(Đồ án hcmute) điều khiển và giám sát cân trộn và nghiền nguyên liệu

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 CÂN TRỘN VÀ NGHIỀN NGUYÊN LIỆU GVHD: ThS NGUYỄN TẤN ĐỜI SVTH: ĐÀO TRỌNG TUẤN NGUYỄN MINH ĐỨC SKL009778 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 1/2023 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 CÂN TRỘN VÀ NGHIỀN NGUYÊN LIỆU SVTH: ĐÀO TRỌNG TUẤN NGUYỄN MINH ĐỨC Khóa: 18143174 18151067 2018 Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GVHD: THS Nguyễn Tấn Đời Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2023 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2023 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Đào Trọng Tuấn MSSV: 18143174 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Minh Đức MSSV: 18151067 Ngành: Công nghệ KT ĐK & TĐH Lớp: 18151CL1A Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Tấn Đời Ngày nhận đề tài: 15/09/2022 Ngày nộp đề tài: Tên đề tài: Điều khiển giám sát cân trộn nghiền nguyên liệu Các số liệu, tài liệu ban đầu: Đề tài điều khiển giám sát hệ thống cân trộn nghiền ngun liệu có đặc tính sau:  Kích thước: 620 x 40 x 80 mm  Chọn ngô, gạo dùng làm nguyên liệu Nội dung thực đề tài:  Nội dung 1: Tìm hiểu, lựa chọn giải pháp  Nội dung 2: Tính tốn 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 giá kết  Nội dung 6: Hoàn thành luận văn Sản phẩm:  Mơ hình băng tải định lượng gồm: băng tải, bồn trộn, máy nghiền, xy lanh  Giao diện giám sát máy tính TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2023 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên 1: Đào Trọng Tuấn MSSV: 18143174 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Minh Đức MSSV: 18151067 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 năm 20 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2023 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên 1: Đào Trọng Tuấn MSSV: 18143174 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Minh Đức MSSV: 18151067 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 năm 20 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2023 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Đào Trọng Tuấn MSSV: 18143174 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Minh Đức MSSV: 18151067 Tên đề tài: Tuần/ngày Nội dung 15/09/202222/09/2022 Định hình đề tài, bước đầu tham khảo nguồn có liên quan đến đề tài làm, đặt mục tiêu cho đồ án 23/09/202230/09/2022 01/10/202208/10/2022 09/10/202216/10/2022 17/10/202224/10/2022 25/10/202201/11/2022 02/11/202209/11/2022 10/11/202217/11/2022 18/11/202225/11/2022 26/11/202203/12/2022 04/12/202211/12/2022 12/12/202219/12/2022 Xác nhân GVHD Đưa giải pháp, lựa chọn giải pháp thực thi Thiết kế tính tốn linh kiện, thiết bị cần có mơ hình Mua thiết bị, linh kiện, kiểm tra tiến hành thi công Lặp đặt thành cơng mơ hình băng tải, tiến hành thi cơng mạch điều khiển Lập trình cho chương trình PLC băng tải định lượng, trộn nghiền Thiết kế trang giao diện điều khiển Lập trình cho chương trình PLC băng tải định lượng, trộn nghiền Thiết kế trang giao diện điều khiển Lập trình cho chương trình PLC băng tải định lượng, trộn nghiền Thiết kế trang giao diện điều khiển Chạy thử nghiệm hệ thống với chương trình giao diện giám sát thiết kế Thiết kế, lập trình giao diện SCADA Chạy thử nghiệm hệ thống với chương trình giao diện giám sát thiết kế Hồn thành mơ hình, hồn thành báo cáo đồ án CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2023 20/12/202227/12/2022 27/12/202230/12/2022 Lấy kết viết báo cáo đồ án Hồn thành mơ hình, hồn 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 Đào Trọng Tuấn Nguyễn Minh Đức LỜI CÁM ƠN Đồ án tốt nghiệp cơng 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 đầy bỡ ngỡ Chính nhờ có sự hướng dẫn, sự giúp đỡ thầy mà sinh viên thực đề tài Để hồn 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 Đào Trọng Tuấn Nguyễn Minh Đức MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN LỜI CÁM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH 11 DANH MỤC BẢNG BIỂU 14 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 15 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 16 1.1 Đặt vấn đề 16 1.2 Mục tiêu đề tài 17 1.3 Giới hạn đề tài 17 1.4 Giới thiệu nội dung 17 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18 2.1 Giới thiệu chương 18 2.2 Hệ thống cân định lượng nghiền nhà máy 18 2.3 Cấu tạo hệ cân định lượng 19 2.4 Tổng quan điều khiển PID 21 2.5 Lý thuyết điều khiển động biến tần 24 2.5.1 Nguyên lí hoạt động biến tần 24 2.5.2 Phương pháp điều khiển máy biến tần 25 2.6 Tổng quan MODBUS 25 2.6.1 Khái niệm MODBUS 25 2.6.2 MODBUS RS – 485 26 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 27 3.1 Giới thiệu chương 27 3.2 Mơ hình khí 27 3.2.1 Yêu cầu mơ hình băng tải định lượng 27 3.2.2 Bản vẽ băng tải 27 3.3 Thiết kế điện 28 CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 4.36: Gán địa lệnh điều khiển cho biến tần 67 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ 5.1 Giới thiệu chương Ở chương nhóm trình bày kết đạt sau thi cơng mơ hình thiết kế giao diện điều khiển 5.2 Kết thi cơng mơ hình Để đáp ứng u cầu thiết kế điều khiển mơ hình nhóm thực lắp ráp cố định mơ hình băng tải định lượng thu kết sau: Hình 5.1: Mơ hình băng tải sau cố định 68 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Hình 5.2: Mơ hình băng tải Hình 5.3: Nguyên liệu sau đổ vào bồn trộn 69 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Hình 5.4: Máy trộn hoạt động Hình 5.5: Bảng điện gồm thiết bị điện thiết bị điều khiển mơ hình 70 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Hình 5.6: Hệ thống cịi báo lỗi Hình 5.7: Tổng qt mơ hình Nhận xét: Mơ hình phần cứng sau thiết kế đáp ứng yêu cầu thực nghiệm đánh giá điều khiển hệ băng tải nghiền 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 thực giao diện Với mô tả yêu cầu sử dụng giao diện giám sát điều khiển nhóm thiết kế thi công giao diện HMI thu kết sau: 5.3.1 Giao diện HMI Màn hình đầu tiên hiển thị thơng tin sinh viên giáo viên hướng dẫn Phía slide bar để điều hướng người điều khiển Bên cạnh hình cịn hiển thị chức vụ người vận hành cảnh báo lỗi cho hệ thống 71 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Hình 5.8: Màn hình Home hệ thống Màn hình Home hình tổng quan người dùng điều khiển chạy dừng hệ thống, giám sát trạng thái hệ thống thiết bị, thông số lưu lượng đặt cho băng tải , điểm đặt thời điểm thực Ngoài ta cịn theo dõi thơng số hệ thống lưu lượng thực tế, giá trị cân loadcell, khối lượng nguyên liệu đầu vào băng tải Khi nhấn vào Control hiển thị popup hình Control giúp điều khiển hệ thống định lượng nghiền Hình 5.9: Màn hình System hệ thống Màn hình Trend gồm biểu độ hiển thị trình ổn định lưu lượng băng tải biểu đồ gồm đường đường lưu lượng đặt lưu lượng thực tế băng tải thời 72 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ điểm thực Hình 5.10 hiển thị trình thay đổi lưu lượng băng tải lưu lương đặt cho băng tải 500g/phút Hình 5.10: Màn hình trend hệ thống Khi hệ thống gặp sự có thơng tin sự cố hiển thị phần khung trắng tất hình slide bar đồng thời sự cố xảy ghi lại hình “Alarm” hình 5.11 tất lỗi xảy thời gian vận hành ghi lại hình “Alarm View” bao gồm thơng tin thời gian, trạng thái, nội dung lỗi hình 5.11 Hình 5.11: Màn hình Arlarm hiển thị trạng thái thiết bị Ngồi hình nhóm cịn thiết kế chức khác cho hình giám sát hình với mục đích thân thiện dễ dàng sử dụng cho người dùng 73 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Hình 5.12: Phân quyền cho hệ thống Hình 5.13: Bảng Excel liệu sau truy xuất 74 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ 5.4 Kết vận hành Sau nhiều lần vận hành nhóm nhận thấy mơ hình chạy ổn đinh mức lưu lượng đặt 200g - 600g/phút Nên nhóm tiến hành thực nghiệm khảo sát mơ hình lưu lượng đặt băng tải 500 g/phút nhóm tiến hành chạy thử băng tải 30s STT Sản lượng lí thuyết Sản lượng thực tế Sai số 250 g 260 g 10 g 250 g 251 g 1g 250 g 259 g 250 g 248 g 250 g 251 g 1g 250 g 248 g 2g 250 g 244 g 6g 250 g 261 g 11 g 250 g 250 g 0g 10 250 g 249 g 1g 9g 2g Bảng 5.1: Thực nghiệm cho băng tải Sai số trung bình: 𝑒𝑡𝑏 = 10 + + + + + + + 11 + + 100 ∗ = 1.72% 10 250 75 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ STT Sản lượng lí thuyết Sản lượng thực tế Sai số 250 g 252 g 2g 250 g 260 g 10 g 250 g 249 g 1g 250 g 253 g 250 g 255 g 5g 250 g 248 g 2g 250 g 247 g 250 g 251 g 1g 250 g 250 g 0g 10 250 g 245 g 5g 3g 3g Bảng 5.2: Thực nghiệm cho băng tải Sai số trung bình: 𝑒𝑡𝑏 = + 10 + + + + + + + + 100 ∗ = 1.28% 10 250 Nhận xét : - Mơ hình đáp ứng nhu cầu điều khiển lưu lượng sản lượng đâu băng tải với mức sai số 1-2% - Sai số lần thực nghiệm có chêch lệch lớn, cá biệt có lần sai số lớn lên đến 3% 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 76 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ  Hệ số Kp, Ki, Kd điều khiển PID băng tải lần lượt 6.155, 0.647 1.5145 Hình 5.14: Hệ số PID băng tải  Hệ số Kp, Ki, , Kd điều khiển PI băng tải lần lượt 4.889, 0.4924, 6.0435 Hình 5.15: Hệ số PID băng tải Sản phẩm sau nghiền đạt độ mịn tương đối Hình 5.16: Sản phẩm hệ thống 77 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Băng tải định lượng trộn nghiền hệ thống cân nguyên liệu trình nguyên liệu di chuyển băng tải đưa nguyên liệu trộn xuống nghiền, 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 đưa nguyên liệu trở vận chuyển băng từ giảm chi phí vận hành tăng suất Qua trình thực đề tài “Điều khiển giám sát mơ hình cân trộn nghiền nguyên liệu” nhóm đạt kết sau: - Hiểu cấu tạo hệ thống băng tải định lượng trộn nghiền biết số ứng dụng thực tế chúng trình sản xuất nhà máy - Thi cơng hồn thiện mơ hình 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, trang bị điện khí nén động nghiền - Xây dựng chương trình điều khiển thơng qua phần mềm Tia portal ngôn ngữ lad 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 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 khơng mong muốn - Cịn thiếu nhiều loại hạt để tạo ngũ cốc hồn chỉnh - Sản phẩm nghiền chưa mịn 78 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.2 Hướng dẫn 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 - Áp dụng giải thuật điều khiển khác để đánh giá so sánh giải thuật phù hợp với hệ - Tích hợp băng tải định lượng, trộn nghiền vào trình sản xuất thực tế - Làm thêm hệ thống phát băng tải trống nguyên liệu Em xin chân thành cảm ơn thầy bạn sinh viên đóng góp ý kiến, giúp em hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu 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 cô bạn sinh viên để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! 79 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 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) [6] Phạm Đại Tới, Lưu Hồng Linh, Nguyễn Huỳnh Trung (2010), Mạng truyền thơng MODBUS RTU TCP/IP S7-200, Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh 80 S K L 0