NGHIÊN CỨU,THIẾT KẾ,CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY RANG CÀ PHÊ ỨNG DỤNG PLC S7200

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU,THIẾT KẾ,CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY RANG CÀ PHÊ ỨNG DỤNG PLC S7-200 Họ tên sinh viên: ĐỖ NGUYÊN ĐÌNH NGUYỄN HẢI DƯƠNG Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Niên học: 2007-2011 Tháng 06 năm 2011 NGHIÊN CỨU ,THIẾT KẾ,CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY RANG CÀ PHÊ ỨNG DỤNG PLC S7-200 Sinh viên thực ĐỖ NGUYÊN ĐÌNH NGUYỄN HẢI DƯƠNG Khóa ln đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp kỹ sư ngành Cơ Điện Tử Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Văn Hùng Tháng năm 2011 I LỜI CẢM TẠ Em xin trân trọng cảm ơn tất Quý Thầy / Cô trường Đại học Nơng Lâm TP.Hồ Chí Minh q thầy / Cơ khoa Cơ Khí- Cơng Nghệ trang bị cho em kiến thức quý báu giúp đỡ em suốt trình học tập trường Em xin chân thành cảm ơn Thầy / Cô môn Cơ Điện Tử giúp đỡ em nhiệt tình thời gian thực đề tài Em xin tỏ biết ơn chân thành thầy Nguyễn Văn Hùng tận tình hướng dẫn em suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Đặc biệt, em xin cảm ơn quý Thầy / Cô hội đồng dành thời gian nhận xét góp ý để luận văn em hồn thiện Cuối cùng, em xin gởi lời cảm ơn đến người thân bạn bè động viên, ủng hộ tạo cho em điều kiện thuận lợi suốt q trình hồn thành luận văn Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2011 Sinh viên thực ĐỖ NGUYÊN ĐÌNH NGUYỄN HẢI DƯƠNG II TĨM TẮT Đề tài: “Nghiên cứu,thiết kế,chế tạo mơ hình máy rang ứng dụng PLC S7-200” Được tiến hành môn điện tử trường đại học Nông Lâm TP.HCM, năm 2011 Kết thu được:  Mơ hình máy rang cà phê thiết kế theo phương pháp dùng khơng khí nóng để rang.Với phát nhiệt điện trở đốt nóng,cấu tạo máy gồm có lồng rang,bộ phận làm nguội nhanh,bộ phận điều khiển  Kết thiết kế: Máy rang cà phê có chế độ rang: rang tự động rang thủ công.Nhiệt độ cà phê giám sát đồng hồ hiển thị có chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ tín hiệu dòng 4-20 mA ,bộ phát nhiệt điện trở điều khiển cấp  Kết khảo nghiệm: vận tốc lồng rang cà phê 50 vòng/phút,giúp cho cà phê không bị cháy khét,và vận tốc cánh đảo làm mát cà phê 40 vòng/phút với quạt thổi,giúp cho cà phê đảo nguội nhanh Việc làm nguội nhanh để cà phê không hấp thụ mùi vị lạ,và thuận lợi cho việc cho thêm gia vị Cà phê rang chín khoảng từ 18-25 phút III MỤC LỤC TRANG Trang tựa i Lời cảm ơn ii Tóm tắt iii Mục lục iv Danh sác hình vii Danh sách bảng ix CHƯƠNG 1.MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích nghiên cứu CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan cà phê 2.1.1 Cấu tạo giải phẫu cà Phê 2.1.2 Cấu tạo nhân cà phê 2.1.3 Tính chất vật lý cà phê nhân 2.2 Quy trình sản xuất cà phê rang 2.3 Phương pháp rang cà phê 2.4 Các loại máy rang từ trước tới 11 2.5 Tổng quan dây đốt điện trở 12 2.5.1 Yêu cầu vật liệu làm dây đốt 12 2.5.2 Vật liệu làm dây đốt 13 2.5.3 Vật liệu phi kim loại 16 2.5.4 Cấu tạo dây đốt điện trở 17 2.6 Nhiệt điện trở 19 2.7 Cấu trúc PLC 22 2.7.1 Giới thiệu 22 2.7.2 Ngõ vào ngõ 23 IV 2.7.3 Relay 27 2.8 Hoạt động PLC 28 2.8.1 Hoạt động 28 2.8.2 Trạng thái PLC 29 2.8.3 Bộ nhớ 30 2.9 Phần mềm STEP 7-MicroWin 30 2.9.1.Giới thiệu 30 2.9.2 Giao tiếp máy tính PLC S7-200 30 2.10 Analog EM235 32 2.10.1.Thông số EM235 32 2.10.2 Lựa chọn ngõ vào cho module 33 CHƯƠNG 3.NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 3.1 Nội dung nghiên cứu 38 3.2 Một số thiết bị,chương trình sử dụng trình nghiên cứu 38 3.3 Cơ sở tính tốn thiết kế 38 CHƯƠNG 4.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 4.1 Yêu cầu thiết kế 40 4.2 Mơ hình máy rang cà phê 41 4.2.1 Lồng rang cà phê 42 4.2.2 Vỏ máy 44 4.2.3 Máng làm nguội 45 4.2.4 Ống thoát vỏ lụa 46 4.3 Điều khiển tự động mơ hình máy rang cà phê 47 4.3.1 Cách thiết lập EM235 47 4.3.2 Cấu tạo PLC S7-200 48 4.3.3 Kết nối Pt100 với đồng hồ hiển thị EM 235 49 4.3.4 Thiết lập điều khiển 50 4.4 Kết khảo nghiệm sơ 54 CHƯƠNG 5.KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 58 5.1 Kết luận 58 V 5.2 Đề nghị 58 TÀI LIỆU KHAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 60 VI DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1 Cấu tạo cà phê Hình 2.2 Nhân cà phê Hình 2.3 Nhân cà phê vối (Robusta) Hình 2.4 Nhân cà phê chè (Arabica) Hình 2.5 Nhân cà phê mít (Excelsa) Hình 2.5 chảo rang dùng củi đốt,cà phê đảo hồn tồn thủ cơng Hình 2.6 Chảo rang dùng bếp điện, cánh đảo cà phê quay motor 10 Hình 2.7 Cà phê cho vào chảo 10 Hình 2.8 Qúa trình rang bắt đầu 10 Hình 2.9 Mơ hình máy rang dùng khơng khí nóng 11 Hình 2.10 Máy rang kiểu lồng cầu cũ 11 Hình 2.11 Sơ đồ cấu tạo máy rang thùng quay,dùng khơng khí nóng để rang 12 Hình 2.12 Dây đốt kiểu lò xo 18 Hình 2.13 Dây đốt kiểu dích dắc 18 Hình 2.14 Cấu tạo dây đốt kín hình chữ U 19 Hình 2.15 Cấu tạo nhiệt điện trở RTD 22 Hình 2.16 Sơ đồ khối tổng quát CPU 22 Hình 2.17 Mạch ngỏ vào PLC 24 Hình 2.18 Mạch ngỏ PLC 25 Hình 2.19 Card ngõ 24 VDC rút dòng (sinking) 26 Hình 2.20 Card ngõ 24VDC cấp dòng (sourcing) 26 Hình 2.21 Card ngõ relay 27 Hình 2.22 Sơ đồ kết nối thiết bị ngoại vi với EM235 33 Hình 2.23 Hình sơ đồ chỉnh độ lợi (Gain) Offset 34 Hình 2.24 Sơ đồ khối ngõ vào EM235 36 Hình 2.25 Sơ đồ khối ngõ EM 235 37 Hình 4.1 Mơ hình máy rang 41 Hình 4.2 Sơ đồ khối mơ hình 42 VII Hình 4.3 Lồng rang cà phê 42 Hình 4.4 Cấu tạo bên lồng rang 43 Hình 4.5 Biên dạng Cánh đảo 43 Hình 4.6 Vỏ bọc bên ngồi lồng rang 44 Hình 4.7 Nắp máy 45 Hình 4.8 Hệ thống máng làm nguội 46 Hình 4.9 Ống vỏ lụa 46 Hình 4.10 Sơ đồ khối điều khiển 47 Hình 4.11 Cấu tạo Analog 48 Hình 4.12 Cấu tạo S7-200 48 Hình 4.13 Sơ đồ ngõ vào ngõ CPU 222 49 Hình 4.14 Sơ đồ kết nối với EM 235 49 Hinh 4.15 Sơ đồ kết nối Pt100-TZN4M-EM235 50 Hình 4.16 Biểu đồ nhiệt độ lần rang 54 Hình 4.17 Mẻ 55 Hình 4.18 Mẻ 55 Hình 4.19 Biểu đồ nhiệt độ so sánh máy mơ hình máy thực tế 56 Hình 4.20 Mẫu cà phê máy mơ hình (Mẻ thứ nhất) 57 Hình 4.21 Mẫu cà phê máy thực tế (Mẻ thứ nhất) 57 Hình 4.20 Mẫu cà phê máy mơ hình (Mẻ thứ hai) 57 Hình 4.21 Mẫu cà phê máy thực tế (Mẻ thứ hai) 57 VIII DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1 Bảng tỷ lệ phần cấu tạo cà phê Bảng 2.2 Thành phần hóa học nhân cà phê Bảng 2.3 Dây điện trở có tiết diện hình tròn 13 Bảng2.4 Dây điện trở có tiết diện hình chữ nhật 13 Bảng2.5 Đặc tính vật liệu chế tạo dây điện trở 14 Bảng 2.6 Chọn điện áp dòng ngõ vào module EM235 34 Bảng 2.7 Chỉnh độ lợi độ suy giảm 36 Bảng 3.1 Màu sắc trạng thái cà phê 39 Bảng 4.1 Màu sắc trạng thái cà phê 40 Bảng 4.2 Kết lần rang 55 IX Dưới biểu độ nhiệt độ so sánh máy thực tế máy mơ hình,biểu đồ thể hình 4.19 210°C 210°C 176°C Nhiệt độ (°C) 130°C Thời gian (phút) Hình 4.19 Biểu đồ nhiệt độ so sánh máy mô hình máy thực tế Nhận xét máy rang thực tế máy rang mơ hình: -Thời gian kết thúc mẻ rang máy thực tế nhiệt độ 210°C 20 phút,trong máy mơ hình 33 phút -Trung bình phút nhiệt độ máy thực tế tăng 16 độ,máy mơ hình tăng độ Như : Do nguồn nhiệt rang máy mơ hình chưa đủ đáp ứng trình rang ,làm cho thời gian rang dài ra,làm cho chất lượng cà phê bị giảm -Mặc dù cà phê máy đáp ứng màu nâu cánh dán cà phê kết thúc trình rang,nhưng chất lượng cà phê máy thực tế tốt máy mơ hình -Dưới hình mẫu cà phê loại máy mẻ rang thứ nhất,được thể hình 4.20 4.21 56    Hình 4.20 Mẫu cà phê máy mơ hình Hình 4.21 Mẫu cà phê máy thực tế (Mẻ thứ nhất) (Mẻ thứ nhất) -Dưới hình mẫu cà phê loại máy mẻ rang thứ hai,được thể hình 4.22 4.23 Hình 4.22 Mẫu cà phê máy mơ hình Hình 4.23 Mẫu cà phê máy thực tế (Mẻ thứ hai) (Mẻ thứ hai) 57    Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Đã chế tạo thành cơng mơ hình máy rang cà phê.Mơ hình máy rang quan sát màu cà phê qua kính trước cửa ngun liệu,có thể khử vỏ lụa trình rang.Việc kết hợp kết cấu khí với chương trình điều khiển,giúp cho trình rang ổn định 18-25 phút.Tuy nhiên,do hạn chế đề tài,do nhiều yếu tố ảnh hưởng,có thể dẫn đến thời gian rang không mong muốn nhiều lần rang hay nói khác khơng có độ ổn định mong muốn Nhiệt độ lồng rang giám sát cách xác,và có chức hồi tiếp để q trình điều khiển tn theo vòng kín.Tuy nhiên ,tín hiệu hồi tiếp xử lý so sánh để đưa lệnh điều khiển chưa thực xác,do chưa có số liệu thử nghiệm nhiều lần nên việc điều khiển gây sai số Tốc độ 40-50 vòng/phút lồng rang cánh đảo thùng sấy phù hợp với trình điều khiển,thực tốt việc đảo cà phê luồng vào không khí nóng tránh tượng bị khét đảo cà phê luồng vào quạt sấy giúp cho trình làm nguội nhanh tránh tượng cà phê rang hấp thụ mùi lạ 5.2 Đề nghị Việc nghiên cứu mơ hình máy rang cơng suất cỡ nhỏ ,có thể vận dụng nghiên cứu để thiết kế hồn chỉnh máy rang cơng suất nhỏ cơng suất cao tối ưu hơn,hiệu hơn.Nên đẩy mạnh chế tạo máy rang công suất nhỏ kết hợp với máy xay kiểu nhỏ để đáp ứng nhu cầu cho thị trường văn phòng gia đình,kết cấu khí inox,có thể ứng dụng camera để quan sát màu cà phê.Nên dùng vi điều khiển thay PLC để giảm giá thành 58    TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Nguyễn Văn Hùng, 2007 Bài giảng Kỹ thuật lập trình áp dụng ĐH Nơng Lâm TP.HCM, 150 trang [2] Nguyễn Văn Hùng, 1999 Giáo Trình Thiết kế máy Trường đại học Nông Lâm TP.HCM [3] PGS.TS.Dương Văn Tiển, 2006 Giáo trình phương pháp luận nghiên cứu khoa học Nhà xuất Xây dựng [4] Trần Dỗn Tiến, 1999 Tự động điều khiển q trình công nghệ Nhà xuất giáo duc, 236 trang [5] Huỳnh Thái Hồng, 2006 Giáo trình lý thuyết điều khiển tự động.Trường Đại học bách khoa TP.HCM [6] Lê Văn Bạn, Lê Ngọc Bích, 2007 Giáo trình PLC Trường Đại học nông lâm TP.HCM, 69 trang [7] Nguyễn Bá Hội, 2007 Giáo trình lý thuyết điều khiển logic Trường Đại học Đà Nẵng- Trường Đại học Bách Khoa, 69 trang 59    PHỤ LỤC Phụ lục 1: Thông số Pt100 dải nhiệt độ từ 0…240°C                                   60    Phụ lục 2: Màu cà phê tương ứng với nhiệt độ    Nhiệt độ khoảng 180°C: Nâu vàng Nhiệt độ khoảng 200°C:Nâu nhạt Nhiệt độ khoảng 200-210°C:Nâu Nhiệt độ khoảng 210-220°C:Nâu đậm Nhiệt độ khoảng 220-230°C:Nâu đen Nhiệt độ khoảng 230-240°C:Đen đậm 61    Phụ lục 3: Chương trình chuyển tín hiệu dòng 0-20mA sang giá trị nhiệt độ 0-220°C   62    63    64    Phụ lục 4: Chương trình điều khiển 65    66    67    68    MỘT SỐ HÌNH ẢNH CĨ LIÊN QUAN 69    70    ... nhỏ định hướng chế tạo máy rang cơng suất lớn ,đáp ứng cho dòng máy kiểu cơng nghiệp,kiểu kinh doanh 2    Chương TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan cà phê 2.1.1 Cấu tạo giải phẫu cà Phê Qủa cà phê gồm phần... 21-42 Vỏ trấu 6-7,5 6-8 Nhân lụa 26-30 26-29 2.1.2 Cấu tạo nhân cà phê Nhân cà phê bao gồm phơi mơ dinh dưỡng Hình 2.2 Nhân cà phê Tùy vào giống cà phê mà nhân cà phê có màu sắc khác nhau,thành phần... +Xử lý nguyên liệu Trong trình bảo quản,cà phê nhân dễ hấp thụ nhiều mùi vị lạ,đặc biệt mùi mốc .Do đó,cần phải xử lý nguyên liệu.Các phương pháp xử lý nguyên liệu sau: -Xử lý nước: Áp dụng nguyên