ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG LỌC BỤI TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT

Bùi Xuân Nguyên, Bùi Thanh Sơn

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
--- ---

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHUYÊN NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU
KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA
ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG
LỌC BỤI TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT
Giáo viên hướng dẫn

: Th.s Nguyễn Tấn Hoà

Sinh viên thực hiện

: Bùi Xuân Nguyên
: Bùi Thanh Sơn

Mã sinh viên

: 1811505520236
: 1811505520245

Lớp

: 18TDH2

Đà nẵng, tháng 5 năm 2022



ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNGĐẠI
ĐẠIHỌC
HỌCSƯ
SƯPHẠM
PHẠMKỸ
KỸTHUẬT
THUẬT
TRƯỜNG
KHOA
ĐIỆNĐIỆN
– ĐIỆN TỬ
KHOA
------


 ------

ĐỒ
ĐỒ ÁN
ÁN TỐT
TỐT NGHIỆP

NGHIỆP

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ
CHUYÊN NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG HĨA
VÀ TỰ ĐỘNG
HĨA
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾĐỀ
VÀTÀI:
GIÁM SÁT HỆ THỐNG LỌC
BỤI TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG LỌC
Giáo viên hướng dẫn
: Nguyễn Tấn Hoà
MÁY
SẢN XUẤT
SinhBỤI
viênTỰ
thựcĐỘNG
hiện TRONG:NHÀ
Bùi Xuân
Nguyên
: Bùi Thanh Sơn
Mã
sinh
viên
: 1811505520236
Giáo
viên

hướng dẫn
: Th.s Nguyễn Tấn Hồ
: 1811505520245
Sinh viên thực hiện
: Bùi Xn Ngun
Nhóm
: 33
: Bùi Thanh Sơn
Mã sinh viên

: 1811505520236
: 1811505520245

Lớp

Đà nẵng, tháng
5 năm 2022
: 18TDH2

Đà nẵng, tháng 5 năm 2022


NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN


NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN


TÓM TẮT
Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và giám sát hệ thống lọc bụi tự động trong nhà máy sản

xuất.
Sinh viên thực hiện: Bùi Xuân Nguyên
Bùi Thanh Sơn

Mã SV: 1811505520236
Mã SV: 1811505520245

Bài báo cáo trình bày về quá trình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình lọc bụi trong
các nhà máy sản xuất. Mơ hình gồm có hai chế độ là chế độ Auto để tự động điều khiển
các quá trình lọc và chế độ Manual hoạt động bằng các nút nhấn và các công tắc xoay.
Nội dung báo cáo:
- Chương 1: Tổng quan về đề tài
Giới thiệu về các nguyên nhân và nguồn gốc của các loại bụi, ảnh hưởng của của bụi
đối với môi trường và sức khoẻ con người từ đó đưa ra các phương pháp xử lí và chọn
phương án tối ưu nhất là lọc bụi bằng túi vải.
- Chương 2: Tổng qua về PLC S7-1200 và giới thiệu TIA Portal
Trình bày tổng quan về PLC S7-1200, và ứng dụng TIA Portal kết hợp với Wincc, tìm
hiểu về cách tạo kết nối và các lệnh cơ bản của ứng dụng. Kết quả sử dụng PLC S71200 làm trung tâm điều khiển.
- Chương 3: Thiết kế và chế tạo mơ hình
Mơ tả chương trình hoạt động và giao thức truyền thông phù hợp với PLC S7-1200,
tính tốn và chọn ra động cơ phù hợp với mơ hình, lựa chọn các thiết bị phù hợp với hệ
thống gia cơng cơ khí.
- Chương 4: Lập trình điều khiển
Phân công bảng đầu vào đầu ra của hệ thống, thiết kế lưu đồ thuật toán và sơ đồ mơ
hình. Lập trình chương trình điều khiển hệ thống, thiết kết giao diện điều khiển và
giám sát qua Wincc, kết quả hồn thành chương trình điều khiển và giám sát đạt được
yêu cầu đã đặt ra và hoạt động ổn định.


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Tấn Hoà
Sinh viên thực hiện:

Bùi Thanh Sơn
Bùi Xuân Nguyên

Mã SV: 1811505520245
Mã SV: 1811505520236

1. Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG LỌC BỤI
TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Tìm kiếm tài liệu tham khảo liên quan tới hệ thống lọc bụi trong nhà máy sản xuất ở
Việt Nam
-

Tìm hiểu và chọn ra các linh kiện thích hợp cho đề tài thơng qua sách của Lê Chí Kiên,
“Giáo trình Đo lường cảm biến”, năm 2013, nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP. Hồ
Chí Minh.

-

Tìm hiều tài liệu về phần mềm điều khiển và giám sát thông qua sách của Trần Văn
Hiếu, “Tự Động Hóa PLC S7 – 1200 Với TIA Portal”, năm 2019, nhà xuất bản khoa
học - kỹ thuật.


3. Nội dung chính của đồ án:
- Tìm hiểu về PLC – S7-1200 và phần mềm TIA Portal V16
- Xậy dựng thuật toán cho hệ thống , viết chương trình điều khiển hệ thống
- Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển trên máy tính bằng phần mềm WinCC trong
TIA Portal V16
- Thiết kế và thi cơng mơ hình hệ thống hút lọc bụi
- Chạy thử nghiệm mơ hình và cân chỉnh hệ thống.
- Báo cáo đề tài tốt nhiệp.
4. Các sản phẩm dự kiến
- Chương trình điều khiển và giao diện giám sát
-

Mơ hình hồn thiện

- Báo cáo thuyết minh.
5. Ngày giao đồ án: Ngày 18 tháng 02 năm 2022.
6. Ngày nộp đồ án: Ngày 14 tháng 06 năm 2022.
Đà Nẵng, ngày
Trưởng Bộ môn

tháng

Người hướng dẫn

năm 2022



LỜI NĨI ĐẦU

Ngày nay ơ nhiễm khơng khí đang là một vấn đề đáng quan tâm của Việt Nam cũng
như tồn thế giới khi tốc đọ đơ thị hóa ngày càng nhanh, số lượng các khu công
nghiệp, khu chế suất ngày càng tăng, ngày càng nhiều bệnh tật ảnh hưởng nghiêm
trọng đến sức khỏe con người có liên quan đến vấn đề ơ nhiễm khơng khí. Các bệnh
về da, mặt, đặc biệt là hơ hấp. vì vậy việc xử lí bụi và khí thải trong q trình sản
xuất là điều tất yếu phải có trong các khu cơng nghiệp, nhà máy để bảo vệ mơi
trường khơng khí.
Trong các nhà máy sản xuất cơng nghiệp hằng ngày thải ra hàng ngìn khí bụi bẩn ra
ngồi mơi trường, đề tài nhóm em dựa trên quá trình nghiên cứu và tìm hiểu về bụi
bẩn thải ra môi trường nên đã lên ý tưởng chế tạo mơ hình lọc bụi tự động trong sản
xuất để giải quyết vấn đề trên và mong được ứng dụng trong thực tế.
Trong suốt thời gian học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng,
em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ quý thầy cơ và bạn bè. Nhóm chúng em xin
cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, cùng các quý thầy cô trường Đại học Sư phạm
Kỹ thuật đã hỗ trợ tận tình kiến thức, cơ sở vật chất tạo điều kiện hồn thành đồ án.
Nhóm em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới quý Thầy Cô, những người đã truyền lại
cho em rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu, những sự giúp đỡ ấy đã tiếp
thêm động lực cho em vững bước trên con đường mình đã chọn. Và đặc biệt là Thầy,
Cô khoa Điện - Điện tử đã truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm để nhóm chúng em
hoàn thành đề tài.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

i


CAM ĐOAN
Chúng tôi – Bùi Xuân Nguyên và Bùi Thanh Sơn xin cam đoan đồ án tốt nghiệp với
đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG LỌC BỤI TỰ
ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT” là kết quả nghiên cứu khoa học của 2
chúng tôi trong thời gian theo học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật. Dưới sự

hướng dẫn của ThS. Nguyễn Tấn Hồ. Các thơng tin, tài liệu đều được tìm hiểu một
cách kĩ càng khơng sao chép bất kì ý tưởng, luận văn nào bên ngoài.
Sinh viên thực hiện

Bùi Xuân Nguyên

ii

Bùi Thanh Sơn


MỤC LỤC

Nhận xét của người hướng dẫn
Nhận xét của người phản biện
Tóm tắt
Nhiệm vụ đồ án
LỜI NĨI ĐẦU.......................................................................................................................... i
CAM ĐOAN ........................................................................................................................... ii
MỤC LỤC .............................................................................................................................. iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................................v
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................. vii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ...............................................................................1
1.1 Nhiệm vụ thiết kế ........................................................................................................1
1.1.1 Mục tiêu: ..............................................................................................................1
1.1.2 Ơ nhiễm khơng khí do bụi ...................................................................................1
1.2 Nguyên lí hoạt động các pháp xử lý bụi .....................................................................2
1.2.1 Buồng lắng ...........................................................................................................2
1.2.2


Cyclone ................................................................................................................3

1.2.3 Lọc bụi túi vải ......................................................................................................5
1.2.4 Lựa chọn phương án ............................................................................................7
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN PLC S7–1200 VÀ GIỚI THIỆU TIA PORTAL.......................8
2.1 Tổng quan về PLC S7-1200 và phần mền TIA PORTAL v16 ...................................8
2.1.1 Giới thiệu về PLC S7-1200 ..................................................................................8
2.1.2 Phần mềm lập trình TIA PORTAL V16 ............................................................14
2.2 Tính tốn hệ thống ....................................................................................................20
2.2.1 Khảo sát tính thực tiễn .......................................................................................20
2.2.2 Tiêu chuẩn lọc bụi ..............................................................................................24
CHƯƠNG 3: THIẾT CHẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH .........................................................25
3.1 Thiết kế phần cứng ...................................................................................................25
3.1.1 Sơ đồ khối ..........................................................................................................25
3.1.2 Mô tả chương trình.............................................................................................25
3.1.3 Chương trình điều khiển TIA PORTAL V16 ....................................................26
3.1.4 Giao thức truyền thông Modbus RTU ...............................................................28
3.2 Chế tạo mô hình ........................................................................................................31
3.2.1 Linh kiện mơ hình ..............................................................................................31
iii


3.2.2

Giới thiệu thiết bị trong mơ hình .......................................................................32

CHƯƠNG IV. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ..........................................................................42
4.1 Lưu đồ thuật tốn và sơ đồ nối dây ..........................................................................42
4.1.1 Tổng quan lưu đồ ...............................................................................................42
4.1.2

4.1.3

Lưu đồ chương trình con chế độ Manual ...........................................................42
Lưu đồ chương trình con chế độ Auto. ..............................................................43

4.1.4 Sơ đồ mơ hình ....................................................................................................45
4.2 Chương trình điều khiển ...........................................................................................47
4.2.1 Thiết lập địa chỉ IP .............................................................................................47
4.2.2

Viết chương trình ...............................................................................................48

4.2.3

Thiết kế giao diện HMI ......................................................................................51

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................54
PHỤ LỤC (CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG ) ......................................................................55

iv


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1. 1 Cấu tạo của buồng lắng ............................................................................................2
Hình 1. 2 Cấu tạo của một số loại buồng lắng mài mịn thiết bị ..............................................3
Hình 1. 3 Cấu tạo của Cyclone .................................................................................................4
Hình 1. 4 Cấu tạo của cyclone đơn và cyclone nhóm ..............................................................5
Hình 1. 5 Mơ hình và cấu tạo thiết bị lọc bụi túi vải................................................................7

Hình 2. 1 PLC S7-224 ..............................................................................................................8
Hình 2. 2 PLC S7-1200 ............................................................................................................9
Hình 2. 3 Các cổng kết nối S7-1200 ......................................................................................10
Hình 2. 4 CPU 1214C ............................................................................................................11
Hình 2. 5 Hình dáng bên ngồi S7-1200 ................................................................................12
Hình 2. 6 Sơ đồ chân cáp Ethernet .........................................................................................13
Hình 2. 7 Sơ đồ kết nối của S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RL .............................................13
Hình 2. 8 Bit Logic .................................................................................................................15
Hình 2. 9 Cuộn dây ngõ ra .....................................................................................................15
Hình 2. 10 Set và Reset ..........................................................................................................16
Hình 2. 11 Các lệnh timer ......................................................................................................17
Hình 2. 12 Các lệnh counter. ..................................................................................................17
Hình 2. 13 Các lệnh so sánh ...................................................................................................18
Hình 2. 14 Các lệnh tốn học .................................................................................................18
Hình 2. 15 Các lệnh di chuyển ...............................................................................................19
Hình 2. 16 Lệnh xung PWM ..................................................................................................20
Hình 2. 17 Hệ thống lọc bụi bằng túi vải thực tế ...................................................................21
Hình 2. 18 Tổng quan cấu tao hệ thống .................................................................................22
Hình 2. 19 Buồng lọc .............................................................................................................22
Hình 2. 20 Khung xương lồng túi vải ....................................................................................23
Hình 2. 21 Bộ phận cấp khí ....................................................................................................23
Hình 2. 22 Van rũ bụi bằng khí nén .......................................................................................24
Hình 2. 23 Phễu xả bụi ...........................................................................................................24
Hình 2. 24 Cấu trúc truyền tin Modbus ..................................................................................28
Hình 2. 25 Sơ đồ xung............................................................................................................30
Hình 3. 1 Sơ đồ khối ..............................................................................................................25
Hình 3. 2 Giao diện khởi động ...............................................................................................26
Hình 3. 3 Add CPU và Module ..............................................................................................27
v



Hình 3. 4 Thiết lập địa chỉ IP cho PLC. .................................................................................27
Hình 3. 5 Các địa chỉ I/O của CPU đang sử dụng..................................................................28
Hình 3. 6 Mơ hình tổng thể ....................................................................................................32
Hình 3. 7 PLC S7-1200 1214C AC/DC/RL ...........................................................................33
Hình 3. 8 Cảm biến áp suất ....................................................................................................34
Hình 3. 9 Sơ đồ chân của rơle trung gian ...............................................................................35
Hình 3. 10 Rơle Omron MY2N và đế ....................................................................................35
Hình 3. 11 Nguồn tổ ong 24 VDC - 10 A ..............................................................................35
Hình 3. 12 Sơ đồ kết nối Van điện từ .....................................................................................36
Hình 3. 13 Van điện từ 5/2 .....................................................................................................37
Hình 3. 14 Xylanh khí nén 16mm hành trình 50mm .............................................................37
Hình 3. 15 Nút nhấn dừng khẩn cấp.......................................................................................37
Hình 3. 16 Nút nhấn nhả có đèn .............................................................................................38
Hình 3. 17 Đèn báo tín hiệu 220VAC phi 22 .........................................................................38
Hình 3. 18 đèn báo trạng thái 24 VDC phi 22 .......................................................................39
Hình 3. 19 Biến tần MD200. ..................................................................................................40
Hình 3. 20 Quạt ly tâm ...........................................................................................................40
Hình 4. 1 Lưu đồ tổng qt ....................................................................................................42
Hình 4. 2 Lưu đồ thuật tốn chế độ Manual...........................................................................43
Hình 4. 3 Lưu đồ chế độ Auto ................................................................................................44
Hình 4. 4 Sơ đồ bố trí thiết bị .................................................................................................46
Hình 4. 5 Sơ đồ dịng điện ......................................................................................................46
Hình 4. 6 Sơ đồ nối dây ..........................................................................................................47
Hình 4. 7 Thiết lập địa chỉ IP_1 .............................................................................................47
Hình 4. 8 Thiết lập địa chỉ IP_2 .............................................................................................48
Hình 4. 9 Thiết lập địa chỉ IP_3 .............................................................................................48
Hình 4. 10 Truyền thơng Modbus ..........................................................................................49
Hình 4. 11 Gán lệnh bật tắt động cơ.......................................................................................49
Hình 4. 12 Thơng số biến tần .................................................................................................49

Hình 4. 13 Bảng PLC tags ......................................................................................................50
Hình 4. 14 Giao diện viết chương trình..................................................................................50
Hình 4. 15 Add HMI ..............................................................................................................51
Hình 4. 16 Lựa chọn HMI phù hợp ........................................................................................51
Hình 4. 17 Kết nối HMI với PLC ...........................................................................................51
Hình 4. 18 Hồn thành giao diện HMI ...................................................................................52

vi


DANH MỤC BẢNG

Bảng 2. 1 Các module mở rộng của S7-1200 ........................................................................10
Bảng 2. 2 Đặc điểm các dòng CPU ........................................................................................11
Bảng 2. 3 Sơ đồ kết nối chân của CPU 1214C AC/DC/RL ...................................................14
Bảng 2. 4 Bit Logic ................................................................................................................15
Bảng 2. 5 Cuộn dây ngõ ra .....................................................................................................15
Bảng 2. 6 Set và Reset ............................................................................................................16
Bảng 2. 7 Các lệnh timer ........................................................................................................16
Bảng 2. 8 Các lệnh counter. ...................................................................................................17
Bảng 2. 9 Các lệnh so sánh ....................................................................................................18
Bảng 2. 10 Các lệnh toán học .................................................................................................19
Bảng 2. 11 Các lệnh di chuyển ...............................................................................................19
Bảng 2. 12 Ngõ ra xung .........................................................................................................20
Bảng 3. 1 Liệt kê các thiết bị ..................................................................................................31
Bảng 3. 2 Thông số kỹ thuật PLC S7-1200 1214C AC/DC/RL ............................................33
Bảng 3. 3 Thông số cảm biến .................................................................................................34
Bảng 3. 4 Thông số kỹ thuật rơle MY2N ...............................................................................35
Bảng 3. 5 Thông số nguồn tổ ong 24 VDC - 10 A.................................................................35
Bảng 3. 6 Thông số kĩ thuật của MCB 2P 10A ......................................................................36

Bảng 3. 7 Thông số kỹ thuật của van điện từ 5/2 ...................................................................37
Bảng 3. 8 Thơng số kỹ thuật xylanh khí nén 2 piston ............................................................37
Bảng 3. 9 Thông số kỹ thuật nút dừng khẩn cấp ....................................................................38
Bảng 3. 10 Thông số kỹ thuật nút nhấn nhả có đèn ...............................................................38
Bảng 3. 11 Thơng số kỹ thuật đèn báo tín hiệu 220VAC phi 22 ...........................................39
Bảng 3. 12 Thông số kỹ thuật đèn báo trạng thái 24 VDC phi 22 .........................................39
Bảng 3. 13 Thông số quạt.......................................................................................................41
Bảng 4. 1 Đầu vào của hệ thống.............................................................................................45
Bảng 4. 2 Đầu ra của hệ thống ...............................................................................................45

vii



Nghiên cứu, thiết kế và giám sát hệ thống lọc bụi tự động trong nhà máy sản xuất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1

Nhiệm vụ thiết kế

1.1.1

Mục tiêu:
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải, bụi cho dây chuyền cơng nghệ sản xuất gỗ như
bản vẽ đính kèm.
- Bản thuyết minh tính tốn
- Tính tốn số lượng các thiết bị
- Thống kê khối lượng vật liệu
- Bản vẽ sơ đồ nối dây

- Chế tạo mơ hình thực tế

1.1.2

Ơ nhiễm khơng khí do bụi

1.1.2.1

Định nghĩa

Bụi là tập hợp nhiều hạt, có khích thước nhỏ bé, tồn tại lâu trong khơng khí dưới
dạng bụi bay, bụi lắng và các hệ khí dung nhiều pha gồm hơi, khói, mù.
Bụi bay có kích thước từ 0.001 – 10um bo gồm tro, khói và những hạt rắn được
nghiền nhỏ, chuyển đọng theo kiểu bay hoặc rớt xuống đất với vận tốc không đổi.
Về mặt sinh học, bụi nỳ thường gây tổn thương nặng cho cơ quan hơ hấp.
1.1.2.2

Nguồn gốc và tính chất của bụi
Bụi gỗ là nguồn ô nhiễm quan trọng nhất trong công nghiệp chế biến gỗ. Bụi phát
sinh chủ yếu từ công đoạn và q trình sau:
- Cưa xẻ gỗ để tạo phơi cho các chi tiết mộc
+ Rọc, xẻ gỗ
+ Khoan, phay, bào
+ Chà nhám, chà nhẵn các chi tiết bề mặt
Tuy nhiên, có sự khác biệt đáng về kích cỡ hạt bụi và tải lượng bụi sinh ra ở các
công đoạn khác nhau.

1.1.2.3

Tác hại của bụi

Ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Bụi với tính chất và kích thước khác nhau
có thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người và động thực
vật.
Gây ra các bệnh liên quan đến hơ hấp (khí thủng phổi, ung thư phổi : phá hoại
các mơ phổi từ đó làm tắc nghẽn sự trao đổi máu và tế bào, làm ảnh hưởng khả
năg tuần hoàn máu trong hệ thống tuần hoàn từ đó kéo theo một số vấn đề đáng
lưu ý ở tim, đặc biệt là lớp khí ơ nhiễm có nồng độ cao.)
Gây ra các bệnh lien quan đến da, mắt...

SVTH: Bùi Xuân Nguyên
Bùi Thanh Sơn

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hoà

1


Nghiên cứu, thiết kế và giám sát hệ thống lọc bụi tự động trong nhà máy sản xuất

Cản trở quá trình quang hợp và hơ hấp của động thực vật
Gây ô nhiễm môi trường không khí.
Ảnh hưởng đến thực vật: bụi gỗ bám quá nhiều trên vỏ hoa quả, cây củ là nguyên
nhân làm giảm chất lượng của các sản phẩm này, đồng thời cũng làm tăng chi phí
để làm sạch chúng, bụi lắng trên lá còn làm giảm khả năng quang hợp của cây. Bụi
lắng đọng làm lấp đầy những lỗ khí khổng, bao xung quanh những hạt diệp lục thu
ánh sang cần cho quá trình quang hợp, bụi cũng có thểlàm tăng khả năng nhiễm
bệnh của cây cối thơng qua việc làm giảm sức
1.2

Ngun lí hoạt động các pháp xử lý bụi

- Có nhiều phương pháp để xử lí bụi gỗ đạt hiệu quả cao như:
+ phương pháp theo trọng lực : buồng lắng
+ phương pháp theo quán tính: buồng lắng với vách phản xạ
+ phương pháp theo nguyên lý ly tâm: cyclone
+ dính bám bắt giữ của vật liệu lọc: lọc túi vải.

1.2.1

Buồng lắng
Nguyên lý hoạt động: lợi dụng trọng lực của các hạt bụi khi dòng khí chứa bụi
chuyển động ngang trong thiết bị,khi đó hạt bụi chịu tác đụng đồng thời của hai
lực tác dụng. Lực tác dụng theo phương ngang do chuyển động của dịng khí và
trọng lực, nếu lực tác dụng ngang nhỏ, hạt bụi có thể lắng đọng trên bề mặt của
thiết bị lắng bụi, để đạt được điều đó, vận tốc chuyển động ngang của hạt bụi phải
nhỏ đồng thời khích thước buồng lắng bụi phải lớn để thời gian lưu bụi càng lâu
càng tốt

Hình 1. 1 Cấu tạo của buồng lắng
Buồng lắng bụi áp dụng để lắng bụi có kích thước hạt từ 60 đến 70 μm
Ưu - nhược điểm
 Ưu điểm:
SVTH: Bùi Xuân Nguyên
Bùi Thanh Sơn

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hoà

2


Nghiên cứu, thiết kế và giám sát hệ thống lọc bụi tự động trong nhà máy sản xuất


Chi phí đầu tư ban đầu vận hành thấp
Kết cấu đơn giản
Sử dụng trong xử lý khí có nồng độ bụi cao có kích thước lớn
Tổn thất áp lực qua thiết bị thấp
Vận tốc trong thiết bị thấp nên khơng gây mài mịn thiết bị
Góp phần làm nguội dịng khí trước khi thải ra mmoi trường hoặc dẫn qua các
thiết bị thu bụi kế tiếp
Nhược điểm
Nhiệt độ và áp suất giới hạn dựa vào vật liệu kết cấu
Phải làm sạch thiết bị định kì
Cồng kềnh chiếm diện tích cần có khơng gian lắp đặt lớn
Một số loại buồng lắng:

Hình 1. 2 Cấu tạo của một số loại buồng lắng mài mòn thiết bị
1.2.2

Cyclone
Nguyên lí hoạt động: Dịng khí nhiễm bị được đưa vào phần trên của cyclone ống
khí dẫn vào được bố trí với phương tiếp tuyến với cyclone, khí sau khí xử lý thốt
ra theo ống phía trên đặt tại tâm than trụ khí vào cyclone thực hiện chuyển động
xoắn ốc dịch chuyển xuống dưới và hình thành dịng xốy ngồi các hạt bụi với
tác dụng của lực ly tâm văng vào thành cyclone. Tiến gần đến đáy cho dịng khí
quay ngược trở lại và chuyển động lên trên hình thành dịng xoắn trong. Các hạt
bụi văng đến thành chuyển động xuống dưới nhờ lực đẩy của dịng xốy và trọng
lực
Cyclone có hai dạng là cyclone đơn và cyclone tổ hợp

SVTH: Bùi Xuân Nguyên
Bùi Thanh Sơn


GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hoà

3


Nghiên cứu, thiết kế và giám sát hệ thống lọc bụi tự động trong nhà máy sản xuất

Hình 1. 3 Cấu tạo của Cyclone
 Ưu - nhược điểm
 Ưu điểm
Không có phần chuyển động
Có thể làm việc ở nhiệt độ cao
Có khả năng thu bụi mài mịn mà khơng cần bảo vệ bề mặt cyclone
Thu bụi ở dạng khô
Trở lực gần như cố định và không lớn hơn 250 – 1500 N/m2
Làm việc ở áp suất cao, năng suất cao
Chế tạo đơn giản, rẻ
Hiệu quả không phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ bụi
 Nhược điểm
Hiệu quả xử lý kém với bụi có kích thước nhỏ hơn 5 μm
Khơng thể nào thu bụi có tính kết dính
Cyclone đơn
Cyclone đơn là thiết bị hoàn chỉnh hoạt động đọc lập và có nhiều dạng khác nhau
như hình dạng trụ, hình dạng côn. Việc sử dụng loại nào là tùy thuộc vào đặc tính
của bụi và u cầu xử lý. Dạng hình trụ có năng suất lớn,, cịn loại hình cơn có
hiệu suất lớn.
Cyclone tổ hợp
Cyclone tổ hợp là mộtthiết bị lọc bụi gồm một số lượng lớn các đơn nguyên
cyclone mắc song song trong cùng một vỏ có chung đường khí dẫn vào, khí ra,

thùng chứa bụi. Trong cyclone tổ hợp, việc tạo nên chuyển động quay của dịng
khí trong thiết bị khơng phải do dịng khí được đưa vàotheo phương tiếp tuyến mà
do các dụng cụ định hướng dạng chong chóng hoặc dạng hóa hồng đặt trong thiết
SVTH: Bùi Xuân Nguyên
Bùi Thanh Sơn

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hoà

4


Nghiên cứu, thiết kế và giám sát hệ thống lọc bụi tự động trong nhà máy sản xuất

bị, do vậy kích thước của cyclone tổ hợp nhỏ hơn kích thước của cyclone đơn có
cùng cơng suất.
- Lý làm việc của Cyclone tổ hợp: khi bụi đi vào ống nối và sau đó đi vào hộp
phân phối, từ đó đi vào các không gian giữa vỏ đơn nguyên và ống xả. Trong
khoảng khơng này có đặt các dụng cụ định hướng để táoự chuyển động xoáy. Bụi
sau khi tách đi qua lỗ tháo bụi vào thùng chứa.

Hình 1. 4 Cấu tạo của cyclone đơn và cyclone nhóm
1.2.3

Lọc bụi túi vải
Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý lọc bụi của vải trong xử lý khí thải như sau: Cho
khơng khí lẫn bụi đi qua 1 tấm vải lọc, ban đầu các hạt bụi lớn hơn khe giữa các
sợi vải sẽ bị giữ lại trên bề mặt vải theo nguyên lý rây, các hạt nhỏ hơn bám dính
trên bề mặt sợi vải lọc do va chạm, lực hấp dẫn và lực hút tĩnh điện, dần dần lớp
bụi thu được dày lên tạo thành lớp màng trợ lọc, lớp màng này giữ được cả các hạt
bụi có kích thước rất nhỏ.

Hiệu quả lọc đạt tới 99,8% và lọc được cả các hạt rất nhỏ là nhờ có lớp trợ lọc.
Sau 1 khoảng thời gian lớp bụi sẽ rất dày làm sức cản của màng lọc quá lớn, ta
phải ngưng cho khí thải đi qua và tiến hành loại bỏ lớp bụi bám trên mặt vải.Thao
tác này được gọi là hoàn nguyên khả năng lọc.
Vải lọc có thể là vải dệt hay vải khơng dệt, hay hỗn hợp cả 2 loại. Nó thường
được làm bằng sợi tổng hợp để ít bị ngấm hơi ẩm và bền chắc .Chiều dày vải lọc
càng cao thì hiệu quả lọc càng lớn.
Loại vải dệt thường dùng các loại sợi có độ xe thấp, đường kính sợi lớn, dệt với
chỉ số cao theo kiểu dệt đơn. Chiều dày tấm vải thường trong khoảng 0,3mm.Trọng
lượng khoảng 300~500 g/m2.
Loại vải không dệt thường làm từ sợi len hay bông thô. Người ta trải sợi thành
các màng mỏng và đưa qua máy định hình để tạo ra các tấm vải thơ có chiều dày
3~5mm.

SVTH: Bùi Xuân Nguyên
Bùi Thanh Sơn

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hoà

5


Nghiên cứu, thiết kế và giám sát hệ thống lọc bụi tự động trong nhà máy sản xuất

Loại vải hỗn hợp là loại vải dệt, sau đó được xử lý bề mặt bằng keo hay sợi bông
mịn.Đây là loại vải nhập ngoại thơng dụng hiện nay. Chúng có chiều dày
1,2~5mm.
Vải lọc thường được may thành túi lọc hình trịn đường kính D=125~250 mm
hay lớn hơn và có chiều dài 1,5 đến 2 m. Cũng có khi may thành hình hộp chữ nhật
có chiều rộng b=20~60mm; Dài l=0,6~2m. Trong một thiết bị có thể có hàng chục

tới hàng trăm túi lọc.
Với túi lọc trịn – dài, người ta thường may kín một đầu túi, đầu
kia để trống. Khi làm việc, đầu để trống được liên kết với cổ dẫn khí lọc vào túi
trên mặt sàng phân cách của buồng lọc bụi. Khi cho khơng khí trước khi lọc đi vào
trong túi qua cổ, dịng khí đi xun qua túi vải ra khoang khí sạch và thốt ra
ngồi.Chiều đi này sẽ làm túi vải tự căng ra thành bề mặt lọc hình trụ tròn. Với sơ
đồ này, miệng túi nối với mặt sàng thường được quay xuống phía dưới để tháo bụi
ra khỏi túi khi làm sạch mặt vải.
Khi cho khơng khí đi theo chiều từ bên ngoài vào bên trong túi, trong túi phải có
khung căng túi làm từ kim loại để túi không bị xẹp lại khi làm việc. Với sơ đồ này,
miệng túi nối với mặt sàng thường được quay lên phía trên.
Với túi lọc hình hộp chữ nhật, chỉ có một sơ đồ là cho khơng khí đi từ bên ngoài
vào bên trong túi, và bên trong túi buộc phải có khung căng túi vải.
Khoảng cách giữa các túi chọn từ 30 ~ 100mm.
Việc hoàn nguyên bề mặt lọc có thể tiến hành sau khi ngừng cho khơng khí đi
qua thiết bị và làm sạch bụi trên mặt vải bằng 2 cách:
- Rung rũ bằng cơ khí nhờ một cơ cấu đặc biệt.
- Thổi ngược lại bằng khí nén hay khơng khí sạch.
Vì có đặc điểm là chu kỳ làm việc gián đoạn xen kẽ với chu kỳ hồn ngun nên
thiết bị này bao giờ cũng có hai hay nhiều ngăn (hay nhiều block trong cùng 1
ngăn) để có thể ngừng làm việc từng ngăn (hay từng block) mà rũ bụi. Tải trọng
khơng khí của vải lọc thơng thường là 150~200 m/h. Trở lực của thiết bị khoảng
120~150 kg/m2. Chu kỳ rũ bụi là 2~3 h.

SVTH: Bùi Xuân Nguyên
Bùi Thanh Sơn

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hoà

6



Nghiên cứu, thiết kế và giám sát hệ thống lọc bụi tự động trong nhà máy sản xuất

Hình 1. 5 Mơ hình và cấu tạo thiết bị lọc bụi túi vải
 Ưu - nhược điểm
 Ưu điểm
Có khả năng lọc bụi ở nồng độ thấp
Sử dụng các vật liệu lọc rẻ tiền
Mức độ làm sạch của thiết bị lọc túi vải có thể đạt tới 90 – 99 %
 Nhược điểm
Sau một thời gian làm việc số bụi bám trên vải sẽ nhiều hơn, làm tăng trở lực của
thiết bị vì vậy ta phải thường xuyên là sạch vải lọc bằng các biện pháp thủ cơng,
cơ khí hoặc khí nén  vải lọc dễ bị hỏng.
1.2.4

Lựa chọn phương án
Sau khi tham khảo tất cả các phương pháp trên thì phương pháp lọc bụi bằng túi
vải cho ra hiệu năng cao và chi phi vận hành thấp hơn các lựa chọn cịn lại nên
nhóm đã tìm hiểu và lựa chọn phương pháp này để nghiên cứu và phát triền thành
mơ hình hệ thống “Nghiên cứu, thiết kế và giám sát hệ thống lọc bụi tự động trong
nhà máy sản xuất.”

SVTH: Bùi Xuân Nguyên
Bùi Thanh Sơn

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hoà

7



Nghiên cứu, thiết kế và giám sát hệ thống lọc bụi tự động trong nhà máy sản xuất

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN PLC S7–1200 VÀ GIỚI THIỆU TIA PORTAL
2.1
Tổng quan về PLC S7-1200 và phần mền TIA PORTAL v16
2.1.1

Giới thiệu về PLC S7-1200

2.1.1.1

Tổng quan về nguồn gốc PLC

Hình 2. 1 PLC S7-224
Năm 1968, công ty General của Mỹ đã cho ra đời thiết bị điều khiển lập trình
được. Tuy nhiên hệ thống còn khá cồng kềnh và đơn giản, người vận hành gặp
nhiều khó khăn và khơng đáp ứng đủ u cầu sử dụng. Hiện nay có nhiều loại PLC
của nhiều hãng sản xuất khác nhau như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo,
Schneider, Hitachi, Koyo … trong một hãng lại có nhiều thế hệ khác nhau. Ngồi
ra các hãng cịn sản xuất các thiết bị liên quan phục vụ cho quá trình tự động hố
như các module, cảm biến…

2.1.1.2

Một số nhóm PLC phổ biến hiện nay

Siemens có các nhóm:
 CPU S7 200:
 CPU 21x: 210; 212; 214; 215-2DP; 216.

 CPU 22x: 221; 222; 224; 224XP; 226; 226XM
 CPU S7 300: 312IFM; 312C; 313; 313C; 313C-2DP+P; 313C-2DP; 314;
314IFM; 314C-2DP+P; 314C-2DP; 315; 315-2DP; 315E-2DP; 316-2DP.
 CPU S7 400.
 CPU S7 1200: CPU 121xC: 1211C; 1212C; 1214C.1215C
Mitsubishi: Họ FX
Omron: Họ CMQ
Controtechnique: Họ Compact TWD LCAA 10DRP; TWD LCAA 16DRP; TWD
LCAA 24DRP...
ABB: Ba nhóm
 AC 100M.
SVTH: Bùi Xuân Nguyên
Bùi Thanh Sơn

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hoà

8


Nghiên cứu, thiết kế và giám sát hệ thống lọc bụi tự động trong nhà máy sản xuất

 AC 400M.
AC 800M, đây là loại có 2 module CPU làm việc song song theo chế độ dự phịng
nóng.

2.1.1.3

Tổng quan về họ PLC S7-1200

Hình 2. 2 PLC S7-1200

S7-1200 là một dịng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm sốt
nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp và có nhiều tập lệnh
mạnh làm cho bạn có những giải pháp hồn hảo hơn cho ứng dụng của mình với
S7-1200
S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn,
các đầu vào/ra (I/O).
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương
trình điều khiển.
Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC.
cũng có thể dùng chức năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc
biệt của mình.
S7-1200 cung cấp một cổng Profinet, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngoài
ra bạn có thể dùng các module truyền thơng mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc
RS232.

SVTH: Bùi Xuân Nguyên
Bùi Thanh Sơn

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hoà

9