Thập kỷ 2000 - 2010: Sự phát triển của trí tuệ nhân tạo và học máy đã tạo ra cơ hộimới để nghiên cứu và thiết kế mô hình sản xuất nước tương tự động thông minh hơn.Các hệ thống có khả nă
Lịch sử nghiên cứu
Lịch sử nghiên cứu và thiết kế mô hình sản xuất nước tương tự động bắt đầu từ cuối thế kỷ 20 và tiếp tục phát triển mạnh mẽ trong thế kỷ 21 Một số sự kiện quan trọng đã đánh dấu sự tiến bộ trong lĩnh vực này.
Trong thập kỷ 1970 - 1980, sự phát triển công nghệ tự động hóa trong ngành công nghiệp thực phẩm đã mở ra cơ hội nghiên cứu và thiết kế mô hình sản xuất nước tương tự động Các hệ thống tự động đầu tiên được giới thiệu, tập trung vào việc lựa chọn và xử lý nguyên liệu đầu vào.
Trong thập kỷ 1990 - 2000, sự phát triển của máy tính và công nghệ điều khiển tự động đã nâng cao khả năng kiểm soát quy trình sản xuất nước tương Các mô hình điều khiển tự động và hệ thống theo dõi trở nên phổ biến, góp phần cải thiện độ chính xác và hiệu suất trong quy trình sản xuất.
Trong thập kỷ 2000 - 2010, sự phát triển của trí tuệ nhân tạo và học máy đã mở ra những cơ hội mới cho việc nghiên cứu và thiết kế mô hình sản xuất nước tương tự động thông minh hơn Các hệ thống này có khả năng tự học và tự điều chỉnh, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất hiệu quả hơn.
Trong thập kỷ 2010 đến nay, sự phát triển của IoT và các công nghệ liên quan đã tạo ra cơ hội mới cho nghiên cứu và thiết kế mô hình sản xuất nước tương tự động Hệ thống kết nối và thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn đã trở nên phổ biến, góp phần cải thiện quản lý quy trình sản xuất Các công ty thực phẩm lớn đang áp dụng các hệ thống sản xuất nước tương tự động để nâng cao hiệu suất, chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng đa dạng.
Trong thời gian gần đây, các trường đại học và tổ chức nghiên cứu đã tích cực tham gia vào nghiên cứu và đào tạo về thiết kế mô hình sản xuất tự động hóa, đặc biệt trong lĩnh vực thực phẩm và chế biến thực phẩm.
Lịch sử nghiên cứu và thiết kế mô hình sản xuất nước tương tự động đang ngày càng tiến bộ nhờ vào công nghệ, trí tuệ nhân tạo và tự động hóa Những cải tiến này không chỉ nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn cải thiện chất lượng và tính bền vững của ngành thực phẩm.
Mục tiêu của đề tài
Nội dung
Nội dung nghiên cứu đồ án môn cơ điện tử của nhóm gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về mô hình sản xuất nước tương
Chương 2: Cơ sở lý thuyết của hệ thống sản xuất nước tương
Chương 3: Tính toán, thiết kế hệ thống
Mục tiêu
Mục tiêu kinh tế là tối ưu hóa quy trình sản xuất nước tương thông qua việc ứng dụng phần mềm WinCC để mô phỏng và giám sát, từ đó đảm bảo hiệu quả trong việc tiết kiệm nguyên liệu, thời gian và công sức Việc này không chỉ giúp tăng sản lượng sản phẩm mà còn giảm chi phí sản xuất một cách đáng kể.
Mục tiêu kỹ thuật trong sản xuất nước tương là đảm bảo chất lượng và tính đồng nhất của sản phẩm Hệ thống sản xuất cần được thiết kế để kiểm soát các yếu tố như thành phần, vị trí, màu sắc và hương vị, nhằm đạt được tiêu chuẩn chất lượng mong muốn Đối với các hệ thống sản xuất công nghiệp, việc tối ưu hóa sử dụng năng lượng và tài nguyên, giảm thải độc hại, cùng với việc tối ưu hóa quy trình xử lý chất thải là những mục tiêu quan trọng.
Nghiên cứu và thiết kế mô hình sản xuất nước tương hiện đại có thể bao gồm việc tích hợp công nghệ tiên tiến như tự động hóa và IoT Việc áp dụng các hệ thống theo dõi và điều khiển qua máy tính sẽ cải thiện hiệu quả quy trình sản xuất.
Yêu cầu của hệ thống
Hệ hống dễ điều khiển.
Đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động.
Thiết bị sử dụng phải có độ bền và tuổi thọ lớn.
Hệ hống cảm biến hoạt động chính xác.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Tìm hiểu qua sách vở, tài liệu trên các diễn đàn.
Tìm hiểu về các bài toán, mô hình hóa giúp cho việc tính toán và chọn các trang thiết bị điện và cơ khí.
Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về các loại động cơ, hệ thống cảm biến, bộ điều khiển điển hình trong sản xuất nước tương.
Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, ứng dụng, viết chương trình điều khiển sản xuất cho bộ điều khiển PLC.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu hệ thống quy trình sản xuất nước tương tự động trên thực tế hoặc các mô hình của đề tài trước.
Sử dụng phần mềm TIA Portal (SIMATIC STEP 7 & WinCC) làm công cụ để mô phỏng hệ thống.
Sử dụng phần mềm Solidworks để thiết kế và mô phỏng hệ thống cơ khí.
Giới hạn phạm vi nghiên cứu
Bộ điều khiển trung tâm: PLC Siemens S7 - 1200.
Phần mềm TIA Portal (SIMATIC STEP 7 & WinCC)
Nguồn cấp điện cho hệ thống 24V
Thiết kế cơ khí và hệ thống điều khiển.
Xây dựng giải thuật và chương trình điều khiển.
Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên Wincc cho hệ thống.
Lập trình trên PLC điều khiển mô hình sãn xuất nước tương tự động.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Mô hình hệ thống sản xuất nước tương tự động
2.1.1 Khái niệm về mô hình hệ thống sản xuất nước tương tự động
Mô hình hệ thống sản xuất nước tương tự động là một quy trình và thiết bị tự động hóa nhằm sản xuất nước tương hiệu quả và liên tục với ít sự can thiệp của con người Hệ thống này được thiết kế để tự động hóa toàn bộ hoặc phần lớn quy trình từ nguyên liệu đầu vào như đậu nành, muối và nước đến sản phẩm cuối cùng là nước tương thành phẩm.
2.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất nước tương tự động
Hình 2 1 Quy trình sản xuát nước tương
Thiết lập tỉ lệ nguyên liệu, nước, NaOH, chất phụ gia.
Nhấn nút START để bắt đầu tru trình.
Nước và nguyên liệu được đưa vào bồn chứa qua cửa xy lanh và van, sau đó động cơ trộn sẽ trộn đều hỗn hợp Hệ thống gia nhiệt được kích hoạt ở nhiệt độ 125C-135C để bắt đầu quá trình thủy phân kéo dài từ 3-4 ngày Cuối cùng, sau khi thủy phân hoàn tất, động cơ trộn tiếp tục hoạt động để làm nguội nhanh chóng và trộn đều hỗn hợp.
Chuyển sang giai đoạn trung hòa khi cảm biến nhiệt độ phát hiện nhiệt độ bồn ở
50C-60C Tắt động cơ trộn, bật bơm đưa dung dịch NaOH để trung hòa điều chỉnh
Để sản xuất nước tương, pH là yếu tố quan trọng cần chú ý Bật bơm để duy trì nước muối với nồng độ 20% giúp hạn chế sự phát triển của vi khuẩn gây thối Đồng thời, động cơ trộn cũng cần được kích hoạt để đảm bảo hỗn hợp được trộn đều.
Giai đoạn trích ly-lọc:
Bật bơm 1 để đưa nước tương qua bồn trích ly, dừng bơm khi cảm biến mức cạn ở bồn thủy phân tác động Giai đoạn trích ly (1 ngày)
Sau khi kết thúc giai đoạn trích ly, bơm 2 được kích hoạt để chuyển nước tương đã được lọc thô sang bồn phôi chế, đồng thời van mở để thêm chất phụ gia vào nước tương Động cơ 2 sẽ tắt khi cảm biến mức cạn của bồn trích ly hoạt động Tiếp theo, động cơ trộn được bật để trộn đều nước tương với phụ gia trong vòng 30 phút.
Khi kết thúc giai đoạn phôi chế, bơm 3 sẽ được bật để chuyển nước tương sang bồn thanh trùng, và sẽ dừng khi cảm biến mức cạn ở bồn phôi chế hoạt động Giai đoạn thanh trùng sẽ được thực hiện bằng cách bật gia nhiệt ở nhiệt độ 90 độ trong 20 phút, giúp tiêu diệt vi sinh vật và kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.
Kết thúc giai đoạn thanh trung, bật bơm 4 để đưa nước tương sang bồn lọc, tắt bơm khi cảm biến mức cạn ở bồn thanh trùng được tác động.
Sau khi hoàn tất giai đoạn lọc, bơm 5 sẽ được khởi động để chuyển nước tương sang bồn chứa Bơm sẽ tự động tắt khi cảm biến mức cạn ở bồn lọc được kích hoạt, đánh dấu sự kết thúc của quy trình sản xuất nước tương tự động.
2.1.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống sản xuất nước tương tự động
Các hệ thống sản xuất nước tương hiện nay thường hoạt động tự động hoặc bán tự động, với nguyên lý làm việc tương tự nhau Nguyên liệu đầu vào bao gồm đậu nành, nước muối, nước và NaOH, được cho vào bồn chứa và trộn theo tỷ lệ nhất định Sau đó, nguyên liệu được gia nhiệt để tiến hành quá trình thủy phân trong một khoảng thời gian cụ thể Sau khi thủy phân, nước tương sẽ trải qua bước chiết ly, tiếp theo là quá trình trộn với chất phụ gia trong bồn phối chế Nước tương sau đó được bơm qua bồn thanh trùng để tiệt trùng, rồi tiếp tục được lọc qua bồn lọc Cuối cùng, nước tương được chuyển đến bồn chứa để chuẩn bị đóng chai.
Cấu trúc các thành phần hệ thống
2.2.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống
Hệ thống bơm đóng vai trò thiết yếu trong quy trình sản xuất nước tương tự động, giúp di chuyển các chất lỏng, nước tương và các thành phần quan trọng khác.
Hệ thống bồn chứa là yếu tố thiết yếu trong quy trình sản xuất nước tương tự động, đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ nguyên liệu, hỗn hợp và sản phẩm trong suốt quá trình sản xuất.
Bồn chứa đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ các nguyên liệu chính như đậu nành, nước, muối và xút (NaOH) Bên cạnh đó, sản phẩm nước tương cuối cùng cũng được bảo quản trong các bể lưu trữ trước khi tiến hành đóng gói hoặc vận chuyển.
Các bể lưu trữ cung cấp không gian để tiến hành quá trình lên men và cho phép quản lý sự phát triển của men.
Hình 2 3 Hệ thống bồn chứa
Hệ thống khuấy trộn đóng vai trò quan trọng trong việc kết hợp các thành phần, tạo ra hỗn hợp đồng nhất và thực hiện các quá trình hóa học cần thiết.
Hệ thống khuấy trộn đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất, đảm bảo rằng các thành phần như đậu nành, nước, muối và xút (NaOH) được trộn đều Việc này tạo ra một hỗn hợp đồng nhất và đồng đều, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm.
Trong sản xuất nước tương, quá trình chuyển đổi đậu nành thành nước tương cần thực hiện các phản ứng hóa học và enzym Hệ thống khuấy trộn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo các phản ứng này diễn ra đúng cách và hiệu quả.
Hệ thống khuấy trộn thường kết hợp với hệ thống kiểm soát nhiệt độ để duy trì nhiệt độ quy định trong quá trình sản xuất.
Hệ thống khuấy trộn đóng vai trò quan trọng trong việc phân tán đồng đều và nhanh chóng các chất lỏng như muối và xút vào nước, đảm bảo rằng các thành phần được hòa tan hoàn toàn trong quá trình sản xuất.
Hình 2 4 Hệ thống khuyaats trộn
Cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng để đo lường nhiệt độ trong môi trường xung quanh Các loại cảm biến nhiệt độ phổ biến bao gồm cảm biến nhiệt độ điện trở (thermistor), cảm biến nhiệt độ dựa trên diode và cảm biến nhiệt độ bimetal.
Hình 2 5 Hệ thống cảm biến nhiệt độ
Cảm biến mức là thiết bị sử dụng nguyên tắc điện dung để đo lường sự thay đổi mức điện dung của điện cực khi tương tác với vật thể hoặc môi trường.
Hình 2 6 Cảm biến mức điện dụng
Hệ thống gia nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao nhiệt độ của sản phẩm nước tương đến mức yêu cầu, đồng thời duy trì nhiệt độ cho các quy trình như nấu chảy, lên men và khử trùng.
Hệ thống gia nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra nhiệt độ cần thiết để nấu chảy đậu nành, đồng thời tiêu diệt vi khuẩn, men và enzyme trong quá trình khử trùng.
Gia nhiệt có thể được sử dụng để loại bỏ các tạp chất và tạp bã từ sản phẩm nước tương.
Gia nhiệt giúp bảo quản nước tương bằng cách tiêu diệt vi khuẩn và enzyme gây hỏng sản phẩm Nhờ đó, nước tương có thể được lưu trữ lâu dài mà không lo bị nhiễm khuẩn hay biến đổi không mong muốn.
Hình 2 7 Hệ thống gia nhiệt
Hệ thống cân nguyên liệu
Hệ thống cân nguyên liệu đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và độ chính xác của sản phẩm, đồng thời nâng cao an toàn thực phẩm Bằng cách cân chính xác từng thành phần, hệ thống này không chỉ giúp tiết kiệm nguyên liệu mà còn ngăn chặn sự lãng phí, giảm thiểu chi phí không cần thiết và tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Hệ thống cân nguyên liệu tự động hóa quy trình chuẩn bị nguyên liệu cho sản xuất, giúp giảm bớt khối lượng công việc cho nhân công và nâng cao hiệu quả thực hiện các quy trình một cách nhanh chóng.
Bộ điều khiển PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình linh hoạt, cho phép thực hiện các giải pháp điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Người dùng có thể lập trình để tự động hóa nhiều quá trình dựa trên các sự kiện được kích hoạt, bao gồm cả các hoạt động có độ trễ như thời gian định thì và các sự kiện được đếm.
Phần mềm WinCC và ứng dụng trong mô hình hệ thống sảng xuất nước tương
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của Siemens chuyên giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong sản xuất Phần mềm này thiết kế giao diện Người và Máy (HMI) trong hệ thống Scada (Supervisory Control and Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất.
Với WinCC, người dùng có khả năng giao tiếp và trao đổi dữ liệu với PLC từ nhiều thương hiệu khác nhau như Mitsubishi, Siemens, và Omron thông qua cổng COM với chuẩn RS232 của PC và RS485 của PLC Trong hệ thống sản xuất nước tương, WinCC hỗ trợ việc điều khiển và giám sát các quy trình hoạt động, với màn hình hiển thị tự động cập nhật mỗi khi có sự thay đổi trạng thái trong quá trình sản xuất.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí
3.1.1 Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế cơ khí
3.1.1.1 Phân tích lựa chọn bơm
Hệ thống bơm trong sản xuất nước tương cần được lựa chọn phù hợp với yêu cầu và mục đích sử dụng Qua khảo sát thực tế, nhóm nhận thấy rằng hệ thống bơm phải có khả năng bơm nhiều loại chất lỏng khác nhau hoặc hỗn hợp chất lỏng với lưu lượng khoảng 50 lít/phút Do đó, việc chọn loại bơm nhỏ gọn và đảm bảo độ an toàn cao là rất cần thiết để đáp ứng các yêu cầu đặt ra.
Có khả năng bơm nhiều loại chất lỏng không giống nhau, kể cả hỗn hơp chất lỏng với chất rắn.
Thiết kế nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ
Có thể tháo lắp dễ dàng
Cột áp và lưu lượng đều và ổn định
Khi vòng quay nhỏ sẽ cho hiệu suất thấp
Kích thước đường ống của bơm đòi hỏi phải lớn
Chế độ thực hiện công việc phụ thuộc vào hiệu năng
có khả năng tự hút tốt, tạo được áp xuất cao
hiệu suất làm việc cao, tốn ít lưu lượng chất lỏng
áp lực có thể điều chỉnh
độ bền cao ít hư hỏng
Thiết kế phức tạp, nặng và cồng kềnh
Áp xuất và lưu lượng bơm không đều
Chi phí bảo dưỡng cao
Kết luận: với những ưu nhược điểm như trên và với yêu cầu của mô hình nhóm quyết định chọn hệ thống bơm sử dụng bơm li tâm.
Hình 3 3 Máy bơm Ebara EVMSG1 14F5/0.75 Điện áp 380V; Công suất 0.75kW/1hp/50hz;
Lưu lượng 40 l/phut; Họng hút, xả 34mm;
3.1.1.2 Phân tích lựa chọn động cơ trộn
Hệ thống trộn trong sản xuất nước tương cần lựa chọn động cơ phù hợp dựa trên yêu cầu và mục đích sử dụng Sau khi khảo sát thực tế, nhóm nhận thấy động cơ trộn phải sử dụng điện 3 pha, có công suất lớn để đảm bảo khả năng trộn hỗn hợp hiệu quả và đạt độ an toàn cao Do đó, việc chọn lựa động cơ phù hợp là rất quan trọng để đáp ứng các tiêu chí này.
Hệ thống trộn nước tương yêu cầu một động cơ mạnh mẽ với tốc độ thấp để ngăn ngừa văng hỗn hợp Để đáp ứng các yêu cầu này, nhóm đã chọn động cơ giảm tốc 3 pha, đảm bảo tốc độ động cơ không cần thay đổi trong quá trình hoạt động.
Giải pháp: Động cơ giảm tốc 3 pha GH32-1500W-30S.
Hình 3 4 Động cơ giảm tốc 3 pha
Tốc độ 1420 vòng/phút Điện áp 3 pha 220v/380v
Tỉ số truyền 1/30 Đường kính trục 32mm
Bảng 3 1 Thông số động cơ trộn Với tỉ số truyền 1/30 thì tốc độ đầu ra của động cơ là:
N = 1420 30 = 47 vòng/phút (1)Với tốc độ này đã phù hợp cho một động cơ trộn và đảm bảo không cho chất lỏng văng hoặc tốc độ quá chậm.
Ưu điểm của động cơ giảm tốc 3 pha:
Có momen xoắn mạnh mẽ
Có hiệu suất cao tiêu tốn ít năng lượng
Hoạt động ổn định và đồng đều
Tuổi thộ cao, điều khiển dễ dàng
Có khả năng đáp ứng khi tải thay đổi
Nhược điểm của động cơ giảm tốc 3 pha:
Cần hệ thống điến 3 pha
Khó khăn trong việc điều chỉnh tốc độ
Không phù hợp cho ứng dụng nhỏ
Yêu cầu bảo trì định kì
Kết luận: Dựa trên các ưu và nhược điểm đã phân tích, cùng với yêu cầu về động cơ sử dụng điện xoay chiều, đảm bảo an toàn và công suất đủ lớn để trộn hỗn hợp, nhóm đã quyết định lựa chọn động cơ xoay chiều một pha vì nó đáp ứng đầy đủ các tiêu chí cần thiết.
3.1.1.3 Phân tích lựa chọn xy lanh
Hệ thống xy lanh cần được lựa chọn dựa trên yêu cầu và mục đích sử dụng cụ thể Sau khi khảo sát thực tế, nhóm nhận thấy rằng hệ thống này cần khả năng tạo lực nhanh chóng, đảm bảo độ chính xác cao, an toàn và chi phí thấp Do đó, việc chọn loại xy lanh phù hợp là rất quan trọng để đáp ứng các yêu cầu này.
Hình 3 5 Xy lanh thủy lực
Có khả năng tạo lực lớn hơn so với các xy lanh khác
Áp lực dễ dàng điểu khiển bằng điều hòa áp lực
Có khả năng giữ vị trí ổn định
Có kích thước nhỏ gọn
Khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt
Gây ra ô nhiễm môi trường do dầu thủy lực
Có khả năng bị rò rỉ dầu
Có thể tạo ra tiếng ồn vào rung động trong quá trình hoạt động
Chi phí cài đặt và bảo dưỡng cao
Hình 3 6 Xy lanh khí nén
Khả năng tạo lực nhanh chóng
Có khả năng kiểm soát tốc độ dễ dàng
Chúng có thể mất hiệu xuất do rò ri hoặc ngừng hoạt động
Tạo ra tiếng ồn và rung động
Hạn chế trong việc tạo áp lực lớn
Cần hệ thống khí nén
Kết luận: Dựa trên những ưu và nhược điểm đã phân tích cùng với yêu cầu của hệ thống, nhóm quyết định lựa chọn xy lanh khí nén Sản phẩm này đáp ứng tốt các tiêu chí về việc tạo áp lực nhanh chóng, kích thước nhỏ gọn, tính an toàn cao và chi phí lắp đặt thấp.
3.1.1.4 Phân tích lựa chọn thiết bị giám sát và vận hành
Hệ thống giám sát sản xuất nước tương cần đảm bảo tính tương thích và khả năng kết nối dễ dàng với hệ thống PLC, đồng thời tích hợp hiệu quả với màn hình HMI Qua khảo sát thực tế, nhóm nghiên cứu nhận thấy màn hình HMI của Siemens đáp ứng tốt các yêu cầu này.
Hình 3 7 Màng hình HMI của hãng Siemens
Đáng tin cậy, tuổi thọ cao
Tích hợp dễ dàng với PLC của hãng Siemens
Tương thích vưới các tiêu chuẩn ngành công nghiệp
Giao diện người dùng trực quan
Chi phí màn hình khá cao
Khó khăn cho việc sửa chữa và bảo trì
3.1.1.5 Phân tích lựa chọn contactor
Hệ thống bơm cần phải có hệ thống đóng cắt bảo vệ tải để tránh hỏng tải khi có hiện tượng ngắn mạch chập mạch.
Dòng điện định mức bơm.
Thông số: P= 0.75kW; U80V, 3 pha; cosө =0.85
Dòng điện định mức động cơ trộn:
Thông số: P= 1.5kW; U80V, 3 pha; cosө =0.85
Dòng điện định mức Bộ gia nhiệt:
Suy ra dòng điện tính toán:
Kết luận: với Itt = 1.608A thì ta chọn được contactor có dòng định mức bằng 6A
Itt = 3.216A thì ta chọn được contactor có dòng định mức bằng 6A
Itt = 9.105A thì ta chọn được contactor có dòng định mức bằng 12A
3.1.1.6 Phân tích lựa chọn rơ le nhiệt
Hệ thống điện cần thiết bị bảo vệ quá dòng và quá tải, vì vậy rơ le nhiệt là một phần không thể thiếu Rơ le nhiệt thường được lắp đặt cùng với contactor để bảo vệ an toàn cho các thiết bị điện.
Tính toán: Để lựa chọn rơ le nhiệt ta dựa vào dòng điện tính toán và loại contactor:
Với Itt = 1.608A ta có thể chọn loại rơ le nhiệt MT-32 (1.6-2.5A) của hãng LS.
Với Itt = 3.216A ta có thể chọn loại rơ le nhiệt MT-32 (2.5-4A) của hãng LS.
Với Itt = 9105A ta có thể chọn loại rơ le nhiệt MT-32 (7-10A) của hãng LS.
Hình 3 9 Rơ le nhiệt hãng LS
3.1.1.7 Phân tích lựa chọn aptomat
Aptomat là thiết bị quan trọng trong hệ thống sản xuất, giúp bảo vệ điện và ngăn chặn hiện tượng quá tải hoặc ngắn mạch Việc sử dụng aptomat không chỉ đảm bảo an toàn cho hệ thống mà còn duy trì hiệu suất hoạt động ổn định.
Tính toán: Để lựa chọn aptomat ta phải dựa vào thông số dòng điện tổng của các tải
Ta có công thức sau:
Kết luận, với dòng điện Iap = 38.145A, aptomat phù hợp là loại 40A, mã BKN 3P 40A Đối với mạch điều khiển, do có dòng điện thấp, chúng ta chọn aptomat 2 pha BKN 2P 6A.
3.1.1.8 Phân tích lựa chọn rơ le trung gian
Hệ thống điều khiển và bảo vệ điện cần sử dụng rơ le trung gian để cách ly và tăng cường tín hiệu Rơ le trung gian thường được lắp đặt giữa các thiết bị điều khiển chính và thiết bị đầu ra, tạo ra lớp cách ly bổ sung nhằm bảo vệ các thiết bị chính khỏi các tác động không mong muốn.
Rơ le trung gian Omron LY2N-JAC220/240:
Hình 3 11 Rơ le trung gian Điện áp cuộn dây 220 240VAC
Bảng 3 2 Thông số Rơ le trung gian
3.1.1.9 Phân tích lựa chọn van điên từ
Hệ thống sản xuất nước tương ứng dụng van điện từ để điều khiển và kiểm soát chính xác lượng chất lỏng và khí, từ đó tối ưu hóa quá trình cung cấp nguyên liệu.
Van điện từ 3 cổng 1/4″ NPT Airtac 3V210-08
Hình 3 12 Van điện từ khí Điện áp cuộn Coil 220 VAC
Thời gian tác động 0.05 s Áp suất làm việc 0.8 MPA
Bảng 3 3 Thông số van điện từ khí
Hình 3 13 Van điện từ chất lỏng Điện áp 220 VAC
Kích thước ống 27 mm Áp suất làm việc 0-7 bar
Bảng 3 4 Thống số van điên từ chất lỏng
3.1.1.10 Phân tích lựa chọn nút nhấn
Để thực hiện thao tác điều khiển tại hiện trường, hệ thống cần được trang bị các nút nhấn Những nút nhấn này phải đảm bảo có đủ tiếp điểm thường đóng và thường mở, đồng thời sử dụng nguồn 24 VDC tương thích với nguồn đầu vào của bộ điều khiển.
Nút nhấn nhả không đèn YW1B-M1E11R/Y/G
Hình 3 14 Nút nhấn nhả không đèn
Tiếp điểm 1NO+1NC Điện áp 24 VDC
Bảng 3 5 Thông số nút nhấn
Nút nhấn E-Stop là thiết bị dừng khẩn cấp, được sử dụng để ngắt hoạt động của máy móc, dây chuyền hoặc hệ thống khi xảy ra sự cố bất ngờ Với thiết kế lớn và dễ sử dụng, nút này duy trì trạng thái dừng cho đến khi được xoay trở lại vị trí ban đầu.
- Đường kính lỗ gắn : 22mm
- Đường kính nút nhấn : 40mm
- Tiếp điểm : NO(thường hở) , NC(thường đóng)
3.1.1.11 Phần tích lựa chọn đèn báo
Hệ thống cần trang bị đèn báo để hiển thị các trạng thái hoạt động Đèn báo phải có đủ ba màu sắc khác nhau và sử dụng nguồn 220 VAC, tương thích với nguồn của mạch điều khiển.
Giải pháp: Đèn báo IDEC YW1P-1EQMR/G/Y:
Hình 3 16 Đèn báo LED IDEC
Loại đèn báo LED Điện áp 220 VAC
Bảng 3 6 Thông số đèn báo
3.1.1.12 Phân tích lựa chọn bộ gia nhiệt
Tính toán ,thiết kế hệ thống điện, điện tử
3.2.1 Bảng thiết bị sử dụng
Hình 3 41 Danh sách thiết bị sử dụng
3.2.2 Bản vẽ bố trí layout
Hình 3 42 Bố trí layout tủ điện
3.2.3 Bản vẽ mạch động lực
Hình 3 43 Mạch động lực hệ thống
3.2.4 Bản vẽ mạch điều khiển
Hình 3 44 Mạch điều khiển của hệ thống
Thiết kế hệ thống phần mềm điều khiển
Hình 3 45 Lưu đồ thuật toán hệ thống
B1:Đầu tiên tạo một project mới (create new project).
Hình 3 46 Khởi tạo Project B2: vào phần add new device và chọn CPU.
B3: vào phần Device configuration để tạo thêm mô đun mở rộng I/O và mô dun cho cảm biến nhiệt độ RTD:
Hình 3 48 Gắn thêm Mô đun mở rộng
B4: tạo các trương trình con (Function).
Hình 3 49 Tạo chương trình con
B5: tiến hành viết trương trình trên trương trình chính (main) và chương trình con (function).
Hình 3 50 Chương trình chính và chương trình con
Xây dựng hệ thống giám sát sử dụng WinCC
3.4.1 Thiết kế giao diện HMI
B1: đầu tiên vào phần add new device để tạo WinCC RT Advanced.
Hình 3 51 Khởi tạo WinCC RT Advanced B2: vào phần Device configuration để kết nối PLC với WinCC RT advance
Để kết nối PLC với WinCC RT Advanced, sau khi tạo kết nối, bạn cần thiết kế HMI bằng cách chọn phần Screens và sau đó thêm màn hình mới Khi hoàn tất, bạn sẽ có giao diện hoàn chỉnh như hình minh họa.
Sau khi hoàn thành thiết kế, bước tiếp theo là gắn HMI tag cho các cơ cấu chấp hành và cảm biến trong mô phỏng Các tag này có vai trò quan trọng trong việc đồng bộ hóa dữ liệu giữa thiết bị PLC và các thành phần điều khiển trong WinCC Để thực hiện, trong tab PC station (SIMATIC PC station), người dùng chọn WinCC RT Professional và sau đó chọn HMI tags.
Trong HMI tags gồm có:
Name: tên cho các thiết bị phần cứng
Tag table: chọn bảng lưu cho từng tag
Data type: chọn kiểu dữ liệu cho từng tag (bool , int ,…)
Connection: chọn đường liên kết giữa từng tag HMI với PLC
PLC name: chọn PLC để tà HMI liên kết
PLC tags: chọn từng tag PLC liên kết với từng tag HMI
Address: chọn địa chỉ cho từng tag
Comment: mô tả cho từng tag
Để hiệu chỉnh giao diện mô phỏng, người dùng cần điều chỉnh các thông số của cơ cấu cho phù hợp với từng chức năng Để thực hiện điều này, hãy nhấp vào cơ cấu cần hiệu chỉnh, bao gồm ba tab mà bạn có thể tùy chỉnh.
Properties: hiệu chỉnh các thông số của cơ cấu như màu sắc , kích thước , tên của cơ cấu thông qua Properies list.
Hình 3 54 Hiệu chỉnh các thông số cho đối tượng
Animations: hiệu chỉnh sự chuyển động của vật (movements) , cơ cấu trong mô phỏng (display), thay đổi tag connections giữa HMI và PLC
Hình 3 55 Tạo Animations cho đối tượng
Events: dùng để điều khiển cơ cấu chấp hành thông qua các sựu kiện như bật tắt, chuyển đổi chế độ ,….
Hình 3 56 Gắn tag Events cho đối tượng
3.4.2 Giao diện HMI của hệ thống
Hình 3 57 Giao diện HMI của hệ thống