Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển tự động dây truyền công nghệ sản xuất nước hoa quả tại công ty cổ phần xuất nhập khẩu đồng giao tỉnh ninh bình

Bộ giáo dục đào tạo Trường Đại học mỏ - địa chất Hà Nội Nguyễn Xuân Hiệu Nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển tự động dây chuyền công nghệ sản xuất nước hoa công ty cổ phần xuất nhập đồng giao tỉnh ninh bình Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hà Nội - 2009 Bộ giáo dục đào tạo Trường Đại học mỏ - địa chất Hà Nội Nguyễn xuân hiệu Nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển tự động dây chuyền công nghệ sản xuất nước hoa công ty cổ phần xuất nhập đồng giao tỉnh ninh bình Chuyên ngành: Tự động hóa MÃ số : 60.52.60 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đào Văn Tân Hà Nội - 2009 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Hiệu Mục lục Mục lục .1 Danh mục bảng4 Danh mục hình.5 Mở đầu . Chương - Tổng quan dây chuyền đóng hộp nước hoa ……………………………………………………………………… 11 1.1 Giíi thiƯu chung vỊ c«ng ty ………………………………………… 11 1.2 Tổng quan dây chuyền đóng hộp nước hoa qu¶ …………….11 1.2.1 Khu vùc chÝch Ðp ………………………………………………… 13 1.2.2 Khu vùc Decanter ………………………………………………… 14 1.2.3 Khuc vùc c« ……………………………………………………… 14 1.2.4 Khu vùc trïng ………………………………………………….16 1.2.5 Khu vực rót 18 1.3 Đánh giá hệ thống dây chuyền sản xuất nước hoa .19 Chương - Khảo sát đánh giá máy rót thành phẩm cđa c«ng ty ……… 21 2.1 Giíi thiƯu mét số thiết bị máy rót .21 2.1.1 Hệ thống điều khiển băng tải bàn nâng 22 2.1.2 Cảm biến thùng .23 2.1.3 Cảm biến trọng lượng 24 2.1.4 Cảm biến hành trình 26 2.1.5 Cảm biến hành trình piston mở nắp .26 2.1.6 Cảm biếm tiệm cận điện dung OMRON E2K-C 26 2.1.7 Cảm biến nhiệt điện trở E52MY. 27 2.1.8 Giới thiệu số cấu chấp hành ……………………………… .28 2.2 HƯ thèng van h¬i 32 2.2.1 Quá trình trùng 32 2.2.2 Quá trình rót sản phẩm 33 2.2.3 Thổi nắp đóng nắp sau rót 34 2.2.4 Quá trình đưa sản phẩm 34 2.3 Giới thiệu thiết bị khiển PLC hình điều khiển .35 2.3.1 Giíi thiƯu PLC SattCon 05 Slimline 35 2.3.2 Giới thiệu hình điều khiển OP45 39 Ch­¬ng - Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát máy rót thành phẩm dùng phần mềm WinCC 40 3.1 Lựa chọn thiết bị điều khiÓn .40 3.1.1 Lùa chän Module nguån PS-300 40 3.1.2 Lùa chän module CPU 41 3.1.3 Lùa chän module IM (Interface Module) 41 3.1.4 Lùa chän module vµo/ra sè 42 3.1.5 Lùa chän module vào/ra tương tự 43 3.2 HƯ thèng ®iỊu khiĨn SCADA 46 3.2.1 Định nghĩa SCADA .46 3.2.2 Phân loại hệ thống SCADA 46 3.2.3 Những chuẩn đánh giá mét hÖ SCADA 47 3.2.4 CÊu tróc chung cđa hƯ SCADA 48 3.3 Mô hình phân cấp chức 50 3.3.1 Mô hình phân cấp 50 3.3.2 Chức nhiƯm vơ cđa tõng cÊp 52 3.4 Giíi thiƯu phÇn mỊm WinCC 54 3.4.1 C¸c bước thao tác 55 3.4.2 Soạn thảo hình ảnh trình 55 3.4.3 Hiển thị biến trình 55 3.4.4 ThiÕt lËp c¸c thông báo hệ thống 56 3.5 Chương trình điều khiển máy rót nước dứa cô đặc 56 3.5.1 MÃ hoá tín hiệu vào/ra 56 3.5.2 Quá trình rót sản phÈm 58 3.5.3 Chương trình điều khiển rót sản phẩm 59 Ch­¬ng - øng dụng điều khiển PID để ổn định áp suất máy rót thành phẩm 60 4.1 Sơ đồ khối hệ thèng 60 4.2 Mô hình toán học hệ thống điều khiển .61 4.2.1 Đối tượng ®iỊu khiĨn .61 4.2.2 Kh©u PID .64 4.2.3 Mô hình toán học van điều khiển 66 4.2.4 Mô hình toán học hệ thống điều khiển áp suất 75 Kết luận kiến nghị 79 Tài liệu tham khảo … ……………………………………………… …80 Phô lôc ………………………………………………… ………………81 Phô lôc …………………………………………………….………………95 Phơ lơc 3…………………………….………………………… .………101 Dang mơc c¸c bảng Tên bảng Trang Bảng 2.1 Đặc tính kỹ thuật cảm biến nhiệt điện trở E52MY 28 Bảng 3.1 MÃ hoá tín hiệu vào 56 Bảng 4.1 Xác ®Þnh tham sè P, Pi, PID b»ng thùc nghiƯm 77 Danh mục hình Tên hình Trang Hình 1.1 Thiết bị trùng dạng đứng 16 Hình 2.1 Máy rót thành phẩm 21 Hình 2.2 Sơ đồ mạch điện truyền động bàn nâng băng tải 22 Hình 2.3 Cấu tạo bơm thuỷ lực truyền động bàn nâng 22 Hình 2.4 Cấu tạo bàn nâng băng tải 23 Hình 2.5 Cảm biến quang điện E3JM 24 Hình 2.6 Mạch kiểu Transistor NPN cực thu hở 24 Hình 2.7.Hình dạng cấu tạo loadcell KIS-2 Sweden 25 Hình 2.8 Công tắc giới hạn OMRON Z-15HW78-B 26 Hình 2.9 Cảm biến hành trình hÃng Honeywell 24CE2-S2 26 Hình 2.10 Cảm biến tiệm cận điện dung OMRON E2K-C 27 Hình 2.11 Cấu tạo cảm biến nhiệt điện trở 27 Hình 2.12 Cấu tạo cấu chấp hành 28 Hình 2.13 Ký hiệu cấu tạo van logic OR van FESTO 29 Hình 2.14 Van chiều 29 Hình 2.15 Sơ đồ điều khiển van đảo chiều tác động tay 30 Hình 2.16 Cấu tạo piston tác động kép 31 Hình 2.17 Hệ thống van máy rót 32 Hình 2.18 Quá trình trùng 32 Hình 2.19 Quá trình rót sản phẩm 33 Hình 2.20 Quá trình vệ sinh nắp sau rót 34 Hình 2.21 Quá trình đóng nắp 34 Hình 2.22 Một số thiết bị phụ trợ SattCon 05 Slimline 36 Hình 2.23 Giao diện phần mềm lập trình DOX 10 37 Hình 2.24 Cấu h×nh cđa PLC SattCon 05 Slimline SDA 37 H×nh 2.25 CÊu h×nh cđa PLC SattCon 05 Slimline SD24D 38 H×nh 2.26 Màn hình điều khiển OP45 39 Hình 3.1 Module nguån PS 307 5A 40 H×nh 3.2 Module CPU 314 41 Hình 3.3 Nguyên tắc lắp đặt module 42 Hình 3.4 Sơ đồ khối SM 321 DI 16xDC 43 Hình 3.5 Sơ đồ khối SM 322 DO 8xRELAY 43 Hình 3.6 Sơ đồ khối SM 331 AI 2x12bit/331-7KB02-0AB0 43 Hình 3.7 Sơ đồ khối SM 332 A0 2x12bit/332-7KB02-0AB0 43 Hình 3.8 Các thành phần hệ SCADA 48 Hình 3.9 Cấu trúc phần mềm hệ thống điều khiển giám sát 49 SCADA Hình 3.10 Mô hình phân cấp chức hệ thống điều khiển 50 giám sát Hình 4.1 Sơ đồ công nghệ lò 60 Hình 4.2 Sơ đồ công nghệ điều khiển áp suất 61 Hình 4.3 Đồ thị biểu diễm hàm Vd=f(h) 63 Hình 4.4 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển số 64 Hình 4.5 Sơ đồ hệ thống điều khiển PID 65 Hình 4.6 Mô hình toán học điều khiển PID số liên tục 66 Hình 4.7 Đồ thị áp suất sức cản dòng khí 67 Hình 4.8 Đường đặc tính van tuyến tính van logarit 70 Hình 4.9 Sơ đồ cấu trúc Matlab hệ thống áp suất 75 Hình 4.10 Sơ đồ cấu trúc hệ thống van áp suất 75 Hình 4.11 Đặc tính tự nhiên hệ thống điều khiển áp suất 76 Hình 4.12 Xác định kđt, Ti, TD từ hàm độ 76 Hình 4.13 Đặc tính hiệu chỉnh áp suất theo Ziegler-Nichols 77 Kp=0.38; Ki=6; Kd=1,5 Hình 4.14 Đặc tính hiệu chỉnh ¸p suÊt theo ph­¬ng ph¸p Thomas 78 Chen Kp=1; Ki=4; Kd=0,1 Phụ lục Chương trình lập trình S7-300 81 Hình PL2.1 Nhận thùng vào vị trí rót 95 Hình PL2.2 Van rót làm việc, trọng lượng tănng dần 95 Hình PL2.3 Mức nâng L2, động bàn nâng làm việc 96 Hình PL2.4 Hệ thống làm việc mức L2 96 Hình PL2.5 Hệ thống làm việc mức L5 97 Hình PL2.6 Đủ trọng lượng - đèn Filling sáng van V2, V3 làm 97 việc Hình PL2.7 Bàn nâng hạ xuống 98 Hình PL2.8 Sản phẩm đưa 98 Hình PL2.9 Van rót, áp suất không đạt yêu cầu 99 Hình PL2.10 Bảng thông báo gia trị trọng lượng nhiệt độ 99 Hình PL2.11 Bảng hiển thị trình làm việc 100 Phụ lục Cơ cấu chấp hành 101 88 89 90 91 92 93 Chương trình điều khiĨn khèi FC2 94 95 Phơ lơc – kết mô phong Win CC Hình PL2.1 Nhận thùng vào vị trí rót Hình PL2.2 Van rót làm việc, trọng lượng tăng dần 96 Hình PL2.3 Mức nâng L2, động nâng bàn làm việc Hình PL2.4 Hệ thống làm việc mức L2 97 Hình PL2.5 Hệ thống làm việc mức L5 Hình PL2.6 Đủ trọng lượng - đèn Filling sáng van V2, V3 làm việc 98 Hình PL2.7 Bàn nâng hạ xuống Hình PL2.8 Sản phảm đưa 99 Hình PL2.9 Van rót, áp suất không đạt yêu cầu Van rót đóng Hình PL2.10 Bảng thông báo gia trị trọng lượng nhiệt độ 100 Hình PL2.11 Bảng hiển thị trình làm việc 101 Phụ lục CƠ cấu chấp hành Hình PL3.1 Cấu tạo cấu đội nắp 102 Hình PL3.2 Cấu tạo cấu kẹp nắp Hình PL3.3 Cấu tạo cấu kẹp nắp ... Nguyễn xuân hiệu Nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển tự động dây chuyền công nghệ sản xuất nước hoa công ty cổ phần xuất nhập đồng giao tỉnh ninh bình Chuyên ngành: Tự động hóa MÃ số : 60.52.60... điểm hệ thống ứng dụng tự động hoá giảm số nhân công lao động giảm chi phí sản xuất, làm giảm giá thành sản phẩm Dây chuyền công nghệ sản xuất đồ hộp công ty xuất nhập Đồng Giao tỉnh Ninh Bình. .. nghệ Cấu trúc luận văn Luận văn gồm chương trình bày 100 trang với 53 hình, với bảng Luận văn Nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển tự động dây chuyền công nghệ sản xuất nước hoa công ty cổ