợng dịch và nớc lạnh sẽ đợc điều khiển bằng van lu lợng V16, V17 đảm bảo dịch ra khỏi bộ phận hạ nhiệt đạt

100C

Dịch sau khi đợc hạ nhiệt độ, sẽ đợc chuyển đến một tank để trộn men Sau khi quá trình trộn men kết thúc sẽ đợc đa vào tank lên men Trong nhà lên men có tổng cộng 12 tank lên men Mỗi tank đều có cảm biến nhiệt độ (cặp nhiệt độ) để đo nhiệt độ, thiết bị điều khiển nhiệt độ

c) Quá trình lên men

Quá trình lên men bia đợc tóm tắt thành bốn giai đoạn chính :

Giai đoạn đầu: Tạo bọt trắng và mịn ở xung quanh bề mặt dịch lên men, nấm men nẩy chồi và phát triển, giai đoạn này kéo dài từ 1-5 ngày

Giai đoạn hai: Giai đoạn bọt thấp có rất nhiều bọt đặc trắng, chật, bồng lên một lớp trên bề mặt dịch trong thời gian 1-2 ngày

Giai đoạn ba : Giai đoạn bọt cao, quá trình lên men diễn ra mạnh mẽ nhất, bọt xốp và bồng lên rất cao, bề mặt bọt từ trắng chuyển sang màu nâu Giai đoạn này kéo dài 3-4 ngày

Giai đoạn cuối: Bọt bệp xuống, bề mặt bọt lên men phủ lớp màu nâu Tế bào nấm men tạo thành lớp bông và lắng xuống đáy thùng Sản phẩm thu đợc là bia non tiến hành tiếp quá trình ủ bia từ 6-10 ngày để nồng độ CO2, hàm lợng cồn diaxentin, độ axit đạt chỉ tiêu yêu cầu

d) Làm trong bia

Để đợc bia có độ trong cần thiết phải tiến hành lọc và làm trong Có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau và nhiều chất trợ lọc khác nhau Lọc tách triệt để các phần tử rắn lóng, khuyếch tán trong bia, lọc loại bỏ hầu hết các vi sinh vật,

kể cả nấm men, làm cho bia có độ trong sáng đúng yêu cầu chất lợng làm ổn

định và gia tăng độ bền vững sinh học, hoá học, nên bia sau khi lọc tinh có thể

để một tháng không cần thanh trùng

Quá trình hoạt động của nhà chiết có thể đợc mô tả bằng sơ đồ sau:

Hình 1.9: Nguyên lý hoạt động nhà chiết

Máy bốc chai vào két

Chai

Máy rửa chai

Chai Bia thành phẩm

Máy in ngày SX

Đèn soi

Máy dán nhãn

Máy chiết chai

Máy đóng

Chai thu hồi đợc đa qua máy rửa bằng các băng tải.

a) Máy rửa chai

Quá trình rửa chai trong hệ thống máy rửa diễn ra nh sau:

Chai sẽ đợc ngâm vào bể chứa nớc nóng 350C để thấm ớt nhãn trên vỏ chai nhằm loại bỏ nhãn Sau đó chai tiếp tục đợc rửa bằng vòi phun nớc nóng

Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy rửa chaiSau đó chai đợc ngâm vào trong một bể chứa dung dịch NaOH có nhiệt độ

là 750C Sau khi ngâm sút kết thúc, chai đợc qua vòi phun nhằm loại bỏ hoàn toàn nhãn trên chai bia Nhãn bia đợc lấy đi và đa ra ngoài nhờ một băng tải, trên băng tải này có trang bị một bàn chải xoay để làm sạch các nhãn bám trên băng tải này Chai tiếp tục đa lên phía trên của máy rửa cao áp, máy rửa này có nhiệm

vụ rửa sạch cả bề mặt bên trong lẫn bên ngoài chai nhờ vào một dãy các vòi phun cao áp đặt kế tiếp nhau Kết thúc bằng vòi phun nớc sạch có nhiệt độ bình thờng

Chai sau khi ra khỏi máy rửa tiếp tục đi qua các băng tải khác, các băng tải này sẽ đa chai rửa sạch qua hệ thống đèn soi để thu hồi những chai còn bẩn

và chai vỡ và tiếp tục đi qua máy chiết

Hình 1.11: Hoạt động của cơ cấu nâng chai bằng cam và con lăn

Cơ cấu cam cố định với thân máy, còn các con lăn chuyển động xoay tròn Khi con lăn quay, kết hợp cùng với cơ cấu cam thực hiện nâng chai tiếp xúc với

đầu chiết bia

Chu kỳ 2: Lúc này đờng đẳng áp mở ra để thông khí ra ngoài, khí CO2 vào

để thổi hết không khí trong chai Đờng đẳng đóng lại, trong chai còn CO2 đến khi nào áp suất trong chai bằng áp suất trong thùng thì bia chảy vào chai

Cơ cấu cam

Đường chai vào

chiết

Chai đã chiết xong

Chai đang chiết

Chai bắt đầu chiết

Chai rỗng

Chai chuẩn bị

đóng nắp

Trucû vít dẫn hướng chai

H×nh 1.12: Ho¹t ®ĩng cña m¸y chiÕt biaChu kú 3: Bia tù ®ĩng ch¶y vµo chai theo ®óng ®Þnh møc do c©n b»ng ¸p suÍt Lóc nµy CO2 kh«ng t¹o ¸p suÍt ngîc chiÒu ®îc do ®ê bia ngõng ch¶y vµo chai Qu¸ tr×nh chiÕt mĩt chai bia kÕt thóc mĩt khi chai quay ®Õn vÞ trÝ ®êng c-ìng bøc vßi chiÕt

Chu kú 4: Ph¶i mị cöa víi thíi gian nhÍt ®Þnh ®Ó ¸p suÍt trong chai bia c©n b»ng víi ¸p suÍt bªn ngoµi Rơi míi ®a chai bia ra khâi chôp chai, ®iÒu nµy nh»m môc ®Ých tr¸nh trµo bia khi mị ®ĩt ngĩt ®Ìu chôp chai

Sau ®ê tiÕp tôc ®îc ®a qua hÖ thỉng ®êng n¾p chai Tríc khi ®i qua hÖ thỉng ®êng n¾p, chai bia ®· ®îc sôc CO2 (ho¸ lâng) vµo ®Ó t¹o ga vµ ®ơng thíi qua hÖ thỉng b¬m níc nêng ®Ó ®uưi hÕt O2 kh«ng khÝ ra ngoµi nh»m diÖt con men bia

c) M¸y ®êng n¾p chai

*) Yªu cÌu kü thuỊt

§Ó bia kh«ng bÞ gi¶m chÍt lîng th× thíi gian tõ khi bia ®îc rêt ®Õn lóc

®êng n¾p xong kh«ng ®îc qu¸ 5 gi©y

Chai chuỈn bÞ

®êng n¾p

Trôc vÝt dĨn híng chai

Chai rìng

Chai chuỈn bÞ chiÕt

Chai ®ang chiÕtChai ®· chiÕt xong

Chai vàoChai ra

Nắp phải đợc đóng kín không đợc làm thất thoát CO2 và nhiễm khuẩn.Không đợc gây mẻ miệng chai

Hình 1.13: Nguyên lý hoạt động máy đóng nắp

Hình 1.14: Hình chiếu bằng hoạt động máy đóng nắp chai

Cơ cấu dẫn hư

ớng nắp chai

Đóng nắp chai

đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.

Hình 1.15: Sơ đồ hoạt động máy thanh trùng

*) Yêu cầu kỹ thuật

Đảm bảo đúng nhiệt độ yêu cầu ở từng khoang thanh trùng

Thời gian chai lu lại trong mỗi khoang

Tốc độ chai chạy tùy theo lợng chai có trong máy mà biến tần sẽ điều chỉnh tốc độ của băng tải để đa chai ra ngoài theo đúng tiến độ

*) Nguyên lý hoạt động

Ngăn 1: ở ngăn này chai từ máy chiết đi vào, nên chai đợc giữ ở nhiệt độ bình thờng (nhiệt độ đặt là 280C) Chai tiếp tục đi vào ngăn hai nhờ băng tải.

Ngăn 2: Tại ngăn này chai đợc gia nhiệt, nhiệt độ trong ngăn đợc tăng nhiệt đến 400C Tốc độ chai chạy qua ngăn này phụ thuộc vào nhiệt độ trong ngăn Nếu nhiệt độ đặt cao thì chai sẽ chạy nhanh để đảm bảo nhiệt độ trong chai không vợt quá mức cho phép Tốc độ chai đợc điều khiển bởi các động cơ xoay chiều và biến tần VLT series 5004, VLT 3004

Ngăn 3: Trong ngăn tiếp tục gia nhiệt lên đến 520C, nhờ nhiệt trong ngăn

mà nhiệt độ trong chai tăng lên khoảng 500C Với nhiệt độ này, tốc độ chai đi qua ngăn chậm để đảm bảo nhiệt độ của chai Kết thúc ngăn này chai sẽ đợc hạ nhiệt

Ngăn 4 : ngăn tiếp tục đợc gia nhiệt, nhiệt độ trong ngăn đợc tăng lên

680C Tốc độ chai đi qua ngăn này là tơng đối chậm để đảm bảo nhiệt độ trong chai là 680C và diệt khuẩn an toàn Nhiệm vụ của ngăn này là “tiền diệt khuẩn ” vì ở nhiệt độ này sẽ hạn chế đợc sự hoạt động, phát triển của các vi sinh vật còn sót lại

Ngăn 5 : nhiệt độ trong ngăn đợc hạ xuống 620C, đây là giai đoạn diệt khuẩn toàn bộ

Ngăn 6: Chai đợc hạ nhiệt độ xuống nhiệt độ 520C

Ngăn 7: Chai đợc hạ xuống nhiệt độ 420C

Ngăn 8 : Chai đa về nhiệt độ bình thờng ( thông thờng là 280C)

Hình 1.16: Bố trí nhiệt độ trong các ngănNhiệt cung cấp cho quá trình thanh trùng đợc cung cấp nhờ hơi nớc nóng

ở nhà nhiệt Hơi nớc nóng sẽ đợc thổi vào bộ trao đổi nhiệt giữa nớc với hơi nớc

280C 400C 520C 680C 620C 520C 420C 280C

nóng Nhiệt độ nớc đảm bảo gia nhiệt sẽ đợc phun vào trong ngăn, nhiệt độ ngăn tăng lên yêu cầu nhờ các bơm để tăng giảm tốc độ trao đổi nhiệt Nớc là nhờ quá trình trao đổi nhiệt giữa nớc nóng với không khí trong ngăn.

Do yêu cầu nhiệt độ trong ngăn phải đảm bảo chính xác so với nhiệt độ đặt nên trong mỗi ngăn đều có các quạt thông gió, các quạt này đảm bảo nhiệt độ trong ngăn không tăng đột ngột Khi nhiệt độ trong ngăn vợt quá nhiệt độ đặt thì quạt

sẽ hoạt động cho đến khi nhiệt độ trong ngăn thấp hơn nhiệt độ đặt 5% Bia sau khi đợc thanh trùng tiếp tục đi qua bộ phận dán nhãn

e) Máy dán nhãn

Chai từ băng tải đi vào, bàn xoay I có nhiệm vụ đa chai vào bàn xoay II Bàn xoay II mang chai chạy theo đờng tròn, lúc đó bàn thoa keo IV sẽ quay tròn, thực hiện việc lấy nhãn tai hộp chứa nhãn và dán vào chai Sự ăn khớp giữa chai vào nhãn giống

CO2 và nhiệt

Bàn xoay chai

Băng tải

IIV

II

III

f) Máy in ngày sản xuất

Chai chạy trên băng tải chai, khi cảm biến quang mất tín hiệu (tức là có chai đi qua vị trí in ngày) thì máy in phun thực hiện in ngày sản xuất lên chai Với vị trí vòi phun đã định vị sao cho phun đúng cổ chai

Hình 1.18: Nguyên lý hoạt động của máy in ngày sản xuất

g) Máy bốc chai

Chai bia sau khi thanh trùng xong, băng tải sẽ chuyển chai bia sang máy bốc, khi đến gần máy bốc sẽ có một cơ cấu dồn chai và dẫn hớng chai (xem hình vẽ) Khi băng tải chạy sẽ dồn chai bia vào cơ cấu dẫn hớng chai, cơ cấu này có nhiệm vụ tách thành bốn hàng chai Sau đó có cơ cấu ép chai xít lại với nhau Một đầu kia sẽ bị chặn lại không cho chai bia chạy tiếp, lúc này các hàng bia ở phía sau sẽ tự động sắp xếp lại

Có 4 công tắc đợc bố trí thẳng hàng và nằm đúng vị trí dãy thứ 11 Khi bốn công tắc này đóng (tức là đã đủ 10 dãy bia, có 40 chai) và đồng thời hai két không đã vào đúng vị trí trên băng tải két thì máy bốc sẽ thực hiện việc bốc chai

Nguyên lý hoạt động và kết cấu của máy bốc chai vào kết giống nh máy bốc chai ra khỏi két Tuy nhiên các yêu cầu an toàn ở máy bốc chai ra khỏi két cao hơn nhiều

Bia ra lò có nhiệt độ khoảng 280C ở phân xởng chiết trong 1 ca quá trình diễn ra liên tục và hầu nh là cơ khí hoàn toàn

Hướng

đi chai

Máy in phun

Cảm biến quang

Băng tải chai

Chơng 2tổng quan về thiết bị điều khiển PLC S7-300

2.1 Giới thiệu chung

Để đáp ứng yêu cầu tự động hoá ngày càng tăng đòi hỏi kĩ thuật điều khiển phải có nhiều thay đổi về thiết bị cũng nh về phơng pháp điều khiển Vì vậy ngời ta phát minh ra bộ điều khiển lập trình rất đa dạng nh: PLC…

Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy trở nên nhanh nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn Nó có thể thay thế gần nh hoàn toàn cho các phơng pháp điều khiển truyền thống Nh vậy PLC có tính năng u việt và thích hợp trong môi trờng công nghiệp là:

Khả năng chống nhiễu tốt

Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc thiết kế mở rộng, cải tạo nâng cấp

Có những modul chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt

Khả năng lập trình đợc, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động

*) Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình PLC

Hình 2.1: Cấu trúc của một bộ điều khiển PLCHiện nay trên thị trờng có các loại PLC của các hãng sản xuất nh: Omron, Mitsubishi, Siemens, ABB…

Logo: Dòng sản phẩm sơ cấp, đợc sử dụng cho những ứng dụng nhỏ, có

tác dụng thay thế cho những ứng dụng sử dụng nhiều rơle trung gian,timer nhằm giảm không gian lắp đặt tủ điện Do logo chỉ là những logic modul do vậy chỉ đợc sử dụng cho việc thay thế những mạch số đơn giản với số lợng I/O nhỏ

24 In, 16 Out

Ưu điểm của Logo: Dễ sử dụng, dễ lập trình và thay đổi dữ liệu Có thể

lập trình trực tiếp trên Logo bằng cách sử dụng Logo có màn hình Giá thành

t-ơng đối hợp lí

Bộ nhớ chương trình

Bộ VXL trung tâm + Hệ điều hành

Bộ VXL trung tâm + Hệ điều hành

Bộ đệm vào/ra

Timer Counter Bít cờ

Ứng dụng : Chủ yếu trong hệ thống chiếu sáng công cộng, hệ thống chiếu

sáng trong toà nhà, sử dụng trong các máy xà gồ và một số máy đơn giản

S7- 200: Dòng sản phẩm trung cấp, đợc sử dụng trong những ứng dụng

trung bình với số lợng I/O vừa phải (khoảng 128) đối với dòng sản phẩm S7_200 này đã đợc tích hợp đầy đủ những hàm toán cho tất cả những ứng dụng cần thiết cho mọi hệ thống tự động, ngôn ngữ cũng nh giao diện lập trình dễ hiểu, thân thiện, giúp cho mọi ngời đều có thể dễ dàng tiếp cận Tuy nhiên, thông thờng S7-200 vẫn đợc sử dụng cho những ứng dụng riêng lẻ, còn trờng hợp muốn mở rộng mạng thì vẫn nên sử dụng S7_300

Ứng dụng: Trong các nghành đá, bê tông, gốm sứ, xi măng, sắt thép Có

thể sử dụng cho hệ thống SCADA nhỏ ( kết nối S7_200 với máy tính thông qua

PC Access, để có thể truy cập và quản lí dữ liệu: VD: trạm trộn bê tông )

S7- 300: Dòng sản phẩm cao cấp, đợc dùng cho những ứng dụng lớn với

những yêu cầu I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng và có khả năng mở rộng, nâng cấp

Ngôn ngữ lập trình đa dạng cho phép ngời sử dụng có quyền chọn lựa

Đặc điểm nổi bật của S7_300 đó là ngôn ngữ lập trình cung cấp những hàm toán

đa dạng cho những yêu cầu chuyên biệt nh: Hàm SCALE Hoặc ta có thể sử dụng ngôn ngữ chuyên biệt để xây dựng hàm riêng cho ứng dụng mà ta cần

Ngoài ra S7-300 còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc modul, nghĩa là

đối với S7-300 sẽ có những modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt nh modul PID, modul đọc xung tốc độ cao, modul truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc mạng internet V… ì vậy ngày nay S7-300 đợc ứng dụng rất rộng rãi

Với mục đích điều khiển, giám sát nhiệt độ của hệ thống tank nấu và các

hệ thống tự động khác trong nhà máy bia, với điều kiện thực tế thông thờng ngời

ta sử dụng PLC S7-200, 300 Trong nội dung đồ án, việc điều khiển giám sát cũng thông qua PLC S7-300

2.2 Các modul PLC S7-300

Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng vào thực tế phần lớn các đối tợng

điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng nh chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC đợc thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình Chúng đợc sử dụng theo kiểu các modul, số lợng modul nhiều hay ít tuỳ vào yêu cầu thực tế, xong tối thiểu bao giờ cũng có một modul chính là CPU, các modul còn lại nhận truyền tín hiệu với các đối tợng điều khiển, các modul chức năng chuyên dụng nh PID, điều khiển động cơ, van thuỷ khí Chúng gọi chung là…modul mở rộng Cấu hình của một trạm PLC S7-300 nh sau :

Hình 2.2 : Cấu hình một thanh rack các modul của một trạm PLC S7-300

2.2.1 Modul CPU

Modul CPU là loại modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485) và có thể còn có một vài cổng vào ra số.…Các cổng vào ra số có trên modul CPU đợc gọi là cổng vào ra Onboard

Hình 2.3: Một số CPU của PLC S7-300.

PLC S7_300 có nhiều loại modul CPU khác nhau Chúng đợc đặt tên theo

bộ vi xử lý có trong nó nh modul CPU312, modul CPU314, modul CPU315…Những modul cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng nh các khối hàm đặc biệt đợc tích hợp sẵn trong th viện của

hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ đợc phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated Function Module)

Ví dụ nh modul CPU312 IFM, modul CPU314 IFM…

Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán Các loại modul này phân biệt với các loại modul khác bằng cụm từ DP (Distributed Port) nh là modul CPU314C-2DP

2.2.2 Modul mở rộng

Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 đợc thiết kế theo kiểu modul Các modul này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau Việc xây dựng PLC theo cấu trúc modul rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và

dễ dàng cho việc mở rộng hệ thống Số các modul đợc sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng dụng nhng tối thiểu bao giờ cũng phải có một modul chính là modul CPU, các modul còn lại là những modul truyền và nhận tín hiệu với đối t-CPU 312 IFM CPU 314C-2PTP CPU 314 CPU 314C-2DP

ợng điều khiển bên ngoài nh động cơ, các đèn báo, các rơle, các van từ Chúng

đợc gọi chung là các modul mở rộng

Các modul mở rộng chia thành 5 loại chính:

a) Module nguồn nuôi (PS - Power supply)

Có 3 loại: 2A, 5A, 10A

b) Module xử lý vào/ra tín hiệu số (SM - Signal module)

Modul mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:

DI (Digital input): Modul mở rộng các cổng vào số Số các cổng vào số mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại modul

DO (Digital output): Modul mở rộng các cổng ra số Số các cổng ra số mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại modul

DI/DO (Digital input/Digital output): Modul mở rộng các cổng vào/ra số

Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8ra hoặc 16 vào/16 ra tuỳ từng loại modul

AI (Analog input): Modul mở rộng các cổng vào tơng tự Số các cổng vào

t-ơng tự có thể là 2, 4, 8 tuỳ từng loại modul

AO (Analog output): Modul mở rộng các cổng ra tơng tự Số các cổng ra

t-ơng tự có thể là 2, 4 tuỳ từng loại modul

AI/AO (Analog input/Analog output): Modul mở rộng các cổng vào/ra tơng

tự Số các cổng vào/ra tơng tự có thể là 4 vào/2 ra hay 4 vào/4 ra tuỳ từng loại modul

Các CPU của S7_300 chỉ xử lý đợc các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu analog đều phải đợc chuyển đổi thành tín hiệu số Cũng nh các modul số, ngời sử dụng cũng có thể thiết lập các thông số cho các modul analog

c) Modul ghép nối (IM - Interface modul)

Modul ghép nối nối các modul mở rộng lại với nhau thành một khối và đợc quản lý chung bởi 1 modul CPU Thông thờng các modul mở rộng đợc gắn liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack Trên mỗi rack có nhiều nhất là 8 modul

mở rộng (không kể modul CPU, modul nguồn nuôi) Một modul CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 rack và các rack này phải đợc nối với nhau bằng modul IM

Các modul ghép nối (IM) cho phép thiết lập hệ thống S7_300 theo nhiều cấu hình, S7-300 cung cấp 3 loại modul ghép nối sau:

IM 360: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul trên đó với khoảng cách tối đa là 10 m lấy nguồn từ CPU

IM 361: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm ba tầng, với một tầng chứa

8 modul với khoảng cách tối đa là 10 m đòi hỏi cung cấp một nguồn 24 VDC cho mỗi tầng

IM 365: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul trên đó với khoảng cách tối đa là 1m lấy nguồn từ CPU

d) Modul chức năng (FM - Function modul)

Modul có chức năng điều khiển riêng Ví dụ nh modul PID, modul điều khiển động cơ bớc…

e) Module truyền thông (CP - Communication modul)

Modul phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

Hình 2.4 : Một số modul mở rộng của PLC S7-300a) Modul nguồn (PS) b) Modul vào số (DI) c) Modul ra analog (AO)

d) Modul ra số (DO) e) Modul chức năng (FM) f) Modul truyền thông (CP)