Luận văn nghiên cứu hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất mì ăn liền

Header Page of 146 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT MỲ ĂN LIỀN Footer Page of 146 Header Page of 146 Hiện nay, Việt Nam có khoảng 40 công ty sản xuất mỳ ăn liền lên đến 2,5 tỉ gói/năm Để ổn định giá thành sản phẩm, tăng tính cạnh tranh, công ty sản xuất mỳ ăn liền phải không ngừng đầu tư dây chuyền sản xuất đại với việc ứng dụng công nghệ tự động hóa nhằm xây dựng hệ thống SCADA cho phép thu thập số liệu, giám sát điều khiển thành phần dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền từ xa qua trung tâm điều hành Nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế đó, nghiên cứu thiết kế thành công hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền với công suất 200,000 gói - 230,000 gói/8h Mở đầu Mỳ ăn liền (instant noodle) người Nhật coi biểu tượng văn hóa đất nước mặt trời mọc Người sáng Footer Page of 146 Header Page of 146 chế ăn vô tiện lợi mì ăn liền ông Momofuku Ando (người Nhật) gọi "Vua mỳ ăn liền" "Cha đẻ mỳ ăn liền" (Noodles papa) Tuy sinh Nhật mỳ ăn liền trở thành loại thực phẩm tiện dụng có bán rộng rãi toàn giới, từ nông thôn hẻo lánh đô thị phồn hoa đất nước Hiện nay, Việt Nam có khoảng 40 công ty sản xuất mỳ ăn liền lên đến 2,5 tỉ gói/năm Hiếm có sản phẩm lại có “tầm phủ sóng” rộng mỳ ăn liền Cũng có sản phẩm đáp ứng vị người giàu lẫn người nghèo Việt Nam xem quốc gia tiêu thụ mì ăn liền nhiều châu Á Theo dự báo chuyên gia, ngành sản xuất mì ăn liền tiếp tục tăng trưởng tốc độ cao, sản lượng tăng lên khoảng 6-7 tỷ gói vòng vài năm tới Để ổn định giá thành sản phẩm, tăng tính cạnh tranh, công ty sản xuất mỳ ăn liền phải không ngừng đầu tư dây chuyền sản xuất đại với việc ứng dụng công nghệ tự Footer Page of 146 Header Page of 146 động hóa nhằm xây dựng hệ thống SCADA cho phép thu thập số liệu, giám sát điều khiển thành phần dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền từ xa qua trung tâm điều hành Nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế đó, nhóm nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền với công suất 200,00 gói 230,00 gói / 8h Hình Quy trình sản xuất mỳ ăn liền Quy trình sản xuất mỳ ăn liền Dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền bao gồm 06 cụm * Cụm cối trộn * Cụm lô cán Footer Page of 146 Header Page of 146 * Cụm buồng hấp * Cụm định lượng * Cụm chảo chiên * Buồng thổi nguội Trong đó, * Bột mì: bột mì đảm bảo đạt tiêu chuẩn kỹ thuật chất lượng * Đường gia vị: Để bổ sung chất dinh dưỡng vào mì ăn liền là: đường, bột ngọt, muối tinh, súp gà hay bò, tôm, nấm, heo… Chúng trộn với bột mì đạt yêu cầu để cán * Cán tạo sợi: Bột sau trộn đưa qua hệ thống lô cán thô đến cán tinh nhằm tạo thành bột phẳng mịn qua hệ thống máng cắt tao sợi mì Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà dao cắt bột mỳ thành sợi nhỏ, to hay dẹt… * Hấp chín cắt định lượng: Sau tạo sợi, mì theo băng chuyền qua buồng hấp chín qua cụm dao cắt định lượng cắt thành vắt mì theo yêu cầu có trọng Footer Page of 146 Header Page of 146 lượng: 50g, 55g, 60g, 65g, 70g, 75g, 80g, 85g, 90g * Trộn nước lèo: Trước chiên mỳ, cần bổ sung thêm hương liệu vào sợi mì tuỳ theo chủng loại như: hành, tiêu, tỏi, ớt, hương Gà, hương Bò, hương Nấm, hương Heo * Chiên mỳ: Mỳ mang vào chiên dầu chất lượng cao bổ sung Vitamin B1, B2, B3, B6, B9 nhiệt độ 150°C tách nước khỏi sợi mì làm cho mì chín khô thuận tiện cho việc bảo quản * Làm nguội đóng gói: Mỳ chiên xong chạy qua hệ thống quạt để làm nguội Sau chúng phân loại đưa vào đóng gói đảm bảo nghiêm ngặt quy định vệ sinh an toàn thực phẩm, hạn sử dụng…qua hệ thống kiểm tra chất lượng (KCS) trước xếp vào hộp * Bảo quản: Sản phẩm nên bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát Tránh để tiếp xúc với đất ẩm ướt Trong điều kiện bình thường, sản phẩm bảo quản từ tháng đến tháng Footer Page of 146 Header Page of 146 Hình Mô hình dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền Mô hình hệ thống dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền Hệ thống dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền phải đảm bảo tiêu kỹ thuật sau: * Công suất dây chuyền: 200,000 gói đến 230,000 gói/1ca (8h) * Dây chuyền vắt * Chiên mỳ hệ thống trao đổi nhiệt gián tiếp * Tổng độ dài dây chuyền 62,5m * Tồng điện tiêu thụ ~120 kW/h * Tổng tiêu thụ ~3500 kg/h * Hơi khí nén tiêu thụ ~0,4 m3/h Footer Page of 146 Header Page of 146 * Điều khiển tự động cụm lô cán, buồng hấp, định lượng, chảo chiên buồng thổi nguội Trong đó, hệ thống dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền bao gồm cụm sau: * Cụm cối trộn: Nước, đường, gia vị bột mỳ bơm vào cối trộn theo tỷ lệ theo công nghệ, cối trộn hoạt động khoảng thời gian đặt trước (15-20 phút) Sau đủ thời gian trộn, người vận hành nhấn nút cửa xả bột, để bột trộn rơi xuống mâm chứa bột * Cụm lô cán: Bột từ cối trộn đổ xuống mâm chứa bột, hệ thống mâm có kim gạt bột, kim gạt kích hoạt làm việc sensor thùng chứa bột phía có tín hiệu hết bột Sau đó, bột qua cụm lô cán thô – cán tinh để tạo thành bột dạng có kích thước chiều ngang khoảng 80cm Tiếp theo, bột đưa qua dao cắt sợi lưới đón để tạo thành sợi mỳ * Buồng hấp: Lá bột chuyển tiếp đến buồng hấp mỳ Footer Page of 146 Header Page of 146 * Cụm định lượng: Sau bột từ buồng hấp chuyển qua lưới trung gian đưa vào dao cắt thành vắt mỳ, sau vắt mỳ chuyển vào lưới nước lèo.Tại khu vực dao cắt có cảm biến đếm số lượng dao cắt để xác định công suất dây chuyền Synchro Controller để đồng tốc độ dao cắt với băng tải kéo chén & nắp Sau vắt mỳ cắt, vắt mỳ chạy lưới nước lèo ngấm nước lèo Việc đồng toàn dây chuyền theo tốc độ dao cắt cụm định lượng Ví dụ, dao cắt chạy 60 nhát cắt/1 phút tốc độ cụm lô cán cụm buồng hấp phải chạy theo tốc độ này, cụm chảo chiên thổi nguội việc phải chạy tốc độ với dao cắt Việc đồng tốc độ dao cắt băng tải kéo chén & nắp thực điều khiển Synchro Controller số * Cụm chảo chiên: Sau vắt mỳ rơi vào chén, lưới kéo chén chuyển vào phần chảo chiên lúc toàn vắt mỳ nằm ngập dầu Nhiệt độ chảo chiên điều khiển qua bình trao đổi nhiệt theo quy trình Footer Page of 146 Header Page 10 of 146 công nghệ Việc đồng băng tải kéo chén & nắp băng tải bàn tay nhựa buồng thổi nguội thực điều khiển Synchro Controller số * Buồng thổi nguội: Sau vắt mỳ chiên qua chảo chiên, chuyển tới băng tải nhỏ chuyển tới bàn tay nhựa có quạt thổi nguội Những bàn tay nhựa chuyển vắt mỳ băng tải chia mỳ chạy đến khu đóng gói Hệ thống SCADA giám sát điều khiển Hình Hệ thống SCADA giám sát điều khiển dây chuyền Footer Page 10 of 146 Header Page 11 of 146 sản xuất mỳ ăn liền 4.1 Mô hình hệ thống SCADA giám sát điều khiển Với yêu cầu thiết kế hệ thống tự động hóa đáp ứng quy trình sản xuất mỳ ăn liền, nghiên cứu thiết kế ứng dụng hệ thống SCADA giám sát điều khiển tảng công nghệ PLC Siemens tích hợp với biến tần ABB cảm biến thông minh chuyên biệt Omron Hệ thống SCADA giám sát điều khiển gồm tủ điều khiển tích hợp thiết bị điều khiển khả trình PLC hình vận hành hệ thống Touch Screen Trong đó, * Màn hình vận hành hệ thống Touch Screen TP177B kết nối với thiết bị điều khiển PLC S7300 qua mạng Profibus-DP * Các cảm biến Omron kết nối với PLC S7300 qua tín hiệu số DI * Thiết bị điều khiển PLC S7300 điều khiển biến tần qua tín hiệu tương tự AI 4-20mA * Các đèn báo thị mặt tủ điều khiển kết nối với PLC Footer Page 11 of 146 Header Page 12 of 146 S7300 qua tín hiệu số DI * Thiết bị điều khiển PLC S7300 lệnh bật/tắt động qua tín hiệu số DO * Bộ điều khiển Synchro Controller số thực đồng biến tần điều chỉnh tốc độ dao cắt biến tần điều chỉnh tốc độ băng tải kéo chén & nắp * Bộ điều khiển Synchro Controller số thực đồng biến tần điều chỉnh tốc độ băng tải kéo chén & nắp biến tần điều chỉnh tốc độ băng tải bàn tay nhựa buồng thổi nguội Hình Tủ điều khiển hệ thống SCADA giám sát điều khiển Footer Page 12 of 146 Header Page 13 of 146 4.2 Mô hình đồng tốc độ hai băng tải Một vấn đề quan trọng hệ thống dây chuyền sản Hình Mô hình đồng tốc độ xuất mỳ ăn liền hai băng tải cần giải toán đồng cụm dây chuyền độc lập với tốc độ dao cắt Trong đó, tốc độ dao cắt đảm bảo công suất hoạt động dây chuyền từ 200,000 gói đến 230,000 gói / 8h Bộ điều khiển Synchro Controller thiết kế để giải đồng hai hệ thống độc lập băng tải với tốc độ độ xác cao Các thiết bị chấp hành phù hợp điều khiển Synchro Controller động AC/DC, động Servo điều chỉnh tốc độ tín hiệu 0-10 V Trong đó, động Master chạy độc lập động Slave điều chỉnh đồng tốc độ với động Master Thiết bị Footer Page 13 of 146 Header Page 14 of 146 điều khiển Controller đo tốc độ hai động Master Slave từ cảm biến Encoder, tự động tính toán theo thuật toán cài đặt sẵn định điều chỉnh tốc độ động Slave qua module Drive theo tốc độ động Master 4.3 Hệ phần mềm giám sát điều khiển Hệ phần mềm giám sát điều khiển dây chuyền mỳ ăn liền bao gồm: * Phần mềm nhúng đo điều khiển chạy PLC S7300 phát triển phần mềm lập trình Simatic Step7, có chức chính: khởi động/dừng động cơ, điều khiển cối trộn, điều khiển cụm lô cán, tính toán tốc độ dao cắt, đồng tốc độ dao cắt tốc độ băng tải kéo chén & nắp, đồng tốc độ băng tải kéo chén & nắp tốc độ băng tải bàn tay nhựa buồng thổi nguội, kiểm tra trạng thái lỗi hệ thống * Phần mềm giám sát điều khiển hình vận hành hệ thống TP177B phát triển tảng hệ phần mềm SCADA WINCC Flexible cho phép kỹ thuật viên đặt Footer Page 14 of 146 Header Page 15 of 146 tham số hệ thống, điều khiển tự động/ tay hình, theo dõi trạng thái hoạt động hệ thống Hình Sơ đồ khối phần mềm nhúng thiết bị điều khiển PLC S7300 Kết luận Hệ thống SCADA giám sát điều khiển dây chuyền mỳ ăn liền (tham khảo thông tin sản phẩm http://www.embedded.com.vn/) góp phần nâng cao hiệu quản lý, vận hành đảm bảo chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu ngày cao người tiêu dùng Đồng thời, hệ Footer Page 15 of 146 Header Page 16 of 146 thống SCADA sản phẩm kết tinh mô hình nghiên cứu phát triển chuyển giao công nghệ sở nghiên cứu khoa học doanh nghiệp công nghệ cao Hy vọng rằng, mô hình hợp tác nghiên cứu phát triển ứng dụng trì ngày nâng cao để tạo nhiều sản phẩm tự động hóa công nghệ cao nhằm nâng cao chất lượng, vệ sinh an toàn thực phẩm hạ giá thành sản phẩm lĩnh vực công nghiệp chế biến thực phẩm Việt Nam Hình Giao diện vận hành hệ thống hình TP177B Footer Page 16 of 146  ... Hình Mô hình dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền Mô hình hệ thống dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền Hệ thống dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền phải đảm bảo tiêu kỹ thuật sau: * Công suất dây chuyền: 200,000... thành phần dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền từ xa qua trung tâm điều hành Nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế đó, nhóm nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền với công suất... đó, nghiên cứu thiết kế thành công hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất mỳ ăn liền với công suất 200,000 gói - 230,000 gói/8h Mở đầu Mỳ ăn liền (instant noodle) người Nhật coi biểu tượng văn