Đồ án tốt nghiệp hệ thống giám sát nhiệt độ bù giãn nở hệ thống sấy sợi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ – CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ BÙ GIÃN NỞ HỆ THỐNG SẤY SỢI Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử GVHD: KS Đồng Sĩ Linh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Phong Võ Đức Thịnh - 18146356 - 18146224 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ – CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ BÙ GIÃN NỞ HỆ THỐNG SẤY SỢI Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử GVHD: KS Đồng Sĩ Linh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Phong Võ Đức Thịnh - 18146356 - 18146224 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 MỤC LỤC MỤC LỤCi NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN………………………… iv PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN vi LỜI CẢM ƠN ix TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP xi DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ xii DANH MỤC HÌNH ẢNH .xiii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xvi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.1.1 Vấn đề đặt .1 1.1.2 Tổng quan cụm sấy – sàng sợi .2 1.1.3 Khảo sát trạng .3 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Đối tượng nghiên cứu .5 1.4 Nội dung trình bày chương CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Bộ điều khiển 2.1.1 Bộ điều khiển logic khả trình 2.1.2 Các chủng loại PLC 2.1.3 PLC Siemens S7–1200 .9 2.2 Ngơn ngữ lập trình 14 2.3 Mạng truyền thông công nghiệp .16 2.3.1 Tổng quan 16 2.3.2 Các loại mạng truyền thông thường dùng công nghiệp 17 2.3.3 Truyền thông profinet kết hợp cáp quang 22 2.4 Màn hình giao diện cảm ứng cơng nghiệp HMI 23 2.4.1 Tổng quan 23 2.4.2 Màn hình SIMATIC KTP9000 BASIC 24 2.5 Cảm biến nhiệt độ 25 i 2.5.1 Tổng quan 25 2.5.2 Một số loại cảm biến nhiệt độ tiếp xúc thông dụng 25 2.5.3 Cảm biến nhiệt độ IFM TS2454 .28 2.6 SQL server 30 2.6.1 Tổng quan SQL 30 2.6.2 Ưu điểm sử dụng SCADA kết hợp với SQL .31 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG 33 3.1 Thiết kế thi công hệ thống điện 33 3.2 Thiết kế thi công phần mềm .38 3.2.1 Chương trình 38 3.2.2 Thiết kế giao diện vận hành HMI .61 3.2.3 Thiết kế giao diện vận hành SCADA .73 3.2.4 Cơ sở liệu SQL 97 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM, THU THẬP KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH 111 4.1 Thực nghiệm hệ thống 111 4.2 Kết 114 4.3 Phương hướng phát triển đề tài tương lai .115 KẾT LUẬN .116 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………… 117 ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: KS Đồng Sĩ Linh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Phong……MSSV: 18146356… Điện thoại: 0916008903 Võ Đức Thịnh…………MSSV: 18146224……Điện thoại: 0393552207 Tên đề tài: Hệ thống giám sát nhiệt độ bù giãn nở hệ thống sấy sợi Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Tài liệu quy trình, nguyên lý hoạt động khu vực sấy – sàng sợi - Tự động hóa SIMATIC S7 – 1200 với TIA Portal (Trần Văn Hiếu) - Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA Portal (Trần Văn Hiếu) Nội dung đồ án: - Lựa chọn module phần cứng phiên phần mềm - Triển khai lắp đặt phần cứng - Triển khai thi công phần mềm - Triển khai thiết kế giao diện SCADA/HMI - Ứng dụng máy chủ SQL vào hệ thống Các sản phẩm dự kiến - Lắp đặt tủ cục tủ điều khiển trung tâm - Chương trình điều khiển PLC - Giao diện giám sát SCADA/HMI - Hệ thống SQL ghi nhận thông số giám sát Ngày giao đồ án: Ngày nộp đồ án: Ngơn ngữ trình bày: TRƯỞNG KHOA (Ký, ghi rõ họ tên) Bản báo cáo: Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Anh TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) iii   Tiếng Việt Tiếng Việt   GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: Nguyễn Duy Phong……………MSSV: 18146356… Hội đồng: Họ tên sinh viên: Võ Đức Thịnh………………….MSSV: 18146224… Hội đồng: Tên đề tài: Hệ thống giám sát nhiệt độ bù giãn nở hệ thống sấy sợi Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật – điện tử Họ tên GV hướng dẫn: KS Đồng Sĩ Linh Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên Nhận xét kết thực ĐATN 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3.Kết đạt được: iv 2.4 Những tồn (nếu có): Đánh giá: TT Điểm tối đa Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hợi… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 20… Giảng viên hướng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên) v TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: Nguyễn Duy Phong MSSV: 18146356 .Hội đồng: ….STT: Họ tên sinh viên: Võ Đức Thịnh .MSSV: 18146224 .Hội đồng: ….STT: Tên đề tài: Hệ thống giám sát nhiệt độ bù giãn nở hệ thống sấy sợi Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật – điện tử Họ tên GV phản biện: Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: Những thiếu sót tồn ĐATN: vi Câu hỏi: Đánh giá: vii TT Điểm tối đa Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hợi… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 2021 Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên) viii Hình 3.27 nhập tên cho server SQL Kế tiếp, chọn “New database” cách nhấn đúp vào ô “Databases” cột bên phải Một cửa sổ ra, yêu cầu người dùng đặt tên cho sở liệu Ví dụ: Nguyen_Duy_Phong_18146356 Hình 3.28 tạo đặt tên database Tiếp đó, tạo bảng biểu điền Column Name, Data Type, Allow Nulls cho đồng với Script SCADA Lưu bảng cách nhấn “save” với việc đặt tên bảng lưu 70 Hình 3.29 Tạo bảng Hình 3.30 Điền Column Name, Data Type, Allow Nulls Bước tiếp theo, cho chạy ODBC Data Sources (64- bit) máy tính với quyền Administrator Nhấn “Add” cửa sổ ra, sau chọn “SQL server” nhấn “finish” 71 Hình 3.31 Cho chạy ODBC Data Sources (64- bit) với quyền Administrator Hình 3.32 Nhấn Add để thêm user data source 72 Hình 3.33 Tích chọn SQL server nhấn finish Đặt Data Source Name (DSN, ví dụ: 18146356) chọn tên server đặt Kế tiếp, tích chọn chọn database tạo từ bước trên, nhấn “Next” “Finish” Hình 3.34 Đặt “DSN” tên server 73 Hình 3.35 Chọn database Hình 3.36 Hồn thành bước tạo data source Kiểm tra data source cách nhấn “Test data source”, có hộp thoại “TESTS COMPLETED SUCCESSFULLY!” tạo kết nối server với Database thành cơng 74 Hình 3.37 Kiểm tra data source tạo Hình 3.38 Tạo data source thành công Kế tiếp, cần đồng SCADA SQL server Cụ thể, vào Subfunction Script “GetConnectionStringLocal” SCADA sửa “DSN” giống với DNS thao tác Microsoft SQL Server Management Studio Đồng thời, sửa “TableName” VB Script “Write_to_Sql” “Export_Data” giống với tên Table Database tạo 75 Hình 3.39 Đồng “DNS” hàm “GetConnectionStringLocal” Hình 3.40 Đồng “Tablename” hàm “Export_data” 76 Hình 3.41 Đồng “TableName” hàm “Write_to_Sql” 77 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM, THU THẬP KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH 4.1 Thực nghiệm hệ thống Q trình thực nghiệm hệ thống bao gồm số giai đoạn để kiểm tra tính ổn định hiệu hệ thống hệ thống, bao gồm: đọc tín hiệu cảm biến, có cảnh báo lỗi truyền thơng module, có cảnh báo kết nối cảm biến, xuất liệu từ SQL Vì lý bất khả kháng đơn hàng cảm biến nhiệt độ IFM (nguồn cung nước ngồi) khơng thể kịp đợt bảo trì lớn năm dự kiến (ngày 15/04/2022), nhóm giả lập môi trường bên ống dẫn cách làm hộp kín gia nhiệt điện trở nhiệt cảm biến đọc tín hiệu nhiệt độ từ Hình 4.1 Hộp gia nhiệt để giả lập mơi trường bên ống sấy 78 Hình 4.2 Hộp giả lập môi trường đấu nối với tủ cục Đầu tiên, ta thử nghiệm tính đọc tín hiệu cảm biến hệ thống thơng qua hình hiển thị SCADA HMI Trong đó, hộp giả lập mơi trường thiết kế khác để chứng minh cảm biến hoạt động hoàn độc lập với để đưa tín hiệu xác theo thời gian thực Ở LP1, hộp có lỗ thơng có nắm đặt phía trên, LP2, hộp đóng kín, khơng có lỗ thơng khí đặt nơi kín gió Một hộp gia nhiệt khác đặt LP3 với cấu trúc khơng có lỗ thơng nắp lắp hờ Đối với LP4, hộp đặt nơi thống gió, có lỗ thơng nắp hộp khơng đóng chặt Với việc điều chỉnh dòng qua điện trở nhiệt nhau, dễ hiểu có chênh lệch nhiệt độ hộp gia nhiệt Từ thấy, cảm biến hồn tồn độc lập với đưa tín hiệu với độ xác ấn tượng 79 Hình 4.3 So sánh nhiệt độ hình HMI nhiệt kế nhiệt độ thường Chức quản trị tình trạng hoạt động module cảm biến thử nghiệm cách rút cáp profinet cáp tín hiệu cảm biến Ngay lập tức, hình vận hành thơng báo lỗi sau kết nối phần cứng trở lại Hình 4.4 Trang network layout thông báo truyền thơng 80 Hình 4.5 Hệ thống trở lại bình thường nối lại jack mạng Chức xuất liệu từ sở liệu SQL thông qua hình SCADA hoạt động trơn tru, xuất tệp excel người vận hành yêu cầu hình Hình 4.6 Tệp Excel sau truy xuất từ sở liệu SQL 4.2 Kết Các tử điện thi công gọn gàng hoạt động ổn định Hệ thống hoạt động mượt mà đầy đủ chức yêu cầu ban đầu đưa Sai số tín 81 hiệu nhận từ cảm biến không đáng kể Nhân viên vận hành hệ thống qua hình HMI hay SCADA Dữ liệu từ SQL dễ dàng truy xuất tạo tệp liệu yêu cầu 4.3 Phương hướng phát triển đề tài tương lai Hiện tại, yêu cầu dự án dừng lại việc thu nhận nhiệt độ từ đường ống sấy truy xuất liệu từ SQL Tuy nhiên, tương lai, hệ thống làm mát nước thêm vào dự án với tín hiệu lấy từ SCADA, cụ thể tín hiệu cảnh báo từ trang “Alarm” Ngồi ra, chúng tơi cịn nhìn thấy tiềm từ việc kết hợp SCADA SQL sử dụng cơng cụ phân tích (ví dụ: trí tuệ nhân tạo) để chủ động đưa phương án bảo trì, sửa chữa đường ống đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định liên tục khoảng thời gian dài cách tự động Ngoài ra, tương lai, hệ thống tích hợp thêm ứng dụng an toàn làm mát khẩn cấp, chữa cháy, phịng chống nổ, …, khiến hệ thống mang tính tự động hóa cao Khơng dừng lại đó, với thiết kế chương trình thân thiện hỗ trợ sở liệu SQL, người dùng hoàn tồn ứng dụng chương trình hệ thống cho dự án hoàn toàn giám sát áp suất, lưu lượng, điện tiêu thụ, … mà không cần phải điều chỉnh nhiều mặt chương trình 82 KẾT LUẬN Tại cơng ty Kim Tín MDF Đồng Phú, hệ thống sấy nơi đảm nhận trách nhiệm vụ sấy khô hỗn hợp gồm sợi, nước, màu keo Cũng doanh nghiệp nghiệp khác, quan tâm đến vấn đề giãn nở nhiệt độ cao ống kim loại Bốn bù giãn nở trang bị ống sấy mục đích Tuy nhiên, điều lại dẫn đến vấn đề việc hỗn hợp nói bị ùn tắc bù giãn nở Tùy vào mức độ nghiêm trọng mà việc gây thiệt hại khơng nhỏ cho phía doanh nghiệp Vì vậy, dự án “hệ thống giám sát bù giãn nở hệ thống sấy sợi” đề xuất thực nhằm cung cấp công cụ giám sát hiệu quả, giảm thiểu rủi ro vận hành máy cách tối đa cung cấp liệu để phân tích đưa định hợp lý Dự án thiết kế bao gồm PLC đóng vai trị trung tâm, nơi nhận, xử lý hiển thị tín hiệu hình vận hành Mỗi bù giãn nở trang bị tủ cục bao gồm khối ET I/O đóng vai trị giám sát trực tiếp đưa liệu PLC master Tín hiệu nhận thuộc dạng tín hiệu analog, thu từ cảm biến gắn bù Hệ thống master slaves kết nối với thông qua truyền thông profinet Từ trình thực nghiệm, hệ thống cho thấy độ tin cậy tuyệt vời hiệu ổn định yêu cầu đặt Cụ thể, hệ thống thu tín hiệu chuyển đổi thành thơng số nhiệt độ hiển thị hình vận hành, nơi mà chức giám sát thiết kế theo hướng thân thiện cho nhân viên vận hành Chức cảnh báo cho thấy độ tin cậy cao thơng báo lỗi hệ thống, lỗi kết nối, phần cứng, … hình vận hành Máy chủ SQL tỏ hiệu khơng cho bảng liệu dạng tệp Excel qua vài thao tác đơn giản Tổng kết, hệ thống cho thấy hiệu suất ổn định, thân thiện với người dùng hoàn toàn đáng tin cậy cho nhiệm vụ giám sát nhiệt độ bù giãn nở để đảm bảo an tồn cho hệ thống sấy nói riêng tiết kiệm tài ngun cho doanh nghiệp nói chung 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu thuyết minh thiết bị tồn chuyền cơng ty Kim Tín MDF Đồng Phú Tài liệu quy trình, nguyên lý hoạt động khu vực sấy – sàng sợi Trần Văn Hiếu, “Tự động hóa SIMATIC S7 – 1200 với TIA Portal” Trần Văn Hiếu, “Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với SIMATIC WINCC TIA Portal” 84