Đồ án tốt nghiệp nâng cấp hệ thống giám sát chất lượng cho khu bao gói nhà máy massan hải dương

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH

Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây, với sự phát triển kinh tế xã hội của Việt Nam, kèm theo đó những nhà máy doanh nghiệp đang mọc lên ngày càng nhiều, nên nhu cầu thu thập dữ liệu, kiểm tra, giám sát trong quá trình sản xuất để quản lí doanh thu doanh nghiệp là yêu cầu cần thiết của mỗi doanh nghiệp.

Với sự ra đời của Internet of Things, ngành công nghiệp bắt đầu thu thập dữ liệu dựa trên cảm biến để giải quyết những thách thức lớn nhất của nó, chủ yếu trong số đó là thời gian ngừng hoạt động và thời gian trì hoãn bảo trì.

Thông qua các thiết bị thu thập dữ liệu (cảm biến, đồng hồ, bộ đếm ), phần mềm giám sát máy sản xuất lưu trữ thông tin phục vụ cho việc phân tích, chẩn đoán, từ đó nhà máy đánh giá hiệu quả vận hành thiết bị, máy móc sản xuất trong toàn nhà máy.

Nhiều nhà máy lựa chọn một hệ thống không chỉ thu thập dữ liệu liên tục mà còn cho phép truyền dữ liệu ở khoảng cách xa Truyền dữ liệu và đưa ra cảnh báo đến các thiết bị cảnh báo như đèn còi, màn hình PC, điện thoại để tìm cách xử lý vấn đề trước khi máy dừng sản xuất Điều này có thể được thực hiện thông qua Ethernet, Wi-Fi, FTP, modem di động, v.v Lưu trữ dựa trên đám mây là một tùy chọn khả thi khác.

Hệ thống phần mềm giám sát máy từ xa cũng được sử dụng để cảnh báo lập tức qua tin nhắn văn bản SMS trong trường hợp vi phạm giới hạn, ví dụ, nhiệt độ bể cao hoặc động cơ quá nóng Trong trường hợp nguy cấp, cần có bước xử lý ngay tại hiện trường, nhà máy cân nhắc giải pháp kết nối phần mềm giám sát máy với hệ thống điều khiển, chẳng hạn PLC để kiểm soát hoạt động sản xuất.

Tóm lại, phần mềm giám sát máy từ xa có các tính năng ứng dụng là: thu thập, lưu trữ dữ liệu tự động theo các khoảng thời gian định sẵn thông qua bộ lập lịch, báo động tức thời qua đèn chuông, email, tin nhắn SMS về tất cả dữ liệu đo lường và thông tin trạng thái máy Vì mỗi phút đều có giá trị, nhà máy cần đảm bảo rằng người ta ngay lập tức nhận thức được thời gian sản xuất quá trình bị đe dọa Về lâu dài, việc thống kê số lần tình trạng lỗi hỏng thiết bị giúp nhà máy đánh giá hiệu suất sử dụng thiết bị tổng thể để có phương án thay thế hoặc sửa chữa.

Giới thiệu về công ty Masan Hải Dương

Masan Hải Dương là một thành viên của Masan Group, được thành lập và đi vào sản xuất năm 2009 Công ty có trụ sở tại Lô 22, KCN Đại An, TP Hải Dương. Tại nhà máy Masan Hải dương, nhà máy sản xuất những thương hiệu hàng đầu trong lĩnh vực hàng tiêu dùng như Mì tôm Omachi, Mì tôm Kokomi, Sagami, Cháo Kokomi Những thương hiệu này gắn bó mật thiết với cuộc sống và thói quen tiêu dùng của Người Việt Nam.

Masan HD thuộc Masan consumer, với cơ cấu 9 công ty có trụ sở tại rất nhiều tỉnh thành trên khắp Việt nam Tất cả nhằm đáp ứng nhanh và hiệu quả hơn cho người tiêu dùng bằng các hoạt động nghiên cứu và phát triển sản phẩm , sản xuất, tiếp thị, bán hàng.

Những giải thưởng Masan đã được các tổ chức, cơ quan nổi tiếng, uy tín trao tặng như “Top 50 thương hiệu giá trị nhất Việt Nam”, “Thương hiệu vàng thực phẩm Việt Nam”, “Hàng Việt Nam chất lượng cao”, “Thương hiệu An toàn vệ sinh thực phẩm”…

Các sản phẩm của Masan có mặt trên toàn quốc, với hàng trăm đơn vị phân phối Ngoài ra, công ty còn xuất khẩu sản phẩm qua Mỹ, Trung Quốc, Canada, Pháp, Cộng hòa Séc, Nga, Ba Lan, Đức, các nước châu Á…

Cơ sở vật chất, hệ thống dây chuyền sản xuất, các máy móc, thiết bị của Masan được hiện đại hóa, cải tiến liên tục nhằm đáp ứng tối đa nhu cầu sản xuất, giảm thiểu các sản phẩm lỗi, rủi ro trong quá trình sản xuất… Đội ngũ công, nhân viên được tạo cơ hội học hỏi, nâng cao kiến thức, kinh nghiệm, môi trường làm việc thân thiện giúp họ thoải mái sáng tạo, phát triển bản thân và tạo ra nhiều sản phẩm mới tốt cho Masan như: Thiết bị báo cháy, thiết bị báo trộm, hệ thống bãi đỗ xe thông minh,…

Giới thiệu mô hình hệ thống

1.3.1 Mô hình tổng quan hệ thống.

Khu vực giám sát bao gói của nhà máy Masan Hải Dương có tổng cổng 8 dây chuyền (32 máy), được chia thành 2 khu vực, mỗi khu vực gồm 4 dây chuyền, mỗi dây chuyền sẽ có 4 máy có cấu tạo, nguyên lí hoạt động giống nhau để quản lí số lượng sản phẩm được sản xuất.

1.3.2 Mô hình chi tiết từng máy.

Mỗi máy trong dây chuyền sản xuất đều có 2 cảm biến, 1 quạt, 1 xi lanh, 1 băng tải được sắp xếp như hinh vẽ Cảm biến bên trái được gọi là cảm biến 1, cảm biến bên phải được gọi là cảm biến 2.

Sản phẩm được sản xuất ra sẽ cho chạy qua băng tải để đóng gói Quạt và xi lanh là những thiết bị dùng để gạt bỏ sản phẩm lỗi trước khi đưa sản phẩm hoàn thiện ra thị trường.

Băng tải là thiết bị chuyển tải có tính kinh tế cao và được ứng dụng trong vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu với mọi khoảng cách Băng tải giúp tiết kiệm thời gian, chi phí, sức lao động, giúp đạt hiệu quả cao trong quá trình sản xuất.

Băng tải được ứng dụng để vận chuyển hàng hóa, bao bì từ vị trí sản xuất đến lúc đóng thành thùng sản phẩm để xuất ra thị trường.

Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình vật lý, hóa học hay sinh học của môi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó Ở trong hệ thống, cảm biến là thiết bị dùng để phát hiện sản phẩm.

Hình 1.2 Mô hình chi tiết của mỗi máy

Hình 1.3 Băng tải vận chuyển sản phẩm

Mỗi máy trong dây chuyền sẽ có 2 sensor Sensor 1 dùng để xác định tổng số lượng bao bì (tổng sản phẩm), sensor 2 dùng để xác định chất lượng sản phẩm Khi sản phẩm là tốt, sensor 2 sẽ có tín hiệu khoảng 0,2 ms Khi sản phẩm bị dính vào nhau, sensor 2 sẽ có tín hiệu lên khoảng 0.5ms Các tham số để xác định chất lượng sản phẩm gói sẽ được kĩ thuật điện của nhà máy thao tác.

Ngoài ra, trong hệ thống còn có cảm biến hành trình để điều khiển chuyển động của xilanh, giúp xác định vị trí hiện tại của xi lanh để dễ dàng điều khiển. Cảm biến hành trình được gắn trực tiếp lên thân xi lanh để điều khiển hoạt động của xi lanh.

Hình 1.5 Cảm biến hành trình

Xi lanh khí nén là một thiết bị trong hệ thống khí nén Nó đóng vai trò chấp hành quan trọng khi chuyển hóa nguồn năng lượng của khí nén thành động năng để thực hiện tác động lực đóng, mở, kéo, đẩy, ép…tùy vào công việc thực tế.

Tùy vào độ rộng của băng tải, ta sẽ chọn được những xi lanh có hành trình phù hợp.

Solenoid valve là van điện từ gọi chung của van Van hoạt động chủ yêu dựa vào cuộn hút điện từ (cuộn coil van điện từ) Chúng kích hoạt và điều khiển chiếc van hoạt động Van điện từ khi nén có cơ chế đóng mở nhanh, độ bền cao, hoạt động ổn định.

Khi cuộn coil điện từ được cấp điện, từ trường được tạo ra và tác động trực tiếp lên piston của thân van làm cho piston di chuyển, tùy thuộc vào thiết kế của van thì piston sẽ đóng hoặc mở và khi ngưng cấp điện vào cuộn hút điện từ thì piston sẽ trở về trạng thái ban đầu.

Hình 1.6 Xi lanh khí nén

Thiết bị dùng để gạt bỏ những sản phẩm chỉ có bao bì mà không chứa phôi ở trong giúp đảm bảo chấp lượng sản lượng của nhà máy.

Bao bì có khối lượng không đáng kể nên chỉ cần dùng quạt có công suất nhỏ là có thể giải quyết được vấn đề sản phẩm là gói rỗng.

Yêu cầu ghi nhận thông số bao gói hệ thống từ nhà máy Masan Hải Dương

Trong quá trình sản xuất hàng ngày, nhà máy có thể sản xuất được một lượng rất lớn những sản phẩm Vì thế nhà máy có nhu cầu muốn kiểm soát được số lượng sản phẩm tốt, sản phẩm hỏng, cũng như các chỉ số để đánh giá cách thức hoạt động của nhà máy.

Vì những tiêu chí ở trên, nhà máy đã quyết định yêu cầu thiết kế một phần mềm có thể giải quyết được các vấn đề, yếu tố ở trên đối với những sản phẩm là mì gói (Mì Omachi, Mì Tiến Vua,…) Đó là những thông tin gói tốt, gói lỗi, gói rỗng, và các chỉ số sản xuất trong công nghiệp,…

Ngoài ra, phần mềm có thể thu thập được dữ liệu theo ngày, theo từng khoảng thời gian hoặc có thể theo ca Báo cáo được in ra có được đầy đủ thông tin yêu cầu và chi tiết để thuận lợi cho việc đánh giá.

Các yêu cầu của nhà máy được thể hiện trong bảng dưới đây:

Bảng 1.1 Bảng các thông số, chỉ số yêu cầu ghi nhận từ nhà máy

TT Chỉ số Công thức

1 Tổng số gói sản xuất (gói) SL1

2 Tổng số gói tốt (gói) SL2

3 Tổng số gói bị cấn gia vị (gói) SL3

4 Tổng số gói rỗng (gói) SL4 = SL3 - SL2 - SL1

5 Tổng thời gian dừng máy (phút) T1

6 Tổng thời gian dừng máy lớn hơn 5 phút (phút)

7 Số lần dừng máy (lần) n1

8 Số lần dừng máy lớn hơn 5 phút (lần) n2

9 Tốc độ máy chạy (gói / phút) V

10 Tổng thời gian có để chạy máy

16 Tổn thất tốc độ (%) (1 - Vtb / Tốc độ chuẩn) * 100

17 Tốc độ trung bình (gói / phút) Vtb = AVG (Tốc độ chạy máy)

20 % Gói cấn gia vị (%) SL3 / SL1 * 100%

HIỆUSUẤT 23 % OEE 1 (%) SL2 / (T * Tốc độ chuẩn) * 100%

25 % OEE 3 (%) SL5 / (T * Tốc độ chuẩn) * 100%

Có những chỉ số ở trong bảng được lấy ra từ những công thức đã có sẵn hoặc được xác định từ một vị trí nào đó trong mô hình dây chuyền.Tiến hành xác định các chỉ số bằng các lấy tín hiệu từ cảm biến là cách tốt để giúp xác định một cách chính xác các chỉ số đó Các chỉ số sẽ lần lượt được xác định như sau:

Tổng số gói sản xuất: sensor 1, số lần sensor 1 có tín hiệu chính là tổng số sản phẩm sản xuất được.

Tổng số gói tốt: sensor 2, số lần sensor 2 có tín hiệu trong khoảng thời gian 1 gói sản phẩm chạy qua (mặc định khoảng 0,2ms).

Tổng số gói bị cấn gia vị: sensor 2, số lần sensor 2 có tín hiệu trong khoảng thời gian 2 gói sản phẩm chạy qua (mặc định khoảng 0.5ms).

Tổng thời gian dừng máy: sensor 2, Tổng thời gian mà sản phẩm không chạy qua sensor 2 quá 5 giây.

Tổng thời gian dừng máy lớn hơn 5 phút: sensor 2, tổng thời gian mà sản phẩm không chạy qua sensor 2 quá 5 phút.

Số lần dừng máy: sensor 2, số lần sản phẩm không chạy qua sensor 2 quá 5 giây.

Số lần dừng máy lớn hơn 5 phút: sensor 2, số lần sản phẩm không chạy qua sensor 2 quá 5 phút.

Tốc độ máy chạy: sensor 1, tổng số sản phẩm chạy qua sensor 1 trong khoảng thời gian 1 phút.

Tổng thời gian có thể chạy máy: số lượng thời gian trong một ca (mặc định

Các chỉ số sẵn sàng, chỉ số ổn định, chỉ số chất lượng, hiệu suất là những chỉ số được thể hiện bởi các công thức thông qua các số liệu được nêu ở bảng như:tổng số sản phẩm sản xuất, tổng số sản phẩm tốt, tổng số sản phẩm rỗng,…Với các chỉ số ở trên, yêu cầu đặt ra phải thiết kế được phần mềm có thể giám sát trực tiếp tại từng thời điểm các thông số như: tốc độ máy, tổng số gói sản xuất,tổng số gói tốt, tổng số gói cấn gia vị, tổng số gói rỗng, hiệu suất chạy máy,… và có thể lấy báo cáo của từng sản phẩm, từng giây chuyền, từng máy theo từng khoảng thời gian để đánhgiá chất lượng sản xuất của từng máy nói riêng và của cả nhà máy nói chung.

CÁC PHẦN MỀM SỬ DỤNG VÀ KÊT NỐI

Phân tích lựa chọn phương án

Dựa vào yêu cầu của nhà máy ởBảng 1.1,ta lựa chọn phương án giải quyết vấn đề như sau:

- Ngôn ngữ C#, phần mềm Visual Studio 2019.

- Cơ sở dữ liệu, phần mềm Microsoft SQL Server Management Studio 18.

- Làm báo cáo, Crystal Report 2019.

- Bộ điều khiển PLC S7 1200, phần mềm Tia Portal V15.

- Vẽ sơ đồ mạch điện, phần mềm Eplan.

- Các thiết bị khác trong công nghiệp như cảm biến, xi lanh,…

Phần cứng và biến vào ra của hệ thống

2.2.1 Giới thiệu thiết bị điều khiển lập trình PLC.

Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control) viết tắt là PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó.

Bộ điều khiển PLC S7-1200, được sử dụng với sự linh động và khả năng mở rộng phù hợp đối với hệ thống tự động hóa nhỏ và vừa tương ứng với người dung cần.

Thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh động, hỗ trợ mạnh mẽ về tập lệnh đã làm cho PLC S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo trong việc điều khiển, chọn lựa phù hợp đối với nhiều ứng dụng khác nhau.

Hình 2.1 Tổng quan thiết bị Để thực hiện được một chương trình điều khiển, PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và các cổng vào/ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó nhằm phục vụ bài toán điều khiển số PLC còn phải có thêm các khối chức năng đặc biệt như: Bộ đếm (Counter) bộ thời gian (Timer) và những khối hàng chuyên dụng. Cấu trúc của một PLC gồm 06 thành phần cơ bản: mô đun nguồn, mô đun vào, mô đun xử lý tín hiệu, mô đun nhớ, mô đun ra, thiết bị lập trình. Ưu điểm của PLC:

Logic của quá trình điều khiển được thực hiện bằng chương trình chứ không phải bằng dây nối.

Nhờ có những Module đã được thiết kế chuẩn hóa mà người dùng có khả năng giải quyết gần hết các quá trình có trong điều khiển tự động một cách đơn giản và thuận tiện độ xử lý của PLC khá cao.

Tiêu tốn ít năng lượng.

Việc lập trình tương đối đơn giản nhờ sự trợ giúp của hệ lập trình PG (Programer) và các khối chức năng cứng như trên máy PG.

Dễ dàng thiết lập trao đổi thông tin với PLC khác và máy tính PC thông qua mạng LAN.

Hình 2.2 Thành phần cơ bản của một PLC

2.2.2 Liệt kê các biến vào ra.

2.2.2.1 Các biến vào ra của PLC 1

Địa chỉ đầu vào cảm biến 1

Bảng 2.1 Danh sách địa chỉ đầu vào cảm biến 1của PLC 1

Stt Tên biến Địa chỉ Chú thích

1 SS_L1_M1_1 I0.0 Cảm biến 1 line 1 máy 1

Tín hiệu cảm biến đếm số lượng sản phẩm được lắp đặt vào từng máy để xác định tổng số lượng gói (bao bì) chạy qua Hiện tại nhà máy sẽ cung cấp cho chúng ta tín hiệu này để chúng ta có thể thuận tiện lập trình tính toán. Ở đây, đã thay thế tín hiểu để đếm sản phẩm thành tín hiệu của cảm biến 1.

Bảng 2.2 Danh sách địa chỉ đầu vào cảm biến 2 của PLC 1

Tín hiệu cảm biến 2 dùng để xác định chất lượng của gói thành phẩm Dựa vào thời gian sản phẩm chạy qua cảm biến 2 là lớn hay nhỏ, chúng ta có thể biết được sản phẩm chạy qua cảm biến 2 đã tốt hay đã bí dính vào nhau.

Các sản phẩm lỗi chạy qua cảm biến 2 sẽ được xử lí ở ngay sau đó bằng xi lanh gạt Khoảng cách của xi lanh gạt đến vị trí của cảm biến 2 cũng sẽ được xác định để xi lanh có thể gạt được đúng sản phẩm lỗi chạy qua. Để biết được thời gian cảm biến 2 đạt được sản phẩm tốt hoặc thời gian bắt đầu xi lanh gạt sản phẩm lỗi thì cần dựa vào thực tiễn mà bao gói đi qua cảm biến 2,khoảng cách giữa cảm biến 2 và xi lanh và sự điều chỉnh của các kĩ sư điện tại nhà máy.

Địa chỉ đầu vào cảm biến tiệm cận của xi lanh

Bảng 2.3 Danh sách các biến đầu vào cảm biến tiệm cận của PLC 1

Cảm biến tiệm cận xi lanh dừng tiến line 1 máy 1

Bảng 2.4 Danh sách các biến đầu ra PLC 1 Đầu ra là hệ thống các xi lanh dùng để đấy sản phẩm lỗi, được thiết kế đặt sau cảm biến 2 Khi cảm biến 2 có tín hiệu của sản phẩm lỗi, xi lanh sẽ đẩy sản phẩm ngay sau đó.

Tùy thuộc vào khoảng cách của cảm biến 2 và xi lanh để xi lanh có thể đẩy đúng thời điểm sản phẩm lỗi chạy qua Nếu xi lanh đẩy sớm, ta có thể chỉnh thời gian bắt đầu đẩy của xi lanh lên, nếu xi lanh đẩy muộn, ta có thể chỉnh thời gian bắt đầu đẩy xi lanh xuống.

Chúng ta có thể lựa chọn độ dài hành trình của xi lanh dựa vào độ dài của băng tải đã được đặt trước đó.

1 Cyl_L1_M1_forw Q0.0 Xi lanh tiến line 1 máy 1

2.2.2.2 Các biến vào ra của PLC 2

- Các biến đầu vào PLC 2.

16 SS_L8_M4_1 I6.1 Cảm biến 1 line 8 máy 4 Tương tự cảm biến 1 được dùng trong PLC 1, tín hiệu cảm biến đếm số lượng sản phẩm được lắp đặt vào từng máy để xác định tổng số lượng gói (bao bì) chạy qua Hiện tại nhà máy sẽ cung cấp cho chúng ta tín hiệu này để chúng ta có thể thuận tiện lập trình tính toán. Ở đây, đã thay thế tín hiểu để đếm sản phẩm thành tín hiệu của cảm biến 1 giống như PLC 1.

Stt Tên biến Địa chỉ

Tương tự cảm biến 2 được dùng trong PLC 1 , cảm biến 2 cũng có các chức năng và nhiệm vụ như trên.

Tín hiệu cảm biến 2 dùng để xác định chất lượng của gói thành phẩm Dựa vào thời gian sản phẩm chạy qua cảm biến 2 là lớn hay nhỏ, chúng ta có thể biết được sản phẩm chạy qua cảm biến 2 đã tốt hay đã bí dính vào nhau.

Chúng ta có thể lựa chọn độ dài hành trình của xi lanh dựa vào độ dài của băng

- Địa chỉ đầu vào cảm biến tiệm cận của xi lanh

Bảng 2.7 Danh sách các biến đầu vào cảm biến tiệm cận của PLC 2

- Địa chỉ đầu ra cảm biến 2

Bảng 2.8 Danh sách các biến đầu ra PLC 2

Tương tự đầu ra của PLC 1, đầu ra của PLC 2 cũng tương tự như PLC 1. Đầu ra là hệ thống các xi lanh dùng để đấy sản phẩm lỗi, được thiết kế đặt sau cảm biến 2 Khi cảm biến 2 có tín hiệu của sản phẩm lỗi, xi lanh sẽ đẩy sản phẩm ngay sau đó.

Chúng ta có thể lựa chọn độ dài hành trình của xi lanh dựa vào độ dài của băng tải đã được đặt trước đó.

2.2.3 Bộ điều khiển S7-1200 CPU 1214C-6ES7214-1AG40-0XB0.

 Bộ điều khiển mở rộng từ S7 với phương án mở rộng linh hoạt:

Một bo mạch tín hiệu (SB) và 1 bo mạch truyền thông (CB).

Tám mô đun tín hiệu (SM).

Có thể có lớn nhất 3 modul truyền thông (CM).

 Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:

Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC-PLC.

Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở.

Hỗ trợ 16 kết nối Ethernet.

TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol.

Phần mềm

Tia Portal V15 là phần mềm hỗ trợ lập trình cho PLC Siemen, giúp thiết lập các giao tiếp, kết nối giữa các module lại với nhau, tạo môi trường lập trình cho người sử dụng một cách dễ dàng.

Các ngôn ngữ lập trình LAD, FBD, SCL, STL, GRAPH được hỗ trợ đầy đủ giúp người dùng lập trình có thể linh hoạt lựa chọn ngôn ngữ lập trình cho bộ điều khiển của hệ thống.

Cấu hình kết nối phần cứng trong phần mềm Tia portal V15 cho mô hình “Hệ thống giám sát bao gói”.

Hình 2.6 Cấu hình các thiết bị phần cứng trong Tia portal V15

Hình 2.7 Giao diện lập trình trên Tia portal V15

Microsoft Visual Studio là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) từ Microsoft Nó được sử dụng để phát triển chương trình máy tính cho Microsoft Windows, cũng như các trang web, các ứng dụng web và các dịch vụ web Visual Studio sử dụng nền tảng phát triển phần mềm của Microsoft như Windows API, Windows Forms, Windows Presentation Foundation, Windows Store và Microsoft Silverlight Nó có thể sản xuất cả hai ngôn ngữ máy và mã số quản lý.

Phần mềm được dùng để kết nối với PLC thông qua thư viện S7.Net.

S7.Net là trình điều khiển plc chỉ hoạt động với PLC và chỉ với kết nối Ethernet Điều này có nghĩa rằng PLC phải có CPU Profinet hoặc thẻ bên ngoài profinet (thẻ CPxxx) S7.Net được viết hoàn toàn bằng C #, vì vậy có thể gỡ lỗi dễ dàng mà không cần phải thông qua các bản gốc.

Crystal Report là phần mềm hỗ trợ làm báo cáo, được tải để tích hợp vào phần mềm Visual Studio để hỗ trợ.

Crystal report có một ngôn ngữ tiêng để tính toán và một số tính năng khác để biến những dữ liệu thô thành những báo cáo đầy tính chuyên nghiệp Có thể tạo

Hình 2.8 Giao diện lập trình trên Visual studio 2019 Đặc điểm:

- Đối với Windows Form, Crystal Reports cho phép xem báo cáo và cung cấp tất cả các chức năng cho người sử dụng bao gồm xoáy sâu vào chi tiết, truy xuất,…

- Crystal Reports giúp việc truy cập dữ liệu trở nên dễ dàng hơn.

- Crystal Reports cho phép chia sẻ sử dụng các bảng báo cáo cũng như tạo những ứng dựng được phân phối sử dụng cho nhiều người dùng.

2.3.4 Phần mềm Microsoft SQL Server Management Studio 18.

SQL Server Management Studio (SSMS) là một ứng dụng phần mềm được ra mắt lần đầu tiên với Microsoft SQL Server 2005, được sử dụng để định cấu hình, quản lý và quản trị tất cả các thành phần trong Microsoft SQL Server.

SQL Server Management Studio là một công cụ trực quan để quản lý SQL Server Với SQL Server Management Studio chúng ta có thể thực hiện các tương tác

Hình 2.9 Phần mềm Crystal report 2019

Hình 2.10 Giao diện phần mềm Microsoft SQL Server

Management Studio 18 với database trên giao diện người dùng hoặc bằng câu lệnh SQL Server Management Studio được thiết kế thân thiện và dễ sử dụng.

Eplan Electric P8 là một phần mềm mạnh mẽ, toàn diện trong việc thiết kế điện Là một công cụ rất quan trọng đối với các kỹ sư cũng như các công ty chuyên về thiết kế, thi công tủ Điện Phần mềm giúp tăng tối đa hiệu quả thiết kế, kiểm soát tài liệu và lưu trữ dự án.

EPLAN Electric P8 giao tiếp với nhiều phần mềm thông dụng khác như AutoCad, pdf, MS Offices,… Phần mềm cũng hỗ trợ bóc tách vật tư dự án (cáp, tải, động cơ, thiết bị bảo vệ…).

EPLAN với nền tảng CAE (Computer-Aid Engineering) đã phát triển các giải pháp thiết kế đã được chứng minh là hiệu quả, góp phần cải thiện, nâng cao hiệu suất mang lại lợi ích cho khách hàng trong nhiều năm trở lại đây EPLAN cung cấp không giới hạn cho việc lập kế hoạch dự án, quản lý các tài liệu trong dự án tự động hóa Sự kết hợp của các chức năng tiêu chuẩn và phần mở rộng tùy chọn trong một nền tảng CAE của EPLAN cho phép bạn tối ưu hóa toàn bộ quá trình lập kế hoạch và nâng cao chất lượng tài liệu tự động hóa về lâu dài.Một số chức năng nổi bật của Eplan:

- Đồ họa và hướng đối tượng.

- Chức năng kiểm tra tính logic.

- Lập báo cáo tự động.

Hình 2.11 Giao diện làm việc của Eplan Electric P8 2.7

Kết nối trong hệ thống

- Mạch cấp nguồn cho thiết bị của PLC 1.

Hình 2.12 Sơ đồ mạch cấp nguồn

- Mạch kết nối PLC và máy tính.

Hình 2.14 Sơ đồ đầu vào PLC 1

- Đầu vào module SM1223 của PLC 1.

- Đầu vào module SM1221 (1) của PLC 1.

Hình 2.16 Sơ đồ đầu vào SM1223 của PLC1.

Hình 2.17 Sơ đồ đầu vào SM1221 (1) của PLC 1.

- Đầu vào module SM1221 (2) của PLC 1.

Hình 2.18 Sơ đồ đầu vào SM1221 (2) của PLC.

- Đầu ra module SM1223 của PLC 1.

- Mạch cấp nguồn cho thiết bị của PLC 2.

Hình 2.21 Sơ đồ cấp nguồn cho thiết bị và module mở rộng của PLC 2

Hình 2.20 Sơ đồ đầu ra module SM1223 của PLC 1.

- Đầu vào module SM1223 của PLC 2.

Hình 2.22 Sơ đồ đầu vào của PLC 2

- Đầu vào module SM1221 (1) của PLC 2. Đầu vào module SM1221 (2) của PLC 2.

Hình 2.24 Đầu vào module SM1221 (1) của PLC 2

Hình 2.25 Sơ đồ đầu vào module SM1221 (2) của PLC 2

- Đầu ra module SM1223 của PLC 2.

Hình 2.26 Sơ đồ đầu ra của PLC 2.

PHẦN MỀM GIÁM SÁT

Yêu cầu đặt ra

Hệ thống quản lí phải thu thập được dữ liệu, lịch sử hoạt động của từng máy, từng dây chuyền trong nhà máy để có thể lấy được số lượng gói sản phẩm đã sản xuất, số lượng gói sản phẩm bị cấn gói gia vị, số lượng gói sản phẩm bị rỗng, tổng thời gian dừng ngắn (khoảng 5s một lần dừng), tổng thời gian dừng dài (khoảng 5 phút một lần dừng), tốc độ máy chạy, để xuất file báo cáo theo thời gian mà người vận hành muốn Từ file báo cáo, ta có thể lấy được các thông số máy chạy, chỉ số sẵn sàng, chỉ số ổn định, hiệu suất của từng máy, từng dây chuyền và cả nhà máy.

- Vấn đề 1: Xác định được chính xác tổng số lượng các sản phẩm, số lương sản phẩm tốt, sản phẩm lỗi, sản phẩm không có phôi ở trong.Đi xây dựng chương trình đếm counter từ việc phát hiện sản phẩm của cảm biến trên PLC

- Vấn đề 2: Kết nối được PLC với Visual studio để thuận tiện cho việc giám sát.

- Vấn đề 3: Tạo giao diện cho phần mềm, sao cho người vận hành dễ quản lí, dễ sử dụng.

- Vấn đề 4: Lưu được dữ liệu lâu dài để thuận tiện cho việc lấy báo cáo trong một khoảng thời gian dài.

Thuật toán điều khiển chương trình đếm sản phẩm

Hình 3.1 Lưu đồ thuật toán đếm sản phẩm

Kiểm tra sản phẩm chạy qua cảm biến 2.

Nếu không có sản phẩm nào chạy qua cảm biến 2 là T1 >= 0.5 giây, thì số lần dừng 5 giây sẽ tăng lên 1 Lúc này, sẽ kiểm tra xem thời gian của T1 Nếu T1 >= 5 phút thì số tăng số lần dừng 5 phút lên 1 và lúc này tính tổng thời gian dừng dài. Nếu thời gian T1 < 5 phút thì sẽ tính được tổng thời gian dừng ngắn.

Nếu có sản phẩm chạy qua cảm biến 2 (T1 < 0.5s), thì sẽ kiểm tra chất lượng sản phẩm Nếu sản phẩm chạy qua cảm biến 2 là T2 > 0.2 giây, nghĩa là sản phẩm đang bị dính vào nhau Lúc này, xi lanh sẽ đẩy sản phẩm lỗi ra ngoài, và sẽ tính được số lượng sản phẩm lỗi là cộng 2 cho mỗi lần đẩy xi lanh Nếu sản phẩm chạy qua cảm biến 2 là T2 < 0.2 giây, nghĩa là sản phẩm đang tốt, thì sẽ tính được tổng số lượng sản phẩm tốt được sản xuất.

Tổng quan phần mềm giám sát bao gói

Hình 3.2 Tổng quan quyền đăng nhập

Còn đối với operator (trưởng ca) thì không thể thao tác chỉnh sửa các thông số trong phần cài đặt Việc này có thể giúp cho quá trình giám sát không bị lỗi do chỉnh sửa sai các thông số.

Giao diện chương trình form Đăng nhập

Form “Đăng Nhập” dùng để người vận hành có thể đăng nhập vào hệ thống để có thể giám sát hệ thống hoặc lấy các báo cáo Người vận hành nhập đầy đủ, chính xác thông tin để có thể đăng nhập được vào hệ thống.

- Nút nhấn “Thoát” dùng để thoát chương trình của hệ thống.

- Nếu người vận hành muốn đăng nhập vào hệ thống Line 1- 4 để thao tác thì sẽ chọn “Line 1- 4”, muốn đăng nhập vào hệ thống Line 5 – 8 thì sẽ chọn

- Nếu là máy tính đang kết nối với PLC thì chọn phần “Giám Sát” để có thể giám sát hệ thống Nếu muốn lấy báo cáo thì chọn “Báo Cáo” để lấy ra các báo cáo.

Hình 3.3 Giao diện form đăng nhập

Giao diện form “Cài Đặt Chung”

- Form “Cài Đặt Chung” dùng để chỉnh sửa danh sách trưởng ca và danh sách sản phẩm có thể sản xuất Nút nhấn của khu vực trưởng ca và sản phẩm là tương đương nhau.

- Khi có sự thay đổi về danh sách trưởng ca (sản phẩm) đã có ở trong danh sách thì có thể cập nhật ở form “Cài Đặt Chung”.

- Khi muốn thêm một trưởng ca (sản phẩm) bất kì vào danh sách trưởng ca (sản phẩm) thì có thể nhập thông tin mã trưởng ca (mã sản phẩm) và tên của trưởng ca (sản phẩm) Mã trưởng ca (mã sản phẩm) không thể trùng với các mã đã có ở danh sách trước đó nhưng tên thì có thể trùng được.

- Nút “Thoát” dùng để thoát chương trình của form “Cài Đặt Chung”.

Giao diện form “Thay Đổi Mật Khẩu”

Hình 3.4 Giao diện form cài đặt chung

Form “Thay Đổi Mật Khẩu” dùng để thay đổi mật khẩu của tài khoản theo như người vận hành muốn, giúp người vận hành dễ dàng hơn trong quá trình đăng nhập. Mật khẩu và tài khoản sẽ cập nhập ngay sau khi người vận hành hoàn thành việc đổi mật khẩu.

- Tên những tài khoản hiện có đã được hiện thị trên giao diện Người vận hành cần chọn tên tài khoản cần thay đổi mật khẩu Nhập chính xác mật khẩu cũ và mật khẩu mới của tài khoản để có thể xác nhận tài khoản đã thay đổi mật khẩu.

Hệ thống sẽ tự động báo thành công khi hoàn thành việc đổi mật khẩu Nếu nhập sai, hệ thống sẽ báo lỗi và yêu cầu nhập lại.

- Nút nhấn “Hủy” dùng để quay lại form “Đăng Nhập”.

Giao diện form “Cài Đặt Ca Sản Xuất”

Form “Cài Đặt Ca Sản Xuất” dùng để cài đặt thời gian, cài đặt trưởng ca cho từng ca sản xuất.

- Người vận hành lựa chọn thời gian và mã trưởng ca của các ca sản xuất để cài đặt từng ca để phục vụ cho việc giám sát và in báo cáo Sau đó nhấn nút

“Xác Nhận” để có thể lưu vào cơ sở dữ liệu những thông tin đã cài đặt trong form Các mã trưởng ca được chọn phải được nhập từ danh sách trưởng ca đã có ở trước đó.

- Nút nhấn “Hủy ” để có thể thoát form và quay trở lại form “Giám Sát”.

- Nếu không cài đặt thời gian và tên trưởng ca làm việc ở form này, hệ thống sẽ tự động lấy thông tin thời gian và trưởng ca của ngày cài đặt trước đó.

Hình 3.6 Giao diện form cài đặt ca sản xuất

Giao diện form “Nhập Sản Lượng”

Form “Nhập Sản Lượng” dùng để lấy số liệu sản lượng để tính OEE3.

- Người vận hành nhập thông số mã sản phẩm, ca sản xuất, dây chuyền, ngày sản xuất để hiển thị sản lượng thực của những thông tin đã nhập trước đó, nếu người vận hành muốn sửa đổi số lượng sản lượng thực, chỉ cần nhập vào số lượng và nhấn “Xác Nhận” để có thể cập nhật.

- Nút nhấn “Hủy” để thoát chương trình form “Nhập Sản Lượng” và quay trở về form “Giám Sát”.

- Số lượng sản lượng thực sẽ được người vận hành nhập vào sau mỗi ca làm việc.

Chú ý: Hiện nay có một số vấn đề về thống số OEE3 và việc nhập sản lượng nên vẫn chưa thể giải quyết được việc làm báo cáo cho thông số OEE3.

Hình 3.7 Giao diện form nhập sản lượng

Giao diện form “Cài Đặt Thông Số Hệ Thống”

Form “Cài đặt thông số hệ thống ” được dùng để người vận hành,kĩ sư điện có thể chỉnh sửa các thông số để thiết lập cho quá trình ghi nhận bao gói.

- Trước khi bắt đầu việc giám sát hệ thống, người vận hành cần nhập các dữ liệu để lưu vào cơ sở dữ liệu và các thông số để ghi xuống PLC Các dữ liệu, thông số của hệ thống được định nghĩa:

Tên dây chuyền: Dây chuyền cần thao tác.

Tên máy: Máy cụ thể trong dây chuyển.

Tên sản phẩm: Sản phẩm mà máy đó sản xuất.

Ca: Ca sản xuất trong ngày.

Tốc độ chuẩn: Tốc độ tối ưu của máy, dùng để tính OEE1, mặc định trong chương trình đang là 120 gói/phút.

Thời gian tính dừng máy (x0,1s): Khoảng thời gian mà không có sản phẩm thì được coi là dừng máy nhỏ (mặc định 5 giây).

Thời gian chấp nhận gói (x0,1s): Là khoảng thời gian cảm biến 2 có tín hiệu thì mới chấp nhận đó là một gói.

Thời gian tính gói cấn (x0,1s): Là khoảng thời gian mà gói đi qua cảm biến 2 thì tính đó là gói cấn.

Hình 3.8 Giao diện form cài đặt thông số hệ thống

Thời gian đẩy gói (x0,1s): Là khoảng thời gian từ lúc gói cấn bắt đầu ở cảm biến 2 đến lúc xi lanh đẩy gói Nếu thấy xi lanh đẩy chậm thì chỉnh nhỏ xuống, xi lanh đẩy sớm thì chỉnh tăng lên.

Thời gian cập nhật từ PLC (s): Khoảng thời gian tính bằng giây để cập nhật dữ liệu hiển thị lên màn hình, số được nhập vào không quá 60 (mặc định là 10 giây).

- Yêu cầu: Các thông số được nhập vào đều là số nguyên.

- Chỉ có kĩ sư điện (admin) mới có thể thao tác với các thông số ở trên.

- Còn trưởng ca (Operator) chỉ có thể sử dụng các thông số mà admin đã cài sẵn để thiết lập vào PLC Trước khi giám sát, cần cài đặt các tham số xuống PLC trước để có thể giám sát.

- Để thay đổi dữ liệu các tham số xuống PLC , trước tiên phải chọn vào “Cài Đặt Tham Số” Sau đó, nhập tất vào các thông số muốn thay đổi, tiếp theo nhấn vào nút “Thiết Lập” để lưu dữ liệu thông số vào cơ sở dữ liệu và nút “Ghi Xuống” để bắt đầu ghi các tham số xuống PLC.

- Có thể xem các thông số đã cài đặt xuống dưới PLC bằng cách chọn cụ thể

Hình 3.9 Hiển thị tham số đã cài đặt trước đó

Giao diện Form “Giám Sát”

Form “Giám Sát” dùng để hiển thị số liệu của các tham số tại từng thời điểm trong ngày, từng ca làm việc.

Giao diện của form “Giám Sát” chứa các nút nhấn để cài đặt các thông số, cài đặt ca, nhập sản lượng thực, lấy báo cáo, reset hệ thống, và thoát khỏi chương trình giám sát. Đây là phần chính của phần mềm, các thông số được hiển thị tại đây Chúng ta có thể lựa chọn tự động chuyển màn hình (thông số các line khác nhau sẽ tự động chuyển) hoặc lựa chọn 2 line cụ thể để hiển thị giám sát thông số Đây là thông số tính bắt đầu từ ca sản xuất trong phần cài đặt.

- Trước khi bắt đầu giám sát hệ thống, người vận hành cần cài đặt thông số để ghi xuống PLC PLC sẽ nhận các thông số mà người vận hành đã cài đặt trước đó Sau đó người vận hành có thể giám sát bằng cách nhấn “Bắt Đầu”.

- Nút nhấn “Reset” dùng để reset lại ca khi người vận hành muốn Ở đây, đã mặc định cứ sau mỗi ca thì hệ thống sẽ tự reset lại thông số.

- Tương ứng với các nút nhấn còn lại trong form thì sẽ hiển thị form tương ứng với tên các nút nhấn:

Nếu chọn nút nhấn “Báo Cáo” thì form “Báo Cáo” sẽ hiển thị.

Nếu chọn nút nhấn “Cài Đặt Ca SX” thì form “Cài Đặt Ca SX” sẽ hiển thị.

Hình 3.10 Giao diện form giám sát

Nếu chọn nút nhấn “Cài Đặt Sản Phẩm” thì form “Cài Đặt Chung” sẽ hiển thị.

Nếu chọn nút nhấn “Nhập SL Thực” thì form “Nhập Sản Lượng” sẽ hiển thị.

Nếu chọn nút nhấn “Thoát” thì form “Thoát” sẽ hiển thị.

Nếu chọn nút nhấn “Reset” thì hệ thống sẽ được reset lại.

Nếu chọn nút nhấn “Cài Đặt Thông Số” thì sẽ hiển thị form “Cài Đặt Thông Số Hệ Thống”.

Phần “chọn Line hiển thị” dùng để chọn Line muốn hiển thị số liệu.

Nút nhấn “Thoát” để thoát chương trình form giám sát, lúc này sẽ cần người vận hành xác thực lại mật khẩu để có thể thoát khỏi chương trình.

Giao diện form “Báo Cáo”

Giao diện form báo cáo được hiển thị như sau:

Form “Báo Cáo” dùng để lấy báo cáo của các sản phẩm theo ngày, theo quy mô của nhà máy Việc lấy báo cáo thì admin và operator đều có thể thao tác để lấy ra những báo cáo theo những thông số mình muốn.

Hình 3.11 Giao diện chính form báo cáo.

Có 2 loại báo cáo là báo cáo tổng hợp và báo cáo chi tiết:

- Báo cáo tổng hợp: báo cáo tổng hợp từng dây chuyền hoặc cả nhà máy Khi lựa chọn báo cáo tổng hợp cho cả nhà máy thì sẽ hiển thị báo cáo của tất cả các dây chuyền.

- Báo cáo chi tiết: báo cáo của từng máy trong từng dây chuyền Khi lựa chọn báo cáo chi tiết cho một dây chuyền thì sẽ hiển thị ra số liệu của cả bốn máy trong dây chuyền đó.

Phân loại báo cáo theo quy mô nhà máy:

- Báo cáo toàn bộ nhà máy.

- Báo cáo từng dây chuyền riêng.

- Báo cáo từng máy cụ thể.

Hình 3.12 Tổng quan báo cáo

Phân loại báo cáo theo từng khoảng thời gian nhất định:

- Nút nhấn “Quay về” để tắt form “Báo Cáo”.

- Để lấy được báo cáo, trước hết người vận hành phải xác định được khoảng thời gian báo cáo, quy mô báo cáo và kiểu báo cáo mong muốn Từ đó, nhập các thông số, điều kiện cho báo cáo ở form.

- Sau đó, để hiển thị báo cáo, người vận hành nhấn nút “Hiển Thị” để hiển thị các báo cáo tương ứng với những báo cáo mình đã chọn.

- Nếu mã sản phẩm chọn “All” thì chỉ lấy được báo cáo tổng hợp của từng dây chuyền hoặc cả nhà máy, còn với báo cáo chi tiết thì không thể lấy được.

- Khi chọn mã sản phẩm “All” thì sản phẩm hiển thị trong form báo cáo là

“All” và khi đó báo cáo sẽ tổng hợp số lượng sản phẩm đã sản xuất được.

- Nếu có chọn sản phẩm bất kì và lấy báo cáo tổng hợp, thì sẽ không hiển thị sản phẩm được, vì trong quá trình sản xuất trong một dây chuyền có thể sản

Hình 3.14 Báo cáo theo thời gian

Mẫu báo cáo hiển thị được thời gian lấy báo cáo, tên trưởng ca làm việc, vị trí lấy báo cáo, tên sản phẩm lấy báo cáo tương ứng.

Các thông số yêu cầu của nhà máy như tổng số gói chạy qua máy, tổng số gói tốt, tổng số gói rỗng, thời gian dừng máy 5 giây,… hay những chỉ số đánh giá sản xuất như chỉ số sẵn sàng, hiệu suất,… sẽ được hiển thị lên báo cáo.

Sau khi báo cáo được hiển thị, người vận hành có thể lấy báo cáo bằng cách nhấn nút “Export” để xuất thành file PDF và lưu file lại Nếu không, có thể tắt báo cáo bằng cách nhấn nút đóng báo cáo.

Nhà máy sẽ dựa vào báo cáo được in ra để đánh giá quá trình sản xuất của nhà máy trong một khoảng thời gian nhất định.

Hình 3.15 Mẫu báo cáo được hiển thị

Tiêu đề	Nâng Cấp Hệ Thống Giám Sát Chất Lượng Cho Khu Bao Gói Nhà Máy Massan Hải Dương
Tác giả	Võ Văn Nam
Người hướng dẫn	TS. Đào Qúy Thịnh
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Cử nhân Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và tự động hóa
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	63
Dung lượng	2,77 MB