Quá trình tự động sẽ không cần sự can thiệp quá sâu của con người, mà sẽ sử dụng các hệ thống điều khiển khác nhau giúp máy móc vận hành nhanh hơn, chuẩn xác hơn, giảm sự can thiệp c
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 ỨNG DỤNG PLC TRONG HỆ THỐNG RANG XAY CÀ PHÊ GVHD: TS TRẦN MẠNH SƠN SVTH: HUỲNH THIÊN HẢI VƯƠNG TRƯỜNG THỊNH SKL011225 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG PLC TRONG HỆ THỐNG RANG XAY CÀ PHÊ SVTH : MSSV : Huỳnh Thiên Hải 19151122 Vương Trường Thịnh 19151179 Khóa : K19 Ngành : CNKT Điều khiển Tự động hóa GVHD : TS Trần Mạnh Sơn Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Huỳnh Thiên Hải MSSV: 19151122 Họ tên sinh viên 2: Vương Trường Thịnh MSSV: 19151179 Tên đề tài: Ứng dụng PLC hệ thống rang xay cà phê Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thực đề tài: Sản phẩm: TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên 1: Huỳnh Thiên Hải MSSV: 19151122 Họ tên sinh viên 2: Vương Trường Thịnh MSSV: 19151179 Ngành: Công nghệ kĩ thuật điều khiển tự động hóa Tên đề tài: ỨNG DỤNG PLC TRONG HỆ THỐNG RANG XAY CÀ PHÊ 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 30 tháng năm 2023 Giáo viên hướng dẫn CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên 1: Huỳnh Thiên Hải MSSV: 19151122 Họ tên sinh viên 2: Vương Trường Thịnh MSSV: 19151179 Ngành: Công nghệ kĩ thuật điều khiển tự động hóa Tên đề tài: ỨNG DỤNG PLC TRONG HỆ THỐNG RANG XAY CÀ PHÊ Họ tên Giáo viên phản biện: 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 2023 Giáo viên phản biện CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng năm 2023 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Huỳnh Thiên Hải MSSV: 19151122 Họ tên sinh viên 2: Vương Trường Thịnh MSSV: 19151179 Tên đề tài: ỨNG DỤNG PLC TRONG HỆ THỐNG RANG XAY CÀ PHÊ Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD 15/02/2023 – 28/02/2023 Nghiên cứu cấu tạo quy trình rang xay cà phê 1/03/2023 – 20/03/2023 Lên ý tưởng thiết kế phần cứng cho hệ thống 21/03/2023 – 30/03/2023 Lựa chọn đặt mua thiết bị phần cứng phù hợp với yêu cầu đặt 01/04/2023 – 30/04/2023 Tiến hành lắp ráp hệ thống phần cứng 01/05/2023 – 01/06/2023 Viết chương trình điều khiển phần cứng 02/06/2023 – 20/06/2023 Vận hành, kiểm tra sửa lỗi hệ thống 21/06/2023 – 30/06/2023 Viết báo cáo cho đề tài Giảng viên hướng dẫn Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến ban lãnh đạo Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào tạo Chất lượng cao tạo điều kiện giúp đỡ nhóm em suốt trình nghiên cứu thực đề tài Em chân thành biết ơn Thầy Trần Mạnh Sơn, người hướng dẫn cho nhóm em suốt thời gian nghiên cứu đề tài đồ án Mặc dù thầy vô bận rộn có lịch trình làm việc dày đặc xếp thời gian dẫn, giúp đỡ, định hướng cho nhóm em thầy tạo điều kiện tốt để nhóm em hoàn thành đề tài nghiên cứu Một lần nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy Chúc thầy gia đình ln dồi sức khoẻ Đặc biệt, nhóm em xin cảm ơn q Thầy/Cơ hội đồng dành thời gian nhận xét góp ý để đề tài nhóm em hồn thiện Cuối cùng, nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến người thân bạn bè động viên, ủng hộ ln tạo cho nhóm em điều kiện thuận lợi suốt q trình hồn thành đề tài Tp HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2023 Sinh viên thực Huỳnh Thiên Hải Vương Trường Thịnh Trang i Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Khóa luận tốt nghiệp TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trong đề tài “Ứng dụng PLC hệ thống rang xay cà phê” thiết kế phần cứng, quy trình, máy rang xay cà phê sử dụng thực tế tìm hiểu trình bày Mơ hình máy rang, xay cà phê thiết kế theo phương pháp dùng nhiệt độ nóng để rang Với phát nhiệt điện trở đốt nóng, cấu tạo máy gồm có lị rang, lị làm nguội nhanh, phận xay hệ thống điều khiển giám sát SCADA Để thực đề tài này, đầu tiên em tìm hiểu lý thuyết hạt cà phê, tiêu chuẩn, loại phương thức rang xay cà phê để tối ưu cho người vận hành Từ thiết kế ứng dụng máy chủ để người vận hành dễ dàng tương tác với hệ thống rang xay cà phê Sau chọn cách rang xay tối ưu thiết kế giao diện phần mềm tương tác với người vận hành, chúng em mơ tả q trình hoạt động thực tế hệ thống thơng qua mơ hình đơn giản điều khiển bằng PLC tương tác hình SCADA Trang ii Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………………i TÓM TẮT ĐỀ TÀI ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG x DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nội dung đề tài 1.4 Giới hạn đề tài 2.1 Tổng quan cà phê 2.1.1 Lịch sử cà phê thế giới Việt Nam 2.1.2 Cấu tạo cà phê 2.1.3 Cấu tạo nhân cà phê 2.1.4 Thành phần hóa học nhân cà phê 2.1.5 Tính chất vật lý cà phê nhân 2.2 Quy trình sản xuất cà phê 11 2.3 Các nguyên lí rang cà phê 13 2.4 Các phương pháp rang cà phê 15 2.5 Lựa chọn phương pháp rang phù hợp 18 Trang iii Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Khóa luận tốt nghiệp 2.6 Các loại máy rang máy xay cà phê 19 2.6.1 Các loại máy rang cà phê 19 2.6.2 Các loại máy xay cà phê 23 2.7 Lựa chọn loại máy xay phù hợp 25 2.8 Tổng quan PLC 26 2.8.1 PLC Siemens 27 2.8.2 PLC Mitsubishi 29 2.8.3 Tổng quan SCADA 30 2.8.4 Tính SCADA 30 2.8.5 Nguyên tắc thiết kế SCADA 31 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 33 3.1 Quy trình vận hành 33 3.2 Yêu cầu thiết kế máy rang cà phê 33 3.3 Thiết kế phần cứng 36 3.3.1 Thiết kế lồng rang cà phê 36 3.3.2 Thiết kế lồng làm nguội cà phê 39 3.3.3 Thiết kế khung hệ thống 41 3.4 Lựa chọn thiết bị 42 3.4.1 Lựa chọn cảm biến nhiệt độ chuyển đổi nhiệt độ RTD 43 3.4.2 Lựa chọn nhiệt điện trở 46 3.4.3 Lựa chọn van điện 47 3.4.4 Lựa chọn động 48 Trang iv Chương 4: Thiết kế giao diện SCADA Khóa luận tốt nghiệp Hình 4.11: Màn hình giám sát lịch sử hoạt động Trang 72 Chương 5: Kết đạt Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 5.1 Mơ hình 5.1.1 Kết hồn thiện lồng rang cà phê Hình 5.1: Hình ảnh mặt trước mặt bên lồng rang cà phê Sau đặt thợ gia cơng bồn rang cà phê hồn thành Tuy nhiên mối hàn, gị góc cạnh chưa tỉ mỉ, chu Tuy nhiên bồn chắn linh hoạt di chuyển bồn đến đâu Trang 72 Chương 5: Kết đạt Khóa luận tốt nghiệp 5.1.2 Kết hồn thiện lồng làm nguội cà phê Hình 5.2: Hình ảnh mặt trước mặt bên lồng làm nguội cà phê Với giới hạn kinh phí nên phận làm nguội cà phê sử dụng linh kiện đơn giản để tối ưu chi phí thực đề tài, nên lồng làm nguội chưa đẹp Tuy nhiên đáp ứng chức lồng làm nguội Trang 73 Chương 5: Kết đạt Khóa luận tốt nghiệp 5.1.3 Bộ phận xay cà phê Hình 5.3: Bộ phận xay cà phê Máy xay cà phê dùng sau khâu làm nguội cà phê, giúp hạt cà phê xay nhuyễn trước pha để đảm bảo hương vị tươi để đưa vào sử dụng Máy xay cà phê cho phép điều chỉnh độ mịn cà phê dựa phương pháp pha loại máy pha cà phê để sử dụng Có thể điều chỉnh độ mịn để phù hợp với phương pháp espresso, phin cà phê, pha phin, pha máy tự động, hay pha phin truyền thống Trang 74 Chương 5: Kết đạt Khóa luận tốt nghiệp 5.1.4 Sơ đồ nối dây hệ thống Hình 5.4: Sơ đồ nối dây hệ thống Sơ đồ nối dây hệ thống, ngõ vào PLC nút nhấn chế độ Manual Khi ta nhấn nút tương ứng với khâu, hình SCADA hiển thị khâu đó, giúp dễ dàng giám sát Với ngõ PLC thiết bị trình rang cà phê động rang, van khí nén, động làm nguội quạt, van điện, máy xay cà phê 5.1.5 Kết hoàn thiện toàn hệ thống rang xay cà phê Sau thiết kế, mô phỏng, thực gia công phận Hệ thống lắp ráp hoàn thiện cách hoàn chỉnh Trang 75 Chương 5: Kết đạt Khóa luận tốt nghiệp Hình 5.5: Hình ảnh mặt trước mặt bên phải hệ thống Trang 76 Chương 5: Kết đạt Khóa luận tốt nghiệp Hình 5.6: Hình ảnh mặt trước mặt bên trái hệ thống Trang 77 Chương 5: Kết đạt Khóa luận tốt nghiệp 5.2 Giao diện vận hành SCADA 5.2.1 Màn hình rang chế độ Auto Hình 5.7: Màn hình vận hành chế độ Auto cho Robusta đậm Chế độ Auto thực hình Scada dùng để chọn loại chế độ rang Rosbusta, Arabica hay Culi, với loại chế độ có cách rang đậm, rang nhạt, rang vừa khác để người dùng lựa chọn tùy theo sở thích cá nhân Hình 5.7 cho thấy chọn loại cà phê Robusta, cách rang đậm, vận hành khâu rang cà phê với nhiệt độ cấp vào để lịng rang nóng dần lên, cho cà phê chín để đưa vào sử dụng Trang 78 Chương 5: Kết đạt Khóa luận tốt nghiệp 5.2.2 Màn hình rang chế độ Manual Hình 5.8: Màn hình vận hành chế độ Manual Màn hình Manual để điều khiển khâu bằng nút nhấn riêng biệt, đảm bảo hệ thống vận hành giám sát người sử dụng Hình 5.8 cho thấy hệ thống hoạt động bằng chế độ Manual, nút nhấn động lò rang, động quạt làm nguội van xả bồn làm nguội hoạt động Trang 79 Chương 5: Kết đạt Khóa luận tốt nghiệp 5.4 Thành phẩm hạt cà phê 5.4.1 Cà phê trước rang Hình 5.9: Hình ảnh hạt cà phê trước rang có màu xanh vàng nhạt 5.4.2 Cà phê sau rang Thực nghiệm kết cà phê thu sau rang chế độ Robusta Light Roast chế độ Robusta Dark Roast, với chế độ Light Roast hạt cà phê có màu vàng, cịn chế độ Dark Roast hạt cà phê có màu tối đen Khi rang cà phê chế độ light roast, nhiệt độ từ 180 đến 185, thời gian 30 phút, cho hạt cà phê đạt tiêu chuẩn màu vàng nâu, có mùi thơm nhẹ, cịn rang chế độ dark roast, nhiệt độ từ 200 đến 230, thời gian 30 phút, cho hạt cà phê đạt tiêu chuẩn màu tối sẫm, có mùi thơm đặc trưng hạt cà phê So với máy rang công nghiệp đại thị Trang 80 Chương 5: Kết đạt Khóa luận tốt nghiệp trường chưa bằng thời gian rang lâu, nhiệt độ cấp vào cao làm hệ thống bị nóng Hình 5.10: Hình ảnh hạt cà phê rang chế độ Light Roast Hình 5.11: Hình ảnh hạt cà phê rang chế độ Dark Roast Trang 81 Chương 6: Kết luận hướng phát triển Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1.Kết luận 6.1.1 Khối lượng công việc thực Trong thời gian thực đề tài, nhóm hồn thành nội dung sau: - Đã thực thành cơng mơ hình máy rang xay cà phê Việc kết hợp kết cấu khí với chương trình điều khiển, giúp cho trình rang ổn định 30-35 phút - Nhiệt độ lúc rang giám sát, có khả điều chỉnh nhiệt độ - Tốc độ 50 vòng/phút động vít tải phù hợp với trình điều khiển, thực tốt việc đảo cà phê, tránh tượng cháy khét rang đảo cà phê lồng làm nguội, giúp cho trình làm nguội nhanh tránh tượng cà phê hấp thụ mùi lạ - Xay cà phê bột ngun chất, khơng có hóa chất sử dụng - Mơ hình hoạt động cách liên tục - Thiết kế giao diện SCADA cho quy trình vận hành hệ thống 6.1.2 Hạn chế mơ hình Bên cạnh nội dung đạt được, mơ hình cịn hạn chế sau: - Q trình rang cà phê chưa - Mơ hình chưa gọn gàng thẩm mỹ, bố trí nhiệt điện trở chưa hợp lý - Nhiệt độ độ hệ thống cao, nhiệt độ lồng rang đáp ứng lâu - Tỉ lệ bồn rang, cánh đảo chưa chính xác Trang 82 Chương 6: Kết luận hướng phát triển Khóa luận tốt nghiệp 6.2 Hướng phát triển đề tài Dựa hạn chế đề tài, dựa nghiên cứu nhóm mơ hình máy rang xay cà phê thời gian qua, mơ hình phát triển thêm sau: - Nâng cao cơng suất, rang khối lượng cà phê cao - Phát triển thêm khâu đóng gói sản phẩm, cân cà phê trước cho vào lồng rang - Lưu trữ liệu - Điều khiển nhiệt độ bằng phương pháp PID, fuzzy để nhiệt độ - Phát triển thêm đo độ ẩm cà phê, từ chọn chế độ rang phù hợp, giúp nâng cao chất lượng cà phê sau rang - Cải tiến lồng rang, lồng làm nguội Trang 83 Tài liệu tham khảo Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS.Tạ Văn Phương, Tài liệu “Siemen Automation 1”, (9/2014), 189 trang [2] TS Tạ Văn Phương, Tài liệu “Siemen Automation 2”, (9/2014), 83 trang [3] Siemens, “Product Data sheet 6ES7215-1HG40-0XB0 - PLC-TRADE S71200,CPU 1215C” (10/2014), trang [4] Siemens, “SIMATIC TIA Portal Programming Course TIA-PRO1” (2016), 443trang [5] Siemens, “SIMATIC TIA Portal Programming Course TIA-PRO2” (2016), 388trang [6] https://instrumentationtools.com/automatic-coffee-vending-machine/ [7] SIMATIC S7-1200 Basic Controllers (2017) 182 trang [8] https://thecoffeehouse.com/blogs/coffeeholic/cau-chuyen-ve-lich-su-vanguon-goc-xuat-xu-cua-ca-phe [9] https://www.huongnghiepaau.com/ky-thuat-rang-cafe [10] https://phinviet.com.vn/kinh-nghiem-chon-mua-may-rang-ca-phe-hieuqua-cho-chu-quan Trang 84 S K L 0