Tính toán, thiết kế và điều khiển một hệ thống máy ủ viên thức ăn tôm

Trong đề tài này, tôi xin đề cập tới một phương án, đó là ủ viên thức ăn để tăng chất lượng viên thức ăn nuôi tôm. Đồng thời cũng trình bày cách tính toán, thiết kế và điều khiển một hệ thống máy ủ viên thức ăn tôm, lập trình điều khiển hệ thống máy ủ viên tôm và xây dựng giao diện SCADA để tương tác giữa những người dùng, trợ giúp người dùng trong quá trình điều khiển của hệ thống

Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn này, xin cảm ơn bố mẹ, người vất vả nuôi nấng bên bên cạnh để vượt qua khó khăn cuộn đời Đồng thời ln khuyên nhủ, động viên mắc sai lầm Cảm ơn tất tình cảm mà bố mẹ dành cho Em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh nói chung Khoa Cơ Khí nói riêng cơng lao giảng dạy, truyền đạt kiến thức quý báu suốt thời gian học trường Những kiến thức hành trang quan trọng công việc sống em sau Trong trình làm luận văn, em gặp nhiều khó khăn việc tiếp cận kiến thức thực tế Em xin cảm ơn thầy Võ Anh Huy hướng dẫn, nghiêm khắc tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn cách tốt Cảm ơn anh chị cơng ty điện tử Quang Huy BK hỗ trợ thiết bị truyền đạt kinh nghiệm thực tế q báu Mình xin cảm ơn tất bạn sinh viên khóa K13 giúp đỡ, trao đổi chia sẻ kiến thức học tập suốt trình học tập trường Đại học Bách Khoa Cảm ơn người bạn thân bên cạnh dù lúc vui hay lúc buồn Luôn an ủi động viên tơi gặp khó khăn bế tắc sống Chính bạn nguồn động lực to lớn để tơi hồn thành luận văn Với thời gian thực luận văn ngắn chưa có nhiều kinh nghiệm đúc kết từ kiến thức thực tế, luận văn chắn có nhiều thiếu sót Rất mong góp ý từ thầy bạn để đề tài trở nên hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Phạm Văn Phú Tóm tắt luận văn Trong thời đại cơng nghiệp hóa đại hóa nay, thức ăn cơng nghiệp ngày trở nên phổ biến ứng dụng rộng rãi quốc gia chăn nuôi gia súc thủy sản Ở Việt Nam ta nói riêng, loại thức ăn công nghiệp dùng rộng rãi, phổ biến hộ chăn nuôi nhỏ Tuy nhiên, dù sử dụng nhiều thức ăn công nghiệp đến chưa đạt chất lượng tốt Để giải vấn đề này, nhiều phương án khác phát minh đưa vào sử dụng Trong đề tài này, xin đề cập tới phương án, ủ viên thức ăn để tăng chất lượng viên thức ăn ni tơm Đồng thời trình bày cách tính tốn, thiết kế điều khiển hệ thống máy ủ viên thức ăn tơm, lập trình điều khiển hệ thống máy ủ viên tôm xây dựng giao diện SCADA để tương tác người dùng, trợ giúp người dùng trình điều khiển hệ thống Từ khóa: Post-conditioning, SCADA WinCC, TIA PORTAL, Siemens PLC Mục lục Danh sách hình vẽ Danh sách bảng biểu Chương 1: Tổng quan CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vai trò viên thức ăn tơm sản xuất thủy sản 1.1.1 Vai trò viên thức ăn tơm Đón đầu nhu cầu xuất tơm có xu hướng gia tăng, Việt Nam phát huy lợi nuôi tôm để cung cấp cho thị trường Để làm điều đó, nguồn dinh dưỡng q trình ni yếu tố cần thiết, đóng vai trò quan trọng việc định chất lượng suất Hiện có ba loại thức ăn dành cho tơm: • Thức ăn tự nhiên, bao gồm phiêu sinh vật (động vật thực vật phù du), mùn bã hữu cơ, loại thực vật sống nước… • Thức ăn tự chế sản xuất từ nguồn nguyên liệu sẵn có ốc, cá tạp, phụ phẩm nơng nghiệp • Thức ăn công nghiệp cung cấp nhà sản xuất Về bản, thức ăn ni tơm cần có đủ dinh dưỡng cần thiết đạm (protein), chất béo (lipid), đường (carbonhydrate), vitamin khoáng chất phối theo tỉ lệ phù hợp Các loại thức ăn tự nhiên có sẵn khơng bảo đảm số lượng lẫn chất lượng Thức ăn tự chế biến có giá thành rẻ lại không bảo đảm mặt dinh dưỡng Bởi vậy, thức ăn công nghiệp trở thành lựa chọn ưu tiên cho người muốn nuôi tôm suất cao Thức ăn ni tơm cơng nghiệp có ưu điểm: • Độ ổn định nước tốt, đảm bảo mức độ nhiễm thấp • Thức ăn có tính hấp dẫn cao, kích thích tơm bắt mồi tốt • Thức ăn tổng hợp đầy đủ nhu cầu dinh dưỡng cho tôm axit amin thiết yếu, axit béo, vitamin, khống chất, chất kích thích cho tôm lột xác giúp tôm khỏe mạnh Chương 1: Tổng quan • Kích cỡ thức ăn phù hợp cho giai đoạn phát triển, tăng độ đồng tơm ni • Sản xuất quy trình kiểm soát vệ sinh chặt chẽ từ khâu nguyên liệu đến thành phẩm Đạt hệ số chuyển hóa thức ăn tối ưu, giúp tơm mau lớn 1.1.2 Q trình chế biến viên thức ăn ni tơm Sau qui trình chế biến viên thức ăn tôm công ty IDAH: Hình 1 Qui trình chế biến thức ăn tơm công ty IDAH Sau nạp nguyên liệu vào bồn chứa nguyên liệu thô, thành phần nguyên liệu khô cân định lượng để phù hợp với phần dinh dưỡng thiết lập Sau đưa qua hệ thống trộn lần thứ (trộn nguyên liệu khô) Tiếp theo đưa qua máy nghiền siêu mịn (Hammer Mill Pulverizer) để nghiền nhỏ nguyên liệu thành dạng bột với 80% đến 95% đạt chuẩn Nguyên liệu tiếp tục trộn lần hai, lần nguyên liệu thêm vào chất dinh dưỡng, dầu, chất béo, Sau giai đoạn này, hỗn hợp viên thức ăn theo công thức hoàn thành Hỗn hợp trộn đưa qua máy ép viên Hơi nước đưa vào nấu viên nhiệt độ cao Thời gian nấu điều chỉnh điều khiển Đường kính viên định đường kính Chương 1: Tổng quan lỗ ép, lỗ ép có đường kính 1.2, 1.4, 1.5, 1.6, 1.8, 2.0, 2.2, 2.3, 2.5 mm Các viên sau ép đưa vào hệ thống ủ sấy để tăng chất lượng viên thức ăn Hệ thống làm nguội làm nguội để viên thức ăn đạt nhiệt độ +2oC so với môi trường Tất viên qua sàng rung để loại bỏ bột viên tạp chất trước đóng gói Các viên vụn đưa qua hệ thống băm để sản xuất thức ăn dạng vụn Sau cùng, viên thức ăn cân đóng bao để trữ lại 1.2 Vai trò cuả q trình ủ chế biến thức ăn ni tơm 1.2.1 Ủ Ủ phương pháp dùng sức nóng ngun liệu gia nhiệt, tiếp tục giữ nóng nguyên liệu thời gian dài Nhờ ủ kín để kéo dài độ nóng, nguyên liệu tiếp tục nung nóng, nguyên liệu mềm, chất không bị nát Vi nồi ủ đậy kín, ủ thức ăn nóng mơi trường chân khơng nên dinh dưỡng thực phẩm bị hao hụt, tiết kiệm nhiên liệu Ưu điểm: • Tiết kiệm nhiên liệu (vì cần nấu thời gian ngắn bếp sau sơi) • Giữ nhiệt tốt • Chủ động thời gian Khuyết điểm: • Khơng thích hợp cần nấu nhiệt độ cao • Cấn nhiều thời gian Chương 1: Tổng quan 1.2.2 Vai trò q trình ủ Trong thành phần viên thức ăn ni tơm có lượng đáng kể tinh bột Và làm để giữ viên thức ăn nước ổn định dinh dưỡng ln đóng vai trò quan trọng chất lượng thức ăn Phương pháp hiệu kinh tế ủ Chất lượng viên tốt sau ủ Trong sản xuất thức ăn nuôi tôm, phương pháp áp dụng để ủ viên tôm sau ép Khi viên rời khỏi khuôn, viên bị nở ra, ủ từ từ, đường kính hạt trở nên co lại Sự co ngót mang lại hạt lại với nhau, bao gồm hạt tinh bột, protein chất kết dính khác Nếu khơng có q trình ủ, viên bị thay đổi đột ngột nhiệt độ, trường hợp viên tiếp xúc với chất làm lạnh (như nước), chúng khơng có thời gian để co lại, vết nứt nhỏ xuất hiện, nước tràn vào phá hủy cấu trúc viên 1.3 Vai trò q trình sấy Kỹ thuật sấy đóng vai trò quan trọng cơng nghiệp đời sống Trong ngành cơng nghiệp nói chung việc bảo quản chất lượng sản phẩm quan trọng Vật liệu sau sấy có thời gian bảo quản lâu hơn, chống nấm mốc phát triển, chất lượng nâng cao, giá thành tăng lên, Quá trình sấy trình tách ẩm khỏi vật liệu nhiệt Có hai loại sấy tự nhiên sấy nhân tạo Sấy tự nhiên phơi nắng Phương pháp có ưu điểm đơn giản, không tốn nhiên liệu Nhưng lại có q nhiều khuyết điểm như: • Cần nhiều khơng gian phơi sấy • Cần nhiều nhân cơng Chương 1: Tổng quan • Phụ thuộc vào thời tiết • Khơng kiểm sốt nhiệt độ, độ ẩm • Nơng sản khơng sạch, có nhiều tạp chất Vì khuyết điểm kể trên, sấy nhân tạo ngày phổ biến thay sấy tự nhiên Đối với trình sấy đòi hỏi suất cao sản xuất lớn, sấy tự nhiên tất nhiên không lựa chọn Sau qua trình ủ viên, nước tồn đọng bên viên thức ăn ni tôm Bởi vậy, giai đoạn sấy cần thiết để làm bay nước viên, giúp bảo quản lâu đồng thời đạt chất lượng tốt 1.4 Máy ủ viên thức ăn tôm Trên thị trường có nhiều loại máy ủ viên, máy ủ viên kết hợp với máy sấy băng tải tiêu biểu máy công ty IDAH sản suất Loại máy có ưu điểm như: − − − − Chủ động tính tốn thời gian ủ Điều khiển nhiệt độ ủ Quá trình ủ, sấy diễn liên tục Có hệ thống lấy phế liệu Hình Máy ủ viên công ty IDAH 10 Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển Hình 15: Màn hình thơng số điều khiển thực tế cài đặt trục tiếp Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển Hình 16: Màn hình cài đặt Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển Hình 17: Màn hình cài đặt động Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển Hình 18: Màn hình cài đặt đồng hồ 5.3 WinCC – SCADA 5.3.1 Giao diện hình WinCC Hệ thống SCADA sử dụng để giám sát kiểm sốt q trình vật lý có liên quan đến công nghiệp sở hạ tầng quy mô lớn khoảng cách xa SIMATIC WinCC phần mềm dùng cho hệ thống giám sát thu thập số liệu (SCADA) Siemens SIMATIC WinCC sử dụng kết hợp với điều khiển Siemens Khi kết nối Tag từ phần mềm TIA với WinCC, để phần mềm SCADA PLC hiểu hoạt động địa Tag PLC phần mềm SCADA máy tính phải trùng Sau đọc danh sách Tag copy từ TIA, ta nên kiểm tra lại danh sách Tag để đảm bảo đầy đủ xác Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển Khi muốn kết nối TIA với WinCC cần đặt địa IP: Hình 19: Cài đặt địa IP để kết nối TIA WinCC Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển Hình 20: Giao diện WINCC Hình 21: Màn hình Ở giao diện hình chính, sau bấm nút Start ta bấm Auto Manual để bắt đầu điều khiển hệ thống Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển Hình 22: Màn hình chế độ AUTO Hình 23: Màn hình chế độ MANUAL Ở hình Auto Manual hiển thị thông số nhiệt độ tần số động cài đặt Người dùng hiệu Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển chỉnh theo ý muốn máy hoạt động Khi có lỗi truyền thơng, nhiệt, hay dòng, đèn báo sáng báo dừng Màn hình Manual có nút bật tắt cấu chấp hành theo ý muốn Khi bật, cấu chấp hành chuyển sang màu xanh lá, màu đỏ không hoạt động Có thể dừng lúc cách nhấn nút Stop hình 5.3.2 Các thiết bị sử dụng WinCC Khi thiết kế giao diện WinCC sử dụng biểu tượng đa dạng thư viện sẵn có để làm cho giao diện bắt mắt Các biểu tượng thay đổi màu sắc, góc xoay, vị trí, ẩn tag tahy đổi Các biểu tượng sử dụng: − Rotary: Là Group hình vẽ, thay đổi góc quay tạo hiệu ứng xoay rotary đổi trạng thái − Motor: Biểu thị cho motor thức tế để tạo chuyển động cho băng tải, vít tải, motor phân liệu − Quạt hút ẩm: Thay cho quạt hút ẩm thực tế − Van cấp nhiệt: Van cấp nhiệt để cung cấp nhiệt độ cho buồng ủ băng tải sấy Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển − Cảm biến: Biểu thị cho cảm biến đo mức, đo nhiệt độ hệ thống − Nút nhấn: Để chuyển đổi hình, bật tắt thiết bị hệ thống − Hiện thị nhập xuất: Để thị giá trị nhiệt độ, thời gian, thông số cài đặt thay đổi giá trị cài đặt − Đèn : Các đèn đổi màu thay đổi giá trị Có tác dụng để báo thiết bị hoạt đông Báo lỗi mắc phải để người dùng nhận biết 5.4 Các cờ sử dụng hệ thống Khi lập trình, cờ đặt tên ký hiệu để dễ dàng việc kiểm soát điều khiển Các cổng vào đặt tên giống với chân PLC thưc tế Bảng 1: Tín hiệu vào/ra sử dụng PLC Ký hiệu Nội dung Q0.0 Motor cấp liệu Q0.1 Motor phân liệu Q0.2 Van cấp nhiệt buồng ủ Q0.3 Van cấp nhiệt buồng sấy Q0.4 Motor vít tải Q0.5 Motor quạt hút Q0.6 Motor quạt hút Q0.7 Đèn báo nhiệt Q1.0 Đèn báo dòng Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển Q1.1 Đèn báo lỗi truyền thông I0.0 Start I0.1 Kích trạng thái Auto I0.2 Kích trạng thái Manual I0.3 Cảm biến quang I0.4 Bắt đầu sấy I0.5 Stop Khi lập trình PLC, ta cần sử dụng cờ trạng thái để kích mơ ứng với trạng thái hoạt động mà không làm ảnh hưởng đến cờ ứng với chân PLC thực tế Bảng 2: Cờ sử dụng PLC Ký hiệu Nội dung M1.0 First Scan M0.1 Trạng thái M0.2 Trạng thái M0.3 Trạng thái M0.4 Trạng thái M0.5 Trạng thái M0.6 Trạng thái M0.7 Trạng thái M2.0 Trạng thái M2.1 Trạng thái M2.2 Trạng thái 10 M2.3 Trạng thái 11 M2.4 Trạng thái 12 M2.5 Trạng thái 13 M2.6 Trạng thái 14 M2.7 Trạng thái 15 M3.0 Start M3.1 Kích trạng thái Auto M3.2 Kích trạng thái Manual Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển M3.3 Kích cảm biến NPN (khi mô phỏng) M3.4 Bắt đầu sấy M3.5 Stop M4.0 Kích motor cấp liệu M4.1 Kích motor phân liệu M4.2 Kích van cấp nhiệt buồng ủ M4.3 Kích van cấp nhiệt buồng sấy M4.4 Kích motor băng cải M4.5 Kích motor băng cải M4.6 Motor vít tải M4.7 Motor quạt hút M5.0 Motor quạt hút Các cờ liệu cần với giá trị liệu cần thiết Cũng ý đến độ dài bit để không bị ảnh hưởng liệu biến Bảng 3: Các cờ chứa liệu: MD20 Giá trị nhiệt độ buồng ủ MD22 Giá trị nhiệt độ buồng sấy MD24 Giá trị nhiệt độ buồng sấy MD26 Giá trị nhiệt độ buồng sấy MD32 Giá trị nhiệt độ buồng ủ cài đặt MD34 Giá trị nhiệt độ buồng sấy cài đặt MD36 Giá trị nhiệt độ buồng sấy cài đặt MD38 Giá trị nhiệt độ buồng sấy cài đặt MD44 Vận tốc băng tải MD46 Vận tốc băng tải cài đặt MD48 Vận tốc băng tải MD50 Vận tốc băng tải cài đặt MD0 Thời gian ủ MD10 Thời gian ủ cài đặt Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển Chương 6: Tổng kết hướng phát triển đề tài CHƯƠNG 6: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 6.1 Đánh giá kết đạt Trong trình thực đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điện điều khiển cho máy ủ viên tôm”, thực điều sau: − Tìm hiểu cơng dụng nguyên lý hoạt động máy ủ viên tơm − Tính tốn lựa chọn động sử dụng cho cấu chấp hành − Thiết kế mạch điện − Tính tốn lựa chọn thiết bị mạch điện − Thiết kế mô hệ thống điều khiển PLC phần mềm TIA Portal − Thiết kế giao diện HMI để điều khiển máy phần mềm TIA Portal − Thiết kế giao diện SCADA để giám sát vận hành máy ủ phần mềm WinCC 6.2 Những hạn chế Trong trình thực luận văn này, kiến thức hạn hẹp thời gian không cho phép nên dẫn đến số hạn chế sau: − Chỉ thực phần tính tốn thiết kế lý thuyết mơ phỏng, chưa có mơ hình thực tế để kiểm chứng hoạt động máy − Chưa tối ưu toán điều khiển để nâng cao khả tự động hóa 6.3 Phương hướng phát triển đề tài − − − − Tối ưu phương án tự động hóa Sử dụng hệ thống điều khiển nhiệt độ thực tế Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển độ ẩm Phát triển hệ thống mạng SCADA để vận hành máy từ xa Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Hữu Lộc (2013) Cơ sở thiết kế máy Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [2] Nguyễn Hồng Ngân, Nguyễn Danh Sơn (2010) Kỹ thuật nâng chuyển tập Máy vận chuyển liên tục Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [3] Lê Khánh Điền (2010) Vẽ khí Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [4] Nguyễn Kim Đính (2015) Kỹ thuật điện Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [5] Killian (2014) Modern Control Technology: Components and Systems [6] Bùi Hồng Huế (2011) Giáo trình điện công nghiệp Nhà xuất Xây Dựng [7] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, TS Nguyễn Trọng Thắng (2016) Nguyên lý hoạt động máy điện Nhà xuất xây dựng [8] Công ty Shenzhen INVT Electric (2015) Operation Maual [9] Công ty ABB Softstarter Handbook [10] Công ty HEM Bảng tra động điện [11] Công ty Fuji Electric Bảng tra thiết bị điện dựa theo công suất thiết bị điện [12] Công ty Siemens Datasheet PLC S7 1200 [13] Các datasheet kèm theo linh kiện, thiết bị dùng luận văn ... đưa vào sử dụng Trong đề tài này, xin đề cập tới phương án, ủ viên thức ăn để tăng chất lượng viên thức ăn nuôi tôm Đồng thời trình bày cách tính tốn, thiết kế điều khiển hệ thống máy ủ viên thức. .. loại máy ủ viên, máy ủ viên kết hợp với máy sấy băng tải tiêu biểu máy công ty IDAH sản suất Loại máy có ưu điểm như: − − − − Chủ động tính tốn thời gian ủ Điều khiển nhiệt độ ủ Quá trình ủ, sấy... với đề tài máy ủ viên thức ăn tơm 3.1 Phân tích lựa chọn thiết bị điều khiển 3.1.1 Đánh giá ưu nhược điểm loại thiết bị điều khiển Trong điều khiển hệ thống, cần chọn lựa thiết bị điều khiển thực