Xây dựng mô hình cân bằng định lượng nguyên liệu đầu vào trong nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 MỤC LỤC NHIỆM VỤ THIẾT KẾ GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PLC: Programmable Logic Controller HMI: Human Machine Interface HSC: High Speed Counter CPU: Central Processing Unit MCB: Miniature Circuit Breaker STL: Statement List FBD: Fuction Block Diagram SCL: Structured Control Language PID: Proportional Integral Derivative NO: Normally Open NC: Normally Closed GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 LỜI NĨI ĐẦU Trong q trình sản xuất nhà máy, khu công nghiệp tập trung khâu định lượng vô quan trọng Khâu định lượng giúp xác định xác khối lượng nguyên vật liệu, thành phẩm bán thành phẩm tronng sản xuất Các thiết bị định lượng có mặt hầu hết khâu hệ thống, công đoạn sản xuất: cung ứng nguyên vật liệu, cấp liệu cho giai đoạn, cân đóng gói sản phẩm… Tự động điều khiển giám sát q trình sản xuất nói chung cân định lượng nói riêng ưu tiên hàng đầu doanh nghiệp nhằm nâng cao suất hạ giá thành sản phẩm, giảm chi phí hoạt động tăng cường khả cạnh tranh trình hội nhập Những ứng dụng lợi ích hệ thống cân định lượng lớn em lựa chọn để tài “ Xây dựn mơ hình cân băng định lượng ngun liệu đầu vào nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi” Thông qua tìm hiểu em hệ thống cân định lượng nhiều thiếu sót mong nhận đánh giá góp ý thầy Em xin trân thành cảm ơn ! GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan ngành thức ăn chăn nuôi Ngành chăn nuôi nước ta ngày phát triển quy mô chất lượng Trong đó, thức ăn chiếm tới 65 - 70% giá thành sản phẩm chăn nuôi, nhân tố quan trọng phát triển chăn nuôi Ở nước ta sử dụng thức ăn chăn nuôi hỗn hợp công nghiệp bên cạnh sử dụng thức ăn chăn nuôi truyền thống Nhưng thức ăn công nghiệp đáp ứng 65 - 70% nhu cầu thị trường Những điều nêu cho thấy nhu cầu thức ăn chăn nuôi, thức ăn công nghiệp lớn ngày tăng Thức ăn công nghiệp cần sản xuất nhà máy thức ăn chăn nuôi quy mô lớn với hệ thống tự động hóa có hệ thống cân tự động phối trộn nguyên liệu thức ăn Việc sản xuất thức ăn chăn nuôi đặc biệt cần đến dây truyền cân định lượng nguyên liệu đầu vào Việc định lượng nguyên liệu đầu vào cho mẻ thức ăn đạt tiêu chuẩn chất lượng Việc định lượng nguyên liệu sử dụng hệ thống cân tĩnh vào cơng việc định lượng, làm tốn nhiều thời gian nhân lực cho việc Cần phải có dây truyền tự động hóa hồn tồn cho việc này, đảm bảo q trình cấp liệu liên tục, đảm bảo đủ nguyên liệu cho trình sản xuất Việc áp dụng cân định lượng khâu sản xuất giúp giảm lao động, nâng cao hiệu quả, giảm chi phí sản xuất hạ giá thành sản phẩm chăn nuôi Thức ăn chăn nuôi gồm nhiều thành phần với tỷ lệ khác cân định lượng cần đảm bảo tính xác hiệu GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 1.2 Tổng quan công đoạn dây truyền sản xuất thức ăn chăn ni Hình 1 Sơ đồ cơng nghệ tổng quan Các nguyên liệu ngô, sắn, gạo,… đựng silơ Sau tính tốn tỉ lệ nguyên liệu thành phần thức ăn, nguyên liệu xả từ silơ xuống băng tải Băng tải vừa đóng vai trò vận chuyển, vừa đóng vai trò cân lượng nguyên liệu với tỉ lệ thức ăn Sau nguyên liệu vận chuyển đủ tới máy nghiền, chúng nghiền để đạt kích thước yêu cầu Tiếp đó, nguyên liệu cho vào máy trộn để tạo thành hỗn hợp đồng trước đưa vào máy ép tạo viên đóng gói trực tiếp dạng bột Cuối sản phẩm đưa vào kho lưu trữ trước vận chuyển tiêu thụ Định lượng nguyên liệu Các cân băng định lượng có nhiệm vụ xác định mức độ, liều lượng thành phần thức ăn hỗn hợp thức ăn theo quy định loại vật ni, đảm bảo xác tốt Đặc biệt thành phần thức GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 ăn bổ sung chiếm tỉ lệ nhỏ đòi hỏi độ xác cao, q mức quy định gây hại đến thể vật nuôi Nghiền nguyên liệu Nghiền ngun liệu thơ để đạt kích thước theo yêu cầu, tạo khả trộn đồng cấu tử làm chất dinh dưỡng phân bố tăng khả tiêu hóa Hơn nguyên liệu nghiền mịn thuận lợi cho trình tạo viên làm cho viên thức ăn có bề mặt bóng dễ liên kết cấu tử thành phần Trộn nguyên liệu Máy trộn thức ăn có nhiệm vụ khuấy trộn thành phần thức ăn định mức theo tỷ lệ thích hợp tạo thành hỗn hợp đồng Nhìn chung thành phần ngun liệu khơ trộn trước sau tiếp tục trộn đến nguyên liệu dạng ướt Việc trộn thực lần hay nhiều lần theo mẻ trộn Thức ăn hỗn hợp trộn giúp bổ sung dưỡng chất, mùi vị cho thành phần nguyên liệu Đồng thời, trộn thức ăn làm tăng cường phản ứng hóa học hay sinh học chế biến thức ăn Tạo viên thức ăn Bột sau đảo trộn, nạp vào phần tiếp liệu máy ép viên, bổ sung lượng nước cần thiết tạo cho sản phẩm đạt đến độ ẩm phù hợp với yêu cầu công nghệ Sau trộn làm nóng, bột đưa vào phận tạo hạt Thông thường độ ẩm tăng từ 13 – 18% Hạt khoi khuôn ép có nhiệt độ 50- 80 độ C , sau hạt đưa xuống làm lạnh khơ khơng khí máy làm nguội Lúc độ ẩm giảm từ 18% xuống 14% Tiếp theo hạt cắt thành viên có kích thước phù hợp nhờ máy bẻ vụn viên, sau hạt đến máy sàng viên Những viên có kích thước q nhỏ đưa trở lại máy ép viên, viên có kích thước q lớn đưa trở lại máy bẻ vụn viên, viên có kích thước đạt u câu đưa xuống xilo chứa sản phẩm GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Đóng gói sản phẩm Lớp: TĐH & ĐK - K55 Sản phẩm nhà máy có dạng + Dạng bột ( cám) Hình Thức ăn dạng cám + Dạng viên Hình Thức ăn chăn ni dạng viên Hỗn hợp sau đảo trộn đưa đóng bao ta có sản phẩm dạng bột, đưa qua cơng đoạn tạo viên có sản phẩm dạng vên Sản phẩm đóng bao 30-50 kg nhờ cân đóng bao tự động 1.3 Tổng quan hệ thống cân băng định lượng nhà máy Hệ thống cân băng định lượng nhà máy thường hệ thống cân động, tham gia vào trình cân đo nguyên liệu theo tỷ lệ, thành phần suất đặt trước, cung cấp nguyên liệu đảm bảo lưu lượng cho phù hợp với điều kiện trước tạo sản phẩm từ nguyên liệu cấp GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 Hình Cân băng định lượng thực tế Trong trình sản xuất đòi hỏi tính liên tục, pha trộn ngun liệu có độ xác, cân khối lượng nguyên vật liệu vận chuyển theo yêu cầu thành phẩm Cân băng định lượng khâu quan trọng giúp cho nhà máy hoạt động cách liên tục, cung cấp xác lượng nguyên liệu cần thiết cho nhà máy, lượng nguyên liệu người lập trình cài đặt giá trị trước Với hệ thống cân băng định lượng có thống số kỹ thuật riêng để phù hợp cho loại nguyên liệu, sản phẩm dây truyền doanh nghiệp Hiện cân băng định lượng ứng dụng rộng rãi nhà máy dây truyền như: Nhà máy sản xuất thạch cao, nhà máy xi măng, nhà máy phân bón, nhà máy gạch Ngồi ra, cân băng ứng dụng vào doanh nghiệp chế biến, khai thác khoáng sản, nhiệt điện Tuỳ vào điều kiện mơi trường, ngun liệu, mà từ doanh nghiệp lựa chọn cho hệ thống cân băng phù hợp Về kỹ thuật cân băng định khác nhau, nguyên lý hoạt động hệ thống cân băng tương tự Vai trò băng tải nhà máy cơng nghiệp vô quan trọng, điều thể rõ nét nhà máy xí nghiệp xi măng, nhà máy chế biến thức ăn gia súc, nhà máy chế biến thực phẩm….Các băng tải đóng vài trò vận chuyển nguyên vật liệu, thành phần thay đổi cho sức người phương tiện vận chuyển động khác Trong khuôn viên nhà máy, phân xưởng để vận chuyển vật liệu từ nơi đến nơi khai thác, bến bãi tập kết kho chứa nguyên vật liệu để phục vụ cho trình sản xuất Việc đo lường kiểm soát khối lượng nhà máy, xí nghiệp quan trọng Trong nhiều q trình, việc đo lường kiểm sốt khối lượng khơng thể thiếu để đạt chất lượng sản phẩm cuối tốt 10 GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 Bước Sau trình Pretuning kết thúc sinh viên chọn sang Fine tuning nhấn Start Hình 68 Bắt đầu trình Fine tuning Hình 69 Bộ số PID tìm Bước Sau kết thúc trình Fine tuning, phần mềm TIA Portal tìm số PID Sau upload hệ số PID vào khối PID_Compact Hình 70 Nạp hệ số PID vào khối PID_Compact Bước Tiếp theo, ta tiến hành chạy mơ bình thường bao gồm trình Zero Calibration để xem đáp ứng mơ hình Nếu mơ hình chưa mong muốn ta tùy chỉnh hệ số phần PID Parameter trang Configuration PID_Compact Sau q trình chỉnh tìm hệ số, ta có số PI sau: �� = 57,83889 82 GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp �i = 2,987803 (�) d Lớp: TĐH & ĐK - K55 = (�) Với �� thời gian tích phân, �d thời gian vi phân 5.4 Thiết kế giao diện giám sát điều khiển HMI Trên Tia portal có tích hợp sẵn phần thiết kế giao diện HMI giúp tiện lợi cho người lập trình Hỗ trợ thiết kế hình vận hành, hình báo lỗi, hình đăng nhập Bước Khởi tạo hình HMI để thiết kế : Nhấn đúp vào Add new device ▶ HMI ▶ 4” Display ▶ KTP 400 Basic ▶ 6AV2 123-2DB03-0AX0 ▶ Version hình ▶ Bỏ chọn chế độ Start device wizard ▶ OK Hình 71 Thêm hình HMI Bước 2.Thay đổi địa IP HMI, ta chọn HMI_1 ▶ Device configuration ▶ Enthernet ▶ General ▶ PROFINET interface [1] ▶ Enthernet adresses Trong phần Set IP adress in the project, chọn IP adress 83 GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 Hình 72 Thay đổi địa IP HMI Bước Thực kết nối truyền thông PLC S7-1200 Simatic HMI: Device configuration ▶ Network view ▶ Connections ▶ HMI Connection Thực thao tác giữ chuột kéo nhả cổng Enthernet PLC Enthernet HMI Hình 73 Kết nối truyền thơng HMI PLC Bước Thiết kế giao diện điều khiển cho HMI cách chọn HMI_1 [KTP 400 Basic PN] ▶ Screens ▶ Screen_1 Hình 74 Chọn hình để thiết kế Màn hình thiết kế với Toolbox phía bên phải Vào Element , chọn biểu tượng button 84 GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 Hình 75 Đặt Button lên hình HMI Thiết lập thuộc tính cho button cách vào thuộc tính General button hình trang bên, phần Text when button is “not press” ta đặt tên cho button RUN Hình 76 Đặt tên cho nút nhấn Sau chọn thuộc tính Events ▶ Press Vào Add function gõ Setbit sau chọn hàm Setbit , sau nhấp vào biểu tượng chọn tag, cửa sổ mưới xuất Chọn PLC_1 [CPU 1214C AD/DC/Rly] ▶ PLC_Tag ▶ Default tag table , chọn tag ON HMI sau nhấp vào dấu ‘˅’ để hoàn thành việc tạo hàm Setbit cho kiện button nhấp 85 GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 Hình 77 Tạo kiện nhấn Button Tương tự, ta tạp hàm reset rời trỏ khỏi button ON Hình 78 Tạo kiện nhả Button Tiếp đó, để hiển thị nhập thơng số, sơ liệu ,ta kéo I/O field vào Hình 79 Tạo I/O field Để gắn Tag cho I/O field, ta vào Properties ▶ General ▶ Tag, dẫn tới Tag ta cần hiển thị tương tự Button Sau đó, ta tùy chỉnh thuộc tính I/O field theo ý muốn Hình 80 Gắn Tag cho I/O field 86 GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 Hình 81 Thiết kế hồn thiện giao diện hình HMI Sau thiết kế xong, ta tiến hành tải chương trình thiết kế xuống HMI Gắn cáp Enther kết nối PLC với HMI qua cổng Profinet Hình 82 Giao diện HMI hoạt động mô 87 GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 Chạy thực nghiệm Vì phễu mơ hình thực nghiệm chứa khoảng (��) liệu công suất động nhỏ nên sinh viên thực nghiệm sau: cho vào phễu (��) liệu sau thay đổi giá trị Setpoint quan sát giá trị lưu lượng thực tế hình Sau trình thực nghiệm sinh viên nhận thấy: Động bắt đầu quay biến tần cấp tần số từ 15Hz trở lên, đặt lưu lượng nhỏ tần số biến tần không đủ lớn để làm động quay Còn lưu lượng lớn động chạy nhanh, mơ hình khí rung lắc nhiều dẫn đến sai số vận hành Sau chạy thử sinh viên thấy khoảng lưu lượng từ: 0.25(�/ℎ) – 0.5(�/ℎ) mô hình chạy ổn định nên sinh viên tiến hành thực nghiệm khoảng giá trị cụ thể mức lưu lượng 0.25 (�/ℎ),0.3 (�/ℎ),0.4 (�/ℎ),0.5 (�/ℎ) Chạy với Setpoint 0.3 (T/h) Hình 83 Hiển thị giao diện thiết bị HMI 88 GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 Hình 84 Hề thống cân băng định lượng hoạt động Bảng Bảng sai số mơ hình mức lưu lượng 0.3 (T/h) STT Giá trị thực Sai số 0.3 0.23 0.07 0.26 0.04 0.33 0.03 0.23 0.07 0.31 0.01 0.30 0.31 0.01 0.35 0.05 10 0.33 0.03 11 0.31 0.01 12 0.29 0.01 Từ bảng số liệu sinh viên có sai số trung bình mức lưu lượng 0.3 (�/ℎ): �3 =(0 × + 0.01 × + 0.03 x + 0.04 + 0.05 + 0.07 x 2)/ 12× 100 = 2.75% 89 GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 1.Kết luận Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu tích cực đề tài “Xây dựng mơ hình cân băng định lượng nguyên liệu đầu vào nhà máy sản xuất thức ăn chăn ni”, em hồn thành đạt số kết chính, là: - Nắm quy trình cơng nghệ hệ thống cân băng tải nhà máy sản xuất thức - ăn chăn ni Tìm hiểu ngun lý hoạt động cách lựa chọn thiết bị điện phù hợp với yều cầu Trên sở xây dựng mơ hình hệ thống cân băng định lượng bao gồm: Hệ thống băng tải trang thiết bị cần thiết như: điều khiển PLC S7-1200,động không đồng ba pha, biến tần, thiết bị đo tốc độ khối lượng - nguyên liệu băng .Xây dựng thuật tốn lập trình chương trình điều khiển cho PLC thiết kế giao - diện chương trình điều khiển giám sát hình HMI Giao tiếp truyền thông PLC S7-1200 với biến tần qua mạng truyền thông Modbus RTU 2.Hướng phát triển đề tài - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiễu tác động để nâng cao chất lượng hệ thống Tích hợp hệ thống cân băng tải với hệ thống điều khiển q trình cơng nghiệp Phát triển thêm hệ thống giám sát Wed sever ứng dụng thiết bị di động Em xin chân thành cảm ơn thầy cô bạn sinh viên đóng góp ý kiến,giúp em hồn thành tốt đề tài nghiên cứu Đặc biệt, em biết ơn cô giáo Ths Phạm Thị Lý nhiệt tình hướng dẫn, bảo em kinh nghiệm kiến thức thực tế để đề tài hoàn thành cách tốt Do điều kiện thời gian kiến thức nhiều hạn chế nên đề tài khơng tránh khỏi sai sót, mong đóng góp ý kiến chân tình thầy bạn sinh viên để đề tài hoàn thiện 90 GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Lớp: TĐH & ĐK - K55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Quang Hồi, Trang bị điện – điện tử MÁY CÔNG NGHIỆP CHUYÊN DÙNG, NXB GDVN, 2011 [2] Lê Hùng Lân, Lý thuyết điều khiển tự động, NXB ĐHGTVT, 2000 [3] Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB KHKTHN, 2005 [4] Trần Văn Hiếu, Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA PORTAL, NXB KH&KT, 2017 [5] Trần Văn Hiếu, Tự động hóa PLCS7-1200 với TIA PORTAL, NXB KH&KT, 2015 [6] Siemens AG, S7-1200 Programmable controller system manual, 2012 [7] Siemens AG , HMI devices Basic Panels Operating Instructions,2012 [8] LS Industrial Systems, SV-IG5A User manual [9] http://plcvietnam.com.vn [10] https://support.industry.siemens.com 91 GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 PHỤ LỤC Code điều khiển mơ hình: Khối chuyển đổi dãy giá trị đầu khối PID ( 0-27648) dãy giá trị biến tần ( 0-6000 ứng với 0-60 Hz ) Khối xuất giá trị PID chuyển đổi xuống biến tần điều khiển tốc độ động Khối lấy giá trị trừ giá trị mặc định 92 GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 Khối điều khiển động hoạt động Khối xử lý xung tốc độ cao CTRL_HSC Khối cấu hình cổng truyền thông RS422/485 93 GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 Khối PID Khối chuyển đổi khối lượng cân nặng 94 GVHD: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK - K55 Khối tính tốc độ dịch chuyển băng tải Khối tính lưu lượng nguyên liệu thực tế 95 GVHD: ... sản xuất thức ăn chăn nuôi đặc biệt cần đến dây truyền cân định lượng nguyên liệu đầu vào Việc định lượng nguyên liệu đầu vào cho mẻ thức ăn đạt tiêu chuẩn chất lượng Việc định lượng nguyên liệu. .. chăn nuôi, thức ăn công nghiệp lớn ngày tăng Thức ăn công nghiệp cần sản xuất nhà máy thức ăn chăn nuôi quy mô lớn với hệ thống tự động hóa có hệ thống cân tự động phối trộn nguyên liệu thức ăn. .. ngành thức ăn chăn nuôi Ngành chăn nuôi nước ta ngày phát triển quy mô chất lượng Trong đó, thức ăn chiếm tới 65 - 70% giá thành sản phẩm chăn nuôi, nhân tố quan trọng phát triển chăn nuôi Ở