Điều khiển và giám sát mô hình cân định lượng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH CÂN ĐỊNH LƯỢNG GVHD: Th.S NGUYỄN TẤN ĐỜI SVTH: NGUYỄN TUẤN BẢO CAO PHI HÙNG SKL009355 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH CÂN ĐỊNH LƯỢNG SVTH: NGUYỄN TUẤN BẢO MSSV: 18151050 CAO PHI HÙNG Khóa: 18151078 2018 Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GVHD: THS Nguyễn Tấn Đời Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Tuấn Bảo MSSV: 18151050 Họ tên sinh viên 2: Cao Phi Hùng MSSV: 18151078 Ngành: Công nghệ KT ĐK & TĐH Lớp: 18151CL1A Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Tấn Đời Ngày nhận đề tài: 20/03/2022 Ngày nộp đề tài: Tên đề tài: Điều khiển và giám sát mơ hình cân định lượng Các số liệu, tài liệu ban đầu: Đề tài điều khiển giám sát hệ thống cân định lượng cso đặc tính sau: ▪ Kích thước: 620 x 40 x 80 mm ▪ Chọn sỏi tự nhiên dùng làm nguyên liệu Nội dung thực đề tài: ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ Nội dung 1: Tìm hiểu, lựa chọn giải pháp Nội dung 2: Tính toán thiết kế, khối chức hệ thống Nội dung 3: Thi cơng mơ hình Nội dung 4: Vận hành hiệu chỉnh lỗi Nội dung 5: Đánh kết Nội dung 6: Hoàn thành luận văn Sản phẩm: ▪ Mơ hình băng tải định lượng gồm: băng tải, bồn trộn, bảng điều khiển ▪ Giao diện giám sát HMI, Webserver TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Tuấn Bảo MSSV: 18151050 Họ tên sinh viên 2: Cao Phi Hùng MSSV: 18151078 Ngành: Công nghệ KT ĐK & TĐH Lớp: 18151CL1A Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Tấn Đời NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: (Bằng chữ ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) năm 20… CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Tuấn Bảo MSSV: 18151050 Họ tên sinh viên 2: Cao Phi Hùng MSSV: 18151078 Ngành: Công nghệ KT ĐK & TĐH Lớp: 18151CL1A Họ tên giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: (Bằng chữ ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên năm 20… CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Tuấn Bảo MSSV: 18151050 Họ tên sinh viên 2: Cao Phi Hùng MSSV: 18151078 Tên đề tài: Điều khiển và giám sát mơ hình băng tải định lượng Tuần /ngày Nội dung Xác nhận GVHD 20/3/2022 - Định hình đề tài, bước đầu tham khảo nguồn có 27/032022 liên quan đến đề tài làm, đặt mục tiêu cho đồ án 28/3/2022 - Đưa giải pháp, lựa chọn giải pháp thực thi 04/4/2022 05/4/2022 - Thiết kế tính tốn linh kiện, thiết bị cần có 12/4/2022 mơ hình 13/4/2022 - Mua thiết bị, linh kiện, kiểm tra tiến hành thi 20/042022 công 21/4/2022 - Lặp đặt thành cơng mơ hình băng tải, tiến hành thi 28/4/2022 công mạch điều khiển 29/4/2022 - Tiếp tục thi công bảng điều khiển vận hành kiểm tra mơ hình băng tải 6/5/2022 07/5/2022 - Lập trình cho chương trình PLC băng tải định lượng, 14/5/2022 Thiết kế trang giao diện điều khiển 22/5/202229/5/2022 Lập trình cho chương trình PLC băng tải định lượng, Thiết kế trang giao diện điều khiển 30/5/20226/5/2022 Chạy thử nghiệm hệ thống với chương trình và giao diện giám sát thiết kế 7/6/202214/6/2022 Điều chỉnh mơ hình cho đáp ứng gần với điểm đặt 8/6/202215/6/2022 Thiết kế, lập trình giao diện Webserver 16/6/202223/6/2022 Kết nối Webserver với hệ thống chạy thử nghiệm 16/6/202223/6/2022 24/7/202231/7/2022 Lấy kết viết báo cáo đồ án Hoàn thành mơ hình, hoàn thành báo cáo đồ án Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN Đề tài thực dựa vào số tài liệu khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Nếu có sự gian lận nào, xin chịu trách nhiệm Sinh viên thực Nguyễn Tuấn Bảo Cao Phi Hùng i LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp công trình nghiên cứu khoa học sinh viên, yêu cầu cần thiết cho sinh viên trước trường Nghiên cứu vấn đề sinh viên cơng việc khó khăn và đầy bỡ ngỡ Chính nhờ có sự hướng dẫn, sự giúp đỡ thầy mà sinh viên thực đề tài Để hoàn thành đồ án này, chúng em nhận sự bảo, hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Tấn Đời Qua thời gian làm việc với thầy, chúng em không tiếp thu kiến thức chuyên sâu chuyên ngành mà học hỏi từ thầy tác phong làm việc người kỹ sư Chúng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với thầy giáo hướng dẫn tất thầy cô trường bỏ công sức thời gian quý báu để truyền đạt cho chúng em kiến thức cần thiết để hoàn thành đồ án tốt nghiệp Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nguyễn Tuấn Bảo Cao Phi Hùng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.4 GIỚI THIỆU NỘI DUNG CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2.2 HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG TRONG CÁC NHÀ MÁY 2.3 CẤU TẠO CỦA MỘT HỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 2.4 TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 2.5 LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BIẾN TẦN 2.5.1 Nguyên lý hoạt động biến tần 2.5.2 Phương pháp điều khiển máy biến tần 2.6 TỔNG QUAN VỀ IOT TRONG CÔNG NGHIỆP 2.6.1 Khái niệm IoT 2.6.2 IoT công nghiệp 2.7 TỔNG QUAN WEBSERVER 10 2.7.1 Web Server 10 2.7.2 JavaScript Node.js 12 2.7.3 Hệ quản trị cở sở liệu MySQL 12 2.7.4 CSS 15 iii CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Hình 5.2: Bồn động trộn sau cố định Hình 5.3: Bảng điện gồm thiết bị điện thiết bị điều khiển mơ hình Hình 5.4: Bảng điều khiển mơ hình CƠNG NGHỆ KT ĐK & TỰ ĐỘNG HĨA 48 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Hình 5.5: Tổng qt mơ hình băng tải định lượng Nhận xét: Mơ hình phần cứng sau thiết kế đáp ứng yêu cầu thực nghiệm và đánh giá điều khiển hệ băng tải định lượng Nhưng mơ hình đem lại bất lợi việc cấp nguyên liệu đầu vào thời gian nguyên liệu di chuyển băng tải ngắn dẫn đến gây sai số trình vận hành hệ thống 5.3 KẾT QUẢ THỰC HIỆN GIAO ĐIỆN Với mô tả yêu cầu sử dụng giao diện giám sát và điều khiển nhóm thiết kế thi cơng giao diện HMI, Webserver và thu kết sau: 5.3.1 Giao diện HMI Màn hình System man hình tổng quan người dùng điều khiển chạy dừng hệ thống, giám sát trạng thái hệ thống thiết bị, thông số lưu lượng, điểm đặt thời điểm thực Hình 5.6 hiển thị hệ thống trạng thái hoạt động đèn báo ON sáng và động băng tải đổi sang màu xanh thể trạng thái vận hành động CƠNG NGHỆ KT ĐK & TỰ ĐỘNG HĨA 49 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Hình 5.6: Màn hình tổng quan hệ thống Màn hình Feeder gồm biểu độ hiển thị trình ổn định lưu lượng băng tải biểu đồ gồm đường là đường lưu lượng đặt và lưu lượng thực tế băng tải thời điểm thực Hình 5.7 hiển thị trình thay đổi lưu lượng băng tải lưu lương đặt cho băng tải 30g/s Hình 5.7: Màn hình giám sát trình định lượng Màn hình Setting cài đặt thống số đầu vào cho hệ thống lưu lượng tổng, tỷ lệ phối nguyên liệu đầu vào, lưu lượng đặt cho băng tải, giá trị bì Ngoài hình 5.8 người dùng cịn theo dõi thống số đầu hệ thống lưu lượng thực tế, giá trị cân loadcell, khối lượng nguyên liệu đầu vào băng tải CƠNG NGHỆ KT ĐK & TỰ ĐỘNG HĨA 50 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Hình 5.8: Màn hình cài đặt hệ thống Khi hệ thống gặp sự có thơng tin sự cố hiển thị phần khung trắng tất màn hình 5.11 đồng thời sự cố xảy ghi lại màn hình “Alarm” hình 5.9 tất lỗi xảy thời gian vận hành ghi lại màn hình “Alarm History” bao gồm thông tin thời gian, trạng thái, nội dung lỗi hình 5.10 Hình 5.9: Màn hình hiển thị lỗi xảy CƠNG NGHỆ KT ĐK & TỰ ĐỘNG HĨA 51 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Hình 5.10: Màn hình hiển thị lịch sử lỗi Hình 5.11: Thanh hiển thị cảnh báo hình Hình 5.12: Chức phân quyền hệ thống Ngồi hình nhóm cịn thiết kế chức khác cho màn hình giám sát hình với mục đích thân thiện dễ dàng sử dụng cho người dùng CÔNG NGHỆ KT ĐK & TỰ ĐỘNG HÓA 52 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Hình 5.13: Thanh điều hướng tới hình Hình 5.14: Hiển thị ngày, giờ, thời gian thực tên hình 5.3.2 Giao diên Webserver Sau thực thiết kế lập trình chức cho Webserver nhóm thu hệ thơng Webserver gồm màn sau: Hình 5.15: Màn hình tổng quan hệ thống webserver Hình 5.16: Màn hình cài đặt thơng số webser CƠNG NGHỆ KT ĐK & TỰ ĐỘNG HĨA 53 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Hình 5.17: Màn hình độ thị lưu lượng webserver Hình 5.18: Màn hình truy xuất liệu Webserver Hình 5.19: Màn hình truy xuất cảnh báo Webserver Hình 5.20: Bảng Exel liệu sau truy xuất 5.4 KẾT QUẢ VẬN HÀNH Sau nhiều lần vận hành nhóm nhận thấy mơ hình chạy ổn đinh mức lưu lượng đặt 20g - 40 g/s Nên nhóm tiến hành thực nghiệm khảo sát mơ hình lưu lượng đặt băng tải 25 g/s nhóm tiến hành chạy thử băng tải 30s Bảng 5.1: Thực nghiệm cho băng tải CÔNG NGHỆ KT ĐK & TỰ ĐỘNG HÓA 54 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Sai số trung bình: 𝑒𝑏𝑡1 = 100+155+29+195+73+10+204+40+48+82 10 ∗ 100 750 = 12.48% Bảng 5.2: Thực nghiệm cho băng tải STT 10 STT 10 Sản lượng lí thuyết 750 g 750 g 750 g 750 g 750 g 750 g 750 g 750 g 750 g 750 g Sản lượng lí thuyết 750 g 750 g 750 g 750 g 750 g 750 g 750 g 750 g 750 g 750 g Sản lượng thực tế 850 g 905 g 721 g 945 g 823 g 760 g 954 g 790 g 798 g 832 g Sản lượng thực tế 892 g 920 g 710 g 805 g 900 g 774 g 992 g 946 g 793 g 855 g Sai số 100 g 155 g 29 g 195 g 73 g 10 g 204 g 40 g 48 g 82 g Sai số 142 g 170 g 40 g 55 g 100 g 24 g 242 g 196 g 43 g 105 g Sai số trung bình: 𝑒𝑏𝑡2 = 142+170+40+55+100+24+242+196+43+105 10 ∗ 100 750 = 14.98% Nhận xét: - Mơ hình đáp ứng nhu cầu điều khiển lưu lượng sản lượng đâu băng tải với mức sai số 10-15% CƠNG NGHỆ KT ĐK & TỰ ĐỘNG HĨA 55 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - Sai số lần thực nghiệm có chêch lệch lớn, cá biệt có lần sai số lớn lên đến 30% Nguyên nhân dẫn đến nguyên liệu cấp vào băng tải cách không ổn định có thời điểm khơng có liệu băng thời điểm nguyên liệu vào đột ngột với khối lượng lớn làm nguyên liệu băng tải phân bố rời rạc ảnh hưởng đến kết ▪ Mơ hệ thống băng tải có khoảng 100g nguyên liệu Nhận xét: Đáp ứng hệ thống ổn tín hiệu bám sát với setpoint cho thấy sai số xác lập không cao, thời gian xác lập ngắn khoản 2s, độ vọt lố gần khơng có Hình 5.21: Đồ thị lưu lượng băng tải liệu mô ▪ Đồ thị băng tải cho liệu thực tế Nhận xét: - Độ vọt lố lớn (100%) so với q trình mơ có khối lượng ngun liệu lớn và đột ngột khiến hệ thống đáp ứng khơng đủ nhanh gây vọt lố lớn CƠNG NGHỆ KT ĐK & TỰ ĐỘNG HÓA 56 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - Sai số xác lập hệ lớn là mơ hình nên chiều dài băng tải ngắn nên nguyên liệu thêm vào hệ thống có biến động lớn khiên cho đáp ứng dao động quanh setpoint, đáp ứng bám với điểm đặt Hình 5.22: Đồ thị lưu lượng băng tải có liệu thực tế Hình 5.23: Đồ thị lưu lượng băng tải có liệu thực tế - Hệ số Kp, Ki, Kd điều khiển PID băng tải lần lượt 1.5 ∗ 10−2 , 2.24 ∗ 10−1 , 2.75 ∗ 10−2 Hình 5.24: Hệ số PID băng tải - Hệ số Kp, Ki, Kd điều khiển PID băng tải lần ượt 1.5 ∗ 10−2 , 9.95 ∗ 10−1 , 1.22 ∗ 10−1 CÔNG NGHỆ KT ĐK & TỰ ĐỘNG HĨA 57 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Hình 5.25: Hệ số PID băng tải CÔNG NGHỆ KT ĐK & TỰ ĐỘNG HÓA 58 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Băng tải định lượng hệ thống cân nguyên liệu trình nguyên liệu di chuyển băng tải, hệ thống không nhận biết khối lượng mà nhận biết tốc độ vận chuyển nguyên liệu băng tải từ điều chỉnh lưu lượng nguyên liệu cần thiết cho trình sản xuất Hệ thống băng tải định lượng giảm bớt thời gian cân nguyên liệu và đưa nguyên liệu trở vận chuyển băng từ giảm chi phí vận hành tăng suất Qua trình thực đề tài “Điều khiển và giám sát mơ hình cân định lượng (thực tủ điện, HMI và Webserver)” nhóm đạt kết sau: - Hiểu cấu tạo hệ thống băng tải định lượng biết số ứng dụng thực tế chúng trình sản xuất nhà máy - Thi cơng hồn thiện mơ hình băng tải định lượng bao gồm: phần khí băng tải, điều khiển PLC S7-1200, động không đồng ba pha, biến tần, cảm biến tốc độ cảm biến khối lượng - Xây dựng chương trình điều khiển thơng qua phần mềm Tia portal để điều kiển ổn định lưu lượng nguyên liệu vận chuyển mơ hình băng tải xây dựng Nhóm cịn thiết kế giao diện giám sát SCADA cho hình HMI Webserver Bên cạnh ưu điểm đạt đồ án nhóm thực tồn số hạn chế như: - Đáp ứng mơ hình băng tải điều khiển giải thuật PID chưa tối ưu hạn chế khí gây sai số lớn - Giao diện giám sát Webserver đơn giản, webserver truy cập mạng wifi local, chưa publish lên internet 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sau trình nguyên cứu thực đề tài bên cạnh kết đạt nhóm nhận thấy hệ thống cịn phát triển thêm để nâng cao chất lượng hệ thống, nhóm đưa số hướng phát triển sau: - Tìm hiểu nghiên cứu nhiễu ảnh hướng đến chất lượng điều khiển hệ thống từ đưa hướng khắc phục CƠNG NGHỆ KT ĐK & TỰ ĐỘNG HÓA 59 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Áp dụng giải thuật điều khiển khác để đánh giá so sánh giải thuật phù hợp với hệ - Tích hợp băng tải định lượng vào trình sản xuất thực tế Em xin chân thành cảm ơn thầy cô bạn sinh viên đóng góp ý kiến, giúp em hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu này Đặc biệt, em biết ơn thầy Ths Nguyễn Tấn Đời nhiệt tình hướng dẫn, bảo em kinh nghiệm kiến thức thực tế để đề tài hoàn thành cách tốt Do điều kiện thời gian kiến thức nhiều hạn chế nên đề tài khơng tránh khỏi sai sót, mong sự đóng góp ý kiến chân tình thầy bạn sinh viên để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! CÔNG NGHỆ KT ĐK & TỰ ĐỘNG HÓA 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Đăng Phước Nguyễn Phú Anh Tuấn (2010), Hệ thống điều khiển giám sát thiết bị định lượng và đóng bao tự động sản phẩm dạng hạt, Trường đại học Phạm Văn Đồng, http://thuvien.ued.udn.vn/handle/TVDHSPDN_123456789/11840 [2] Phạm Khắc Hải (2017), Xây dựng thiết kế hệ thống cân định lượng đóng bao tự động, Đồ án tốt nghiệp hệ đại học, Đại học dân lập Hải Phòng [3] Bennett, Stuart (1993) A history of control engineering, 1930-1955 IET tr p 48 ISBN 9-780863412998 [4] Araki, M “PID Control” [5] Inventer FR-D700 Instruction Manual (BASIC) CƠNG NGHỆ KT ĐK & TỰ ĐỘNG HĨA 61 S K L 0