BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Đồ án môn học 3:

GVHD: TRẦN MẠNH SƠN
SVTH : BÙI XUÂN THÀNH
PHAN THẾ HÀ

TP.Hồ Chí Minh, Tháng 1 năm 2013

09202048
09202011


MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Sơ đồ khối của dây chuyền sản xuất cà phê
Hình 2.2. Sơ đồ chi tiết hệ thống
Hình 3.1. CPU 314C-2-PTP
Hình 3.2. Bộ nguồn PS 307
Hình 3.3. Cảm biến E3F3
Hình 3.4. Sơ đồ mạch động lực
Hình 3.5. Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 4.1. Lưu đồ chương trình điều khiển quy trình hoạt động của hệ thống
Hình 4.2. Lưu đồ chương trình điều khiển băng tải 1
Hình 4.3. Lưu đồ chương trình điều khiển băng tải 2
Hình 4.4. Giao diện giám sát hệ thống sản xuất cà phê bột

Hình 4.5. Hệ thống bắt đầu hoạt động
Hình 4.6. Van 2 xả cà phê vào bồn rang
Hình 4.7. Van 1 xả cà phê trở lại vào bồn rang
Hình 4.8. Van 3 xả cà phê bột vào bồn nguyên liệu 2
Hình 4.9. Van 4 xả cà phê bột vào hộp
Hình 4.10. Trạng thái sự cố máy xay

i


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng kế hoạch
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật CPU
Bảng 3.2. Thông số bộ nguồn PS 307
Bảng 3.3. Thông số kỹ thuật cảm biến E3F3
Bảng 3.4. Hình ảnh và các thông số động cơ
Bảng 3.5. Hình ảnh và thông số các thiết bị bảo vệ, điều khiển
Bảng 3.6. Hình ảnh và các thông số van điện từ
Bảng 3.7. Thiết bị kết nối ngõ vào ra
Bảng 4.1. Các Tag trong Wincc

ii


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................

TP.Hồ Chí Minh, ngày… Tháng… năm 2013
Giáo viên hướng dẫn

iii


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô giảng dạy
tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là quý thầy
cô khoa Điện - Điện Tử đã giảng dạy và cung cấp những kiến thức bổ ích tạo tiền đề
quan trọng cho nhóm thực hiện đồ án này.
Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thầy TRẦN MẠNH SƠN đã
hướng dẫn tận tình, giúp đỡ, cung cấp các kiến thức quan trọng giúp nhóm có nhiều
điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình thực hiện đồ án.
Cảm ơn bạn bè đã góp ý kiến, giúp đỡ nhóm hoàn thành đề tài này.

Nhóm thực hiện

Bùi Xuân Thành
Phan Thế Hà

iv


Chương 1: Tổng Quan

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế thị trường, cuộc sống
con người ngày càng trở nên bận rộn hơn. Công việc ngày càng nhiều và áp lực
không ngừng tăng cao. Trong những lúc như vậy,việc uống một tách cà phê là cần
thiết nhất giúp ta tỉnh táo, làm việc, học tập hiệu quả hơn. Mỗi buổi sáng, uống cà
phê giúp tinh thần minh mẩn và thoải mái hơn…Nước ta là một trong những quốc
gia xuất khẩu cà phê hàng đầu trên thế giới với sản lượng gần 1 triệu tấn/năm với
tổng diện tích đất trồng trên 500 nghìn ha diện tích. Sản xuất cà phê đã đem lại
nguồn lợi kinh tế cao cho đất nước. Và ngành sản xuất cà phê đang là 1 trong
những ngành phát triển rất mạnh. Các nhà sản xuất cà phê không ngừng mở rộng
sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu thị trường trong và ngoài
nước. Để đáp ứng được vấn đề đó cần đến một quy trình công nghệ tốt. Do đó thiết
kế và giám sát một dây chuyên sản xuất cà phê sao cho đem lại hiệu quả cao là điều
rất quan trọng và cần thiết.
Hiện nay, bộ điều khiển lập trình PLC đang ngày càng được sử dụng rộng rãi
trong các lĩnh vực điều khiển, tự động hóa cả trong dân dụng và công nghiệp vì có
nhiều ưu điểm như: làm việc chắc chắn, bền, độ tin cậy cao thích hợp với môi
trường công nghiệp nói chung và nhà sản xuất cà phê nói riêng trong việc điều
khiển các dây chuyền với nhiều động cơ, băng tải làm việc liên tục trong thời gian
dài. Mặt khác, PLC có cấu trúc nhỏ gọn, kết nối đơn giản không cần bo mạch như

các thiết bị mạch số khác. PLC có thể lập trình dễ dàng không đòi hỏi người sử
dụng phải có kiến thức sâu về vi tính hay ngôn ngữ lập trình. Do vậy việc ứng dụng
PLC trong điều khiển dây chuyền sản xuất sẽ phát huy hiệu quả tốt, nâng cao năng
suất, tăng nguồn thu nhập cho nhà sản xuất.
Khi một dây chuyền sản xuất đang hoạt động, để đảm bảo quá trình hoạt động
diễn ra được an toàn, hiệu quả thì nó phải luôn được vận hành, kiểm tra, giám sát
thường xuyên, để kịp thơi phát hiện các sự cố xảy ra và xử lý một cách nhanh
chóng, để quá trình sản xuất được diễn ra liên tục, đảm bảo năng suất và chất
lượng. Giảm được chi phí sản xuất, bảo trì. Quá trình giám sát toàn bộ hệ thống là
rất phức tạp nhưng nó sẽ trở nên đơn giản khi ta ứng dụng hệ thống thu thập dữ liệu
và điều khiển SCADA.
1.2. Mục tiêu và giới hạn của đồ án
Mục tiêu của đề tài nhằm thiết kế, điều khiển và giám sát một dây chuyền sản
xuất cà phê theo quy trình công nghiệp. Ứng dụng PLC vào quá trình điều khiển
5


Chương 1: Tổng Quan

các thiết bị, động cơ,… Ứng dụng WinCC cho hệ thống SCADA tạo giao diện điều
khiển và giám sát các quá trình đó.
Do thời gian, kinh phí còn nhiều hạn chế nên đề tài chỉ giới hạn việc thiết kế mô
phỏng mà không thể làm thành mô hình thực tế. Các quy trình công nghệ được thiết
kế không hoàn toàn giống so với thực tế, đã được lược bỏ nhiều công đoạn. Quá
trình điều khiển và giám sát chỉ thực hiện cho các động cơ, cảm biến là chủ yếu
theo quy trình công nghệ đặt ra. Các cảm biến có trong dây chuyền chỉ được tác
động bằng tay.
1.3. Nội dung đồ án
Nội dung của đề tài được tóm tắt như sau:
Chương 2: Quy trình công nghệ dây chuyền sản xuất cà phê bột

Chương này giới thiệu về cách phân loại cà phê và trình bày quy trình sản xuất cà
phê bột, từ đó xây dựng một hệ thống chi tiết cho đồ án và giải thích quy trình
hoạt động của hệ thống
Chương 3: Lựa chọn thiết bị và kết nối phần cứng
Chương này trình bày cách lựa chọn các thiết bị tương ứng cho hệ thống, kết hợp
các yếu tố đưa ra thiết kế hoàn chỉnh nhất cho hệ thống. Phần cuối chương trình
bày sơ đồ kết nối phần cứng, quá trình hoạt động của hệ thống tạo nền tảng cho
việc viết chương trình điều khiển và giám sát.
Chương 4: Thuật toán điều khiển
Chương này trình bày thuật toán điều khiển và giám sát hoạt động của hệ thống
được mô phỏng trên PLC và phần phềm SCADA.
Chương 5: Kết quả và hướng phát triển
Chương này trình bày kết quả nhóm đã làm được và từ đó đưa ra hướng phát triển
cho hệ thống để tối ưu hóa hệ thống hơn trong tương lai
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đồ án
Nội dung của đồ án cung cấp toàn bộ các bước tiến hành và cách thức xây dựng,
thiết kế hệ thống sản xuất cà phê bột, từ đó đưa ra phương án mới giúp tiếp cận và
xây dựng mọi quy trình sản xuất hay hệ thống tự động bất kỳ trên thực tế hiện nay.
Sau khi hoàn thành hệ thống thì công nghệ trong hệ thống sẽ được ứng dụng vào
các nhà máy sản xuất cà phê bột nhằm nâng cao sản lượng, chất lượng của cà phê,
giảm chi phí vận hành nhằm giảm giá thành và tăng tính cạnh tranh của sản phẩm
trên thị trường.
Sau quá trình thực hiện đồ án nhóm thực hiện đã học được các kiến thức và kỹ
năng quan trọng trong việc tiếp cận thiết kế và xây dựng một hệ thống bất kỳ, khả
năng thiết kế - lập trình điều khiển các hệ thống trên PLC cũng như trên các giao
6


Chương 1: Tổng Quan


diện giám sát SCADA, khả năng xử lý tín hiệu từ các cảm biến và kết nối các thiết
bị cho các hệ thống giúp hỗ trợ rất nhiều cho quá trình hoạt động trong các lĩnh vực
chuyên nghành sau này.

7


Chương 2: Quy Trình Công Nghệ Sản Xuất Cà Phê

Chương 2
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ DÂY CHUYỀN
SẢN XUẤT CÀ PHÊ BỘT
2.1. Sơ lược về cách phân loại cà phê
Cà phê chia ra nhiều loại tùy theo cách rang. Rang cà phê là để cho bớt độ ẩm
trong hạt, dầu thơm tỏa ra. Chừng một thế kỷ trước, cà phê phải rang tại nhà bằng
lò than. Hiện nay người ta rang bằng gas hay bằng điện nhưng có nơi vẫn rang bằng
than, cho rằng rang bằng than ngon hơn.
Trong kỹ nghệ, cà phê được rang với số lượng lớn dùng nhiệt độ cao trong một
thời gian nhanh (khoảng 204 đến 2600 C trong vòng 5 phút). Gần đây nhất, cà phê
được kiểm soát bằng máy tính qua mọi tiến trình. Cà phê nay được bán trong các
tiệm bách hóa thường rang và xay ngay tại chỗ cho thêm phần quyến rũ và bảo đảm
với khách hàng là sản phẩm còn tươi nguyên mới ra lò.
Cà phê cũng phân biệt theo cách xay, xay mịn hay to hạt tùy theo cách pha.
Trong khoảng một trăm năm trở lại đây, người ta đã chế biến ra loại cà phê bột, chỉ
cần bỏ vào nước sôi là uống được. Cà phê bột được điều chế theo hai cách: làm khô
bằng cách đông lạnh (freeze drying) hay làm khô bằng cách phun (spray drying).
Cả hai đều phải được lọc trước để rút hết tinh chất rồi phun ra thành những hạt li ti
để làm khô. Nhiều kỹ thuật mới đã được thí nghiệm để cà phê bột không bị biến
dạng và mất mùi. Tuy nhiên những người khó tính vẫn cho rằng cà phê bột không
thể nào bằng cà phê pha được.

2.2. Quy trình công nghệ
Theo cách phân loại cà phê ở trên, quy trình công nghệ của hệ thống sản xuất cà
phê bột sẽ được chọn như sau:
Cà phê nhân sau khi qua sơ chế ban đầu được đưa vào bồn rang xử lý ở nhiệt độ
cao để giữ màu sắc và hương vị và dễ xay. Sau đó, cà phê được đưa qua máy xay
và được xay mịn thành cà phê bột giúp các chất trong cà phê dễ hòa vào nước, giúp
giải phóng CO2 và dễ hấp thụ nước nóng. Sau cùng, cà phê bột được đưa qua bồn
nguyên liệu để cho vào hộp chuyển đến khâu đóng gói. Sơ đồ khối hệ thống được
biểu diển như hình 2.1.
2.3. Xây dựng sơ đồ chi tiết và giải thích quy trình hoạt động

2


Chương 2: Quy Trình Công Nghệ Sản Xuất Cà Phê

Từ yêu cầu quy trình công nghệ của hệ thống, sơ đồ chi tiết cho hệ thống được
xây dựng như hình 2.2, từ đó trình bày được quy trình hoạt động của hệ thống cụ
thể như sau:
CÀ PHÊ
NHÂN

BỒN NGUYÊN

ĐÓNG GÓI

BỒN NGUYÊN
LIỆU

BỒN RANG


LIỆU
MÁY XAY

Hình 2.1: Sơ đồ khối của dây chuyền sản xuất cà phê
Khi hệ thống bắt đầu hoạt động ( nhấn ON ), nếu trong bồn nguyên liệu đã hết
cà phê (cảm biến hết bồn nguyên liệu 1 tác động) thì băng tải 1(băng tải nguyên
liệu) hoạt động đưa nguyên liệu vào bồn tới khi đầy ( cảm biến đầy bồn nguyên liệu
1 ) thì băng tải 1 ngưng. Đồng thời, khi nhấn ON van 1 mở đưa nguyên liệu vào
bồn rang, khi bồn rang đầy ( cảm biến đầy bồn rang) động cơ bồn rang chạy để trộn
đều cà phê trong khoản thời gian 5 phút, sau đó cà phê sẽ được đưa qua máy xay,
khi đầy bồn máy xay thì máy xay bắt đầu hoạt động trong vòng 5 phút để xay cà
phê thành bột. Sau khi cà phê được xay nát, cà phê được đưa vào bồn nguyên liệu
2. Băng tải 2 cũng hoạt động khi hệ thống bắt đầu hoạt động, băng tải 2 đưa hộp
vào vị trí xả của van 4, khi van 4 xả cà phê bột vào đầy hộp, băng tải 2 sẽ đưa hộp
đến vị trí để hoàn thành khâu đóng gói. Hệ thống ngưng hoạt động khi nhấn nút
OFF.

Hình 2.2: Sơ đồ chi tiết hệ thống
3


Chương 2: Quy Trình Công Nghệ Sản Xuất Cà Phê

4


Chương 3: Lựa Chọn Thiết Bị Và Sơ Đồ Kết Nối Phần Cứng

Chương 3

LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ SƠ ĐỒ KẾT NỐI
PHẦN CỨNG
3.1. Lựa chọn thiết bị
Trong một hệ thống bất kì thì việc lựa chọn các thiết bị thích hợp sẽ tạo nhiều
thuận lợi trong việc điều khiển giám sát hoạt động của mô hình. Sau khi tìm hiểu và
phân tích chức năng và yêu cầu của hệ thống, các thiết bị được lựa chọn như sau:
3.1.1. Lựa chọn PLC điều khiển hệ thống
3.1.1.1. Lựa chọn CPU cho PLC
PLC là bộ điều khiển trung tâm được xem như là bộ não của toàn bộ hệ thống,
mọi chức năng điều khiển - giám sát điều thông qua PLC, vì vậy việc lựa chọn
PLC thích hợp là rất quan trọng. Trên thực tế hiện nay các hệ thống pha chế dầu
nhờn sử dụng nhiều công nghệ và các loại PLC khác nhau như SIEMENS,
ROCKWELL, MITSUBISHI, OMRON, PANASONIC… mỗi loại PLC đều có các
tính năng riêng biệt nên tùy vào yêu cầu hệ thống sẽ chọn được loại PLC thích hợp
nhất.
Sau quá trình phân tích chức năng và yêu cầu của hệ thống, thì PLC S7-300 của
hãng SIEMENS được chọn là thích hợp nhất, với những ưu điểm sau:
-

Nhiều kết nối I/O.
Thời gian đáp ứng nhanh.
Yêu cầu kết nối mạng.
Có khả năng mở rộng cho sau này.
Được thiết kế dưới dạng module, thuận tiện cho việc thiết kế và lắp đặt.
Ngông ngữ lập trình đang dạng, có thể lựa chọn linh hoạt theo sở trường người
thiết kế và người vận hành.

Với những đặc tính trên, PLC có CPU 314C-2-PTP ( xem hình 3.1) được chọn
trong hệ thống sản xuất cà phê bột này. Với các thông số kỹ thuật như bảng 3.1.
3.1.1.2. Lựa chọn bộ nguồn cho PLC

Để module CPU hoạt động được cần có một bộ nguồn cung cấp. Điều kiện chọn
bộ nguồn là :
-

Nguồn cấp cho bộ nguồn phù hợp với lưới điện.
4


Chương 3: Lựa Chọn Thiết Bị Và Sơ Đồ Kết Nối Phần Cứng

-

Ngõ ra của bộ nguồn phù hợp điều kiện về áp, dòng với ngõ vào của CPU

-

Phù hợp kích thước để kết nối được với module CPU

Bộ nguồn PS 307 như hình 3.2 được chọn vì thõa hết các điều kiện trên. Thông
số kỹ thuật xem bảng 3.2.
Thông số kỹ thuật CPU 314C-2-PTP

Hình 3.1: CPU 314C-2-PTP

Mã sản phẩm

6ES7313-6BF030AB0

Nguồn cung cấp


24VDC

Dòng tiêu thụ

0.9A

Công suất

10W

Kích thước W x H x D

120 x 125 x 130

Ngõ vào số tích hợp sẵn

Sinking,
16DI(24VDC)

Ngõ ra số tích hợp sẵn

Sourcing,
16DO(24VDC)

Bộ đếm

256

Bộ định thời


256

Bộ nhớ

64kB ram

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật CPU

5


Chương 3: Lựa Chọn Thiết Bị Và Sơ Đồ Kết Nối Phần Cứng

Thông số kỹ thuật PS 307
Mã sản phẩm 6ES7307-1KA01-0AA0

Hình 3.2: Bộ nguồn PS 307

INPUT

120/230 VAC

OUTPUT

24VDC/10A

Bảng 3.2: Thông số bộ nguồn PS 307

3.1.2. Lựa chọn cảm biến cho hệ thống
Cảm biến được chọn phải đáp ứng được yêu cầu điều khiển như:

-

Đáp ứng nhanh
Độ chính xác cao
An toàn
Tiết kiệm diện tích
Phù hợp với môi trường
Thích hợp với PLC

Để đáp ứng những điều kiện trên, cảm biến quang điện loại E3F3 (xem hình
3.2) của hãng OMRON được chọn, ngoài ra nó còn mang nhiều đặc tính ưu điểm
khác như chống nhiễu, phát hiện khoản cách dài, có thể thay đổi khoản cách phát
hiện, thích hợp ở môi trường nhiệt độ cao, nhiều bụi,… Vì thế, cảm biến E3F3
được chọn trong hệ thống này. Thông số kỹ thuật như bảng 3.3.
3.1.3. Lựa chọn động cơ và thiết bị bảo vệ, điều khiển động cơ
3.1.3.1.

Lựa chọn động cơ

Động cơ điện trong dây chuyền phải đảm bảo hoạt động chắc chắn, đảm bảo
quá trình sản xuất diễn ra theo đúng yêu cầu công nghệ, không xảy ra sự cố để
tránh làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Với hệ thống sản xuất cà phê này có nhiều động cơ, mỗi động cơ mang một
nhiệm vụ khác nhau nên cần phải được chọn khác nhau. Các động cơ được chọn
như bảng 3.4.
3.1.3.2. Lựa chọn thiết bị bảo vệ và điều khiển động cơ
6


Chương 3: Lựa Chọn Thiết Bị Và Sơ Đồ Kết Nối Phần Cứng


Để các động cơ hoạt động ổn định và an toàn thì các thiết bị điều khiển và bảo
vệ cũng cần phải được chọn sao cho phù hợp với từng động cơ. Các thiết bị được
chọn như bảng 3.5.

Thông số kỹ thuật cảm biến E3F3
Nguồn cấp
12 to 24 VDC
Ngõ ra
Logic/PNP
Khoản cách phát
Tối đa 300mm
hiện
Công suất tiêu thụ
Tối đa 25mA
Ngõ ra transistor collector
Ngõ ra điều khiển
hở, tối đa 100mA, điện áp
dư: tối đa 1V ở 100mA

Hình 3.3: Cảm biến E3F3

Tên thiết bị

Động cơ băng tải
1

Động cơ băng tải
2


Động cơ bồn
rang

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật cảm biến E3F3

Hình ảnh

Thông số kỹ thuật
Hãng sản
Rossi
xuất
Công suất
1.5Hp
Điện áp
3 pha, 380V50Hz
0.85
Cos ϕ
Hiệu suất
82
(%)
Tốc độ trục
750v/ph
ra
Hãng sản
Rossi
xuất
Công suất
0.5Hp
Điện áp
3 pha, 380V50Hz

0.85
Cos ϕ
Hiệu suất
80
(%)
Tốc độ trục
300v/ph
ra
Hãng sản
Rossi
xuất
Công suất
3Hp
Điện áp
3 pha, 380V50Hz
0.85
Cos ϕ
Hiệu suất
85
(%)
Tốc độ trục
50v/ph
ra
7


Chương 3: Lựa Chọn Thiết Bị Và Sơ Đồ Kết Nối Phần Cứng
Hãng sản
xuất
Công suất

Điện áp

Động cơ máy
xay

Cos ϕ
Hiệu suất
(%)
Tốc độ

Rossi
3Hp
3 pha, 380V50Hz
0.85
83
3000v/ph

Bảng 3.4: Hình ảnh và các thông số động cơ
3.1.4. Lựa chọn van
Van dùng để đóng mở chuyển cà phê qua các công đoạn khác nhau của hệ
thống sản xuất cà phê. Van được chọn như bảng 3.6.

Tên thiết bị

Rơ le nhiệt

Contactor

CB


Nút nhấn

Hình ảnh

Thông số kỹ thuật
Dãi điều
chỉnh
3.6…5.7A
dòng
Tự động hoặc
Reset
bằng tay, chỉ thị
TRIP
Công
4 kw
suất
Tiếp
1 NC, 1 NO
điểm
Điện áp
3P - 380 V
Dòng
25 A
điện
Điện áp
380V/415 V
Dòng
định
10A
mức

Dòng
ngắn
5 kA
mạch
Điện áp
150 V
Dòng
2A
điện

Bảng 3.5: Hình ảnh và thông số các thiết bị bảo vệ, điều khiển
Hình ảnh

Đặc tính

8


Chương 3: Lựa Chọn Thiết Bị Và Sơ Đồ Kết Nối Phần Cứng
- Cơ chế tác động: piston điện từ, làm bằng
đồng hoặc thép không gỉ.
- Nguồn cung cấp: 220 VAC, 50 Hz
- Thời gian tác động: 0,3 - 0,5 s
- Dải áp suất làm việc: 0.05 - 1.0 MPa (0.5 - 10
kgf/cm2G)
- Nhiệt độ làm việc cao nhất: 380oC
- Đường kính ống : 25mm, 200mm

Bảng 3.6: Hình ảnh và các thông số van điện từ
3.2. Sơ đồ kết nối phần cứng

Nhằm hỗ trợ cho người vận hành có tầm nhìn tổng quan về cơ cấu kết nối
nguồn của toàn hệ thống, từ các sơ đồ phần cứng này người vận hành sẽ biết được
chính xác nguồn hoạt động cũng như điều khiển của các thiết bị. Tổng quan về việc
kết nối phần cứng bao gồm các sơ đồ kết nối mạch động lực, sơ đồ kết nối mạch
điều khiển.
3.2.1. Sơ đồ mạch động lực
Sơ đồ mạch động lực được trình bày chi tiết như hình 3.4, cho thấy rõ cách thức
cấp nguồn sử dụng cho từng thiết bị động lực có trong hệ thống. Nguồn 3 pha cấp
cho mạch động lực được lấy từ nguồn 3 pha của lưới điện nhà nước kéo tới có điện
áp pha 220V, tần số 50Hz phù hợp với tất cả động cơ trong hệ thống. Các thiết bị
trọng mạch có những nhiệm vụ khác nhau như:
-

CB tổng mạch động lực làm nhiệm vụ đóng cắt cho toàn mạch động lực.
CB1, CB2, CB3, CB4 làm nhiệm vụ đóng cắt từng động cơ trong hệ thống.
K1, K2, K3, K4 là các tiếp điểm contactor dùng để khởi động các động cơ.

-

R1, R2, R3, R4 là các rơ le nhiệt dùng để bảo vệ quá tải các động cơ.

3.2.2. Sơ đồ mạch điều khiển
Sơ đồ mạch điều khiển được trình bày như hình 3.5, nhằm cho người vận hành
biết được cách kết nối các thiết bị vào ra để có thế khắc phục sự cố khi xảy ra hư
hỏng thiết bị. Các thiết bị kết nối và ngõ vào, ngõ ra được trình bày như bảng 3.7.

9


Chương 3: Lựa Chọn Thiết Bị Và Sơ Đồ Kết Nối Phần Cứng


Hình 3.4: Sơ đồ mạch động lực

Hình 3.5: Sơ đồ mạch điều khiển

Địa chỉ
Thiết bị
I0.0 Nút nhấn On
I0.1 Nút nhấn OFF

Địa chỉ
Thiết bị
Q0.0 Cuộn dây contactor Đc băng tải 1
Q0.1 Cuộn dây contactor Đc bồn rang
10


Chương 3: Lựa Chọn Thiết Bị Và Sơ Đồ Kết Nối Phần Cứng

I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
I1.0
I1.1
I1.2

Cảm biến đầy bồn nguyên liệu

Cảm biến hết bồn nguyên liệu
Cảm biến đầy bồn rang
Cảm biến có hộp
Cảm biến đầy hộp
Tiếp điểm Rn1
Tiếp điểm Rn2
Tiếp điểm Rn3
Tiếp điểm Rn4

Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
Q1.0
Q1.1
Q1.2
Q1.3

Cuộn dây contactor Đc máy xay
Cuộn dây contactor Đc băng tải 2
Van 1
Van 2
Van 3
Van 4
Đèn sự cố băng tải 1
Đèn sự cố băng tải 2
Đèn sự cố động cơ bồn rang
Đèn sự cố máy xay


Bảng 3.7: Thiết bị kết nối ngõ vào ra

11


Chương 4: Thuật Toán Điều Khiển

Chương 4
THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN
4.1. Lưu đồ chương trình điều khiển
Lưu đồ giải thuật là một sơ đồ mô tả chi tiết toàn bộ quá trình xử lý của một hệ
thống điều khiển, giúp người lập trình kiểm tra tính khả thi cũng như các thiếu sót
của việc lập trình, nhanh chóng đưa ra những giải thuật để viết chương một cách
nhanh chóng và hiệu quả. Với yêu cầu điều khiển phức tạp và có nhiều bước xử lý
tuần tự như việc điều khiển, giám sát hệ thống pha chế dầu nhờn tổng hợp thì việc
thiết lập một lưu đồ chi tiết, rõ ràng sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc viết thuật
toán điều khiển trên PLC cũng như thuật toán điều khiển, giám sát.
Hệ thống hoạt động với nhiều khâu khâu khác nhau nên có từng lưu đồ riêng
cho mỗi khâu. Các lưu đồ giải thuật gồm:
-

Lưu đồ chương trình điều khiển quy trình hoạt động của hệ thống
Lưu đồ chương trình điều khiển băng tải 1

-

Lưu đồ chương trình điều khiển băng tải 2

4.1.1. Lưu đồ chương trình điều khiển quy trình hoạt động của hệ thống

Lưu đồ chương trình điều khiển quy trình hoạt động của hệ thống như hình 4.1
trình bày các quá trình hoạt động của hệ thống, các bước hoạt động như sau: Khi
nhấn ON van 1 mở ra xả cà phê nhân đã qua sơ chế ban đầu vào bồn nguyên liệu 1.
Khi bồn nguyên liệu 1 đầy ( CB đầy bồn nguyên liệu 1 phát hiện) van 1 đóng đồng
thời động cơ bồn rang hoạt động để trộn đều cà phê khi rang trong 5 phút. Sau đó
van 2 mở trong 1 phút đưa cà phê vào bồn máy xay, lúc này động cơ bồn rang vẫn
hoạt động để đưa toàn bộ cà phê vừa rang ra khỏi bồn rang. Khi van 2 đóng, máy
xay bắt đầu hoạt động để xay cà phê thành bột trong 5 phút. Sau đó van 3 mở để
đưa cà phê bột vào bồn nguyên liệu chờ đưa đi đóng gói trong thời gian 1 phút,
trong khi van 3 mở thì máy xay vẫn hoạt động để đưa hết cà phê ra khỏi bồn máy
xay. Để hệ thống hoạt động liên tục thì khi van 2 đóng thì van 1 bắt đầu xả và tiếp
tục 1 chu kì mới. Hệ thống ngừng hoạt động khi nhấn OFF hoặc có sự cố của các
động cơ.
4.1.2. Lưu đồ chương trình điều khiển băng tải 1
Lưu đồ chương trình điều khiển băng tải 1 như hình 4.2 trình bày quá trình hoạt
động của băng tải 1, quá trình hoạt động như sau: Nếu trong bồn nguyên liệu hết
cà phê nhân đã qua sơ chế ban đầu ( CB hết bồn nguyên liệu phát hiện) thì băng tải
11


Chương 4: Thuật Toán Điều Khiển

1 hoạt động đưa cà phê vào bồn tới khi nào đầy ( CB đầy bồn nguyên liệu phát
hiện) thì băng tải ngừng. Quá trình cứ như thế mà hoạt động và quá trình ngừng khi
nhấn OFF hoặc có sự cố ở các động cơ.

Hình 4.1: Lưu đồ chương trình điều khiển quy trình hoạt động của hệ thống
12



Chương 4: Thuật Toán Điều Khiển

Hình 4.2: Lưu đồ chương trình điều khiển băng tải 1
4.1.3. Lưu đồ chương trình điều khiển băng tải 2
Lưu đồ chương trình điều khiển băng tải 2 như hình 4.3 trình bày quá trình hoạt
động của băng tải 2, các bước hoạt động như sau: Khi nhấn ON băng tải 2 hoạt
động đưa hộp vào vị trí xả của cà phê ( CB phát hiện hộp tác động) thì băng tải 2
ngừng, van 4 xả ra đưa cà phê vào hộp, khi hộp đầy ( CB đầy hộp phát hiện) băng
tải 2 hoạt động, và quá trình tiếp tục lặp lại, quá trình chỉ ngừng khi nhấn OFF hoặc
có sự cố ở các động cơ.
4.2. Chương trình điều khiển PLC

13


Chương 4: Thuật Toán Điều Khiển

Chương trình điều khiển trên PLC được thiết lập cho toàn hệ thống là các giải
thuật điều khiển được viết bằng phần mềm Step7 Mcro/win theo ngôn ngữ
LADDER dựa trên nền tảng các lưu đồ giải thuật đã thiết lập (Xem phần phụ lục).

Hình 4.3: Lưu đồ chương trình điều khiển băng tải 2
4.3. Thiết kế giao diện giám sát
Giao điện điều khiển - giám sát toàn bộ hoạt động của hệ thống được thiết kế
trên màn hình mô phỏng giám sát bằng cách sử dụng phần mềm Wincc cho phép
người sử dụng thấy được quy trình hoạt động của toàn bộ hệ thống sản xuất cà phê
bột một cách trực quan. Trên giao diện thể hiện các thiết bị của hệ thống gồm các
nút nhấn ON/OFF, các đèn báo sự cố, đèn báo hệ thống đang hoạt động, các bồn
chứa và băng tải được trình bày như hình 4.4. Các Tag trong Wincc xem trong bảng
4.1.

4.4. Kết quả thực hiện

14


Chương 4: Thuật Toán Điều Khiển

Hệ thống đã được thiết kế theo đúng yêu cầu công nghệ đặt ra và được trình bày
cụ thể như sau:
Ban đầu khi nhấn ON thì hệ thống bắt đầu hoạt động. Đèn báo nhấp nháy, van 1
xả nguyên liệu vào bồn rang, băng tải 2 cũng hoạt động đưa hộp vào vị trí như hình
4.5.

Hình 4.4: Giao diện giám sát hệ thống sản xuất cà phê bột

1
2

ON
OFF

Địa
chỉ
M0.0
M1.5

3

CBDAYBONNGUYENLIEU1


M0.2

4

CBHETBONNGUYENLIEU1

M0.1

5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

CBDAYBONRANG
CBCOHOP
CBDAYHOP
RLNDCBT1
RLNDCBT2
RLNBONRANG
RLNDCMAYXAY
DCBT1
DCBONRANG
DCMAYXAY

DCBT2

M0.3
M0.6
M0.7
M1.1
M1.2
M1.3
M1.4
A0.0
A0.1
A0.2
A0.3

STT

Tag

Chức năng
Khởi động hệ thống
Ngừng hệ thống
Cảm biến phát hiện đầy bồn nguyên
liệu
Cảm biến phát hiện hết bồn nguyên
liệu
Cảm biến phát hiện đầy bồn rang
Cảm biến phát hiện có hộp
Cảm biến phát hiện cà phê đầy hộp
Rơ le nhiệt động cơ băng tải 1
Rơ le nhiệt động cơ băng tải 2

Rơ le nhiệt động cơ bồn rang
Rơ le nhiệt động cơ máy xay
Động cơ băng tải 1
Động cơ bồn rang
Động cơ máy xay
Động cơ băng tải 2
15