Hoạt động của sinh viên - Ứng dụng của đề tài trong thực tiễn và quy trình công nghệ - Tìm hiểu các thiết bị trên mô phỏng - Tìm hiểu về thiết bị điều khiển - Xây dựng thuật toán, lập t
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MÌ ĂN LIỀN
Tổng quan về mì ăn liền
Hình 1 3: Bát mì ăn liền
Sơ đồ các bước thực hiện quy trình hệ thống sản xuất mì ăn liền
Hình 1 4: Sơ đồ quy trình hệ thống sán xuất mì ăn liền
Nguyên liệu chính để chế biền mì
Nguyên liệu chính để sản xuất mì ăn liền là bột mì, được chế biến từ hạt lúa mì Tùy thuộc vào loại hạt lúa mì sử dụng, bột mì có thể khác nhau, ảnh hưởng đến chất lượng và hương vị của mì ăn liền.
Bột mì đen được chế biến từ hạt lúa mì đen, thường được sử dụng để làm bánh mì đen Loại bánh mì này có vị chua đặc trưng và chỉ phù hợp với một số vùng trên thế giới.
Bột mì trắng được chế biến từ hạt lúa mì trắng và được phân loại dựa trên chất lượng thành các hạng bột như thượng hạng, loại I, loại II và loại nghiền lẫn Tại Việt Nam, chỉ có loại I và loại thượng hạng được nhập khẩu.
Thành phần bột mì rất đa dạng, phụ thuộc vào loại bột và thành phần hóa học của hạt mì Hạt mì chứa cả chất hữu cơ và vô cơ, trong đó chất hữu cơ chiếm 83-85%, chủ yếu bao gồm glucid, protid, lipid, vitamin, sắc tố và enzym Chất vô cơ chiếm khoảng 15-17%, bao gồm nước và các khoáng chất.
Vai trò của bột mì trong sản xuất mì ăn liền:
- Là nguồn gluten và tinh bột chính của mì ăn liền
- Là chất tạo hình, tạo độ khung, hình dáng; góp phần xác định trạng thái: độ cứng, độ đặc, độ dai và độ đàn hồi cho sợi mì
- Glucid: Chiếm khoảng 70-90% chất khô, gồm đường (0,6 – 1,8%), dextrin (1 – 1,5%), hemicellulose (2 – 8%), tinh bột (80%), pentose (1,2 – 3,5%), rafinose và fructose (0,5 – 1,1%)
- Protid: Protid trong bột mì là protid không hoàn hảo, gồm có hai dạng đơn giản và phức tạp
Dạng đơn giản gọi là protein, bao gồm bốn loại: albumin, globulin, prolamin và glutelin
Protein trong bột mì bao gồm các dạng phức tạp như glucoprotein, nucleoprotein và chromoprotein Trong bột mì, prolamin (hay gliadin) và glutelin (hay glutenin) chiếm tỉ lệ cao, với prolamin chiếm 40-50% protid và glutelin chiếm 34-55% protid Khi nhào bột, hai thành phần này hút nước và tạo thành một mạng lưới đồng nhất, được gọi là gluten, có tính dai và đàn hồi Nhờ vào đặc tính này, bột mì dễ dàng được sử dụng trong sản xuất mì sợi và mì ăn liền.
Chất lượng gluten ướt được xác định thông qua các tiêu chí cảm quan và các chỉ tiêu vật lý như màu sắc, độ dai, độ căng đứt và độ đàn hồi.
Hàm lượng lipid trong bột mỡ dao động từ 2 - 3%, chủ yếu là chất béo trung tính, cùng với phosphatit, stearin, sắc tố và vitamin tan trong chất béo Trong quá trình bảo quản, chất béo dễ bị phân hủy, dẫn đến sự giải phóng axit béo tự do, điều này không chỉ ảnh hưởng đến độ axit và vị của bột mà còn tác động đến tính chất gluten.
Gia vị như bột ngọt, đường, muối, bột súp, hành, tiêu, tỏi, ớt, dầu ăn, bột trứng và bột tôm được sử dụng trong nước trộn bột và gói bột nêm, được pha chế khác nhau cho từng sản phẩm như mì gà, mì tôm và mì chay Sự kết hợp này tạo nên hương vị đặc trưng, nâng cao giá trị cảm quan cho từng loại mì.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Giời thiệu về hệ thống điều khiển
2.1.1 Tổng quan về các thiết bị
Hệ thống điều khiển dây chuyền mì ăn liền có cấu tạo chính gồm:
- Bộ PLC xử lí tín hiệu
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống
2.1.2 Tổng quan về quy trình công nghệ Đưa nước và nguyên liệu vào các tank chứa để đảm bảo nguyên liệu luôn có sẵn Khi hệ thống bắt đầu hoạt động: các van trên tank chứa bắt đầu xả bột được xả vào tank cân bột riêng đến số lượng kg nhất định rồi khóa van Nước cũng được xả vào bồn chứa nước riêng khi đã đủ số lượng nước và lượng số kg bột bắt đầu xả vào tank trộn Sau khi nguyên liệu được xả xong Cảm biến S1 và S2 có tín hiệu thì động cơ trộn bắt đầu hoạt động trong khoảng thời gian nhất định thì dừng, sau đó xả van tổng Nguyên liệu được xả vào hệ thống cán mì Bộ phận cán mì cán mỏng mì rồi đưa vào hệ thống cắt sợi Mì sau khi cán mỏng thông qua hệ thống cắt sợi tạo thành các sợi mì Sợi mì được hấp thông qua hệ thống hấp mì theo băng tải rồi chuyển đến bộ phận cắt định lượng Bộ phận cắt định lượng cắt sợi mì rồi đưa vào các khuôn tạo hình rồi đưa vào hệ thống chiên theo băng tải Mì sau khi chiên xong sẽ được đưa vào hệ thống làm nguội để mì được bảo quản lâu hơn Sau đó đưa vào băng tải tiếp theo để đóng gói sản phẩm và đếm số lượng sản phẩm.
Tìm hiểu về các thiết bị có trong hệ thống
Bồn trộn ngang là hệ thống đa năng, ứng dụng trong chế biến mì, nước giải khát, thực phẩm và hóa chất, cho phép trộn nhanh chóng và thiết kế theo nhu cầu khách hàng Với kích động tốc độ cao, bồn sử dụng khuấy lồng sóc và kinh tế xoắn bánh ổ đĩa khuấy Động cơ truyền động có tùy chọn tốc độ thay đổi, đáp ứng các chu trình chế biến khác nhau một cách lập trình.
- Kích thước tiêu chuẩn: 200-3000 gallon hoặc lớn hơn
- Cách nhiệt bằng thép không gỉ
Băng chuyền là thiết bị quan trọng trong việc di chuyển vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và nghiêng Chúng được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong ngành luyện kim để chuyển quặng và than đá, cũng như trong các trạm thủy điện để vận chuyển nhiên liệu.
Cấu tạo chung của băng chuyền:
Hình 2 2: Cấu tạo chung của băng truyền
(1) – Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật
(2) – Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo
(3) – Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo
Hệ thống đỡ, bao gồm con lăn và giá đỡ, được đặt dưới bộ phận kéo, giúp tạo ra bề mặt trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc.
Trong thực tế, các hệ thống phân loại tự động có quy mô khác nhau tùy thuộc vào độ phức tạp của yêu cầu phân loại sản phẩm, do đó băng chuyền cần được thiết kế với kích thước phù hợp Nhằm đáp ứng nhu cầu này, nhóm đồ án sẽ thiết kế và thi công một mô hình nhỏ gọn nhưng chức năng tương tự thực tế, với mục tiêu tạo ra băng chuyền để vận chuyển và phân loại sản phẩm theo kích thước đã được xác định trước.
Hình 2 3: Bộ phận cán bột
Sau khi hoàn thành quá trình trộn bột, khối bột sẽ được đưa vào hệ thống cán để tạo thành những thanh bột mỏng Việc cán dẹt bột giúp giảm lượng không khí bên trong, đồng thời làm cho bột trở nên dẻo và dễ tạo hình hơn.
Công đoạn cán bột bao gồm hai bước chính: cán tỉnh và cán thô Sau khi thực hiện, độ dày của bột đạt từ 0,8 đến 1,2mm, với yêu cầu bề mặt mịn màng, không có lỗ xốp và không bị rách Chất lượng của giai đoạn cán bột phụ thuộc vào chất lượng gluten trong quá trình nhào và trộn bột.
Hình 2 4: Cắt sợi, đùn bông
Việc tạo hình sợi mi phụ thuộc vào quy trình cắt sợi và đùn bông, với mục tiêu nâng cao tính thẩm mỹ cho sợi mi Trong công đoạn đùn bông, bột được cán mỏng và sau đó di chuyển qua băng chuyền đến máy cắt sợi Tại đây, các dao cắt thực hiện việc cắt dọc bột để tạo ra các sợi mi Đặc biệt, bộ phận lược tỷ sát bề mặt trục dao giúp gỡ sợi mi ra khỏi các rãnh, tránh tình trạng rối sợi mì.
Khi sợi mì vừa ra khỏi dao cắt, nó có hình dạng thẳng nhưng do tốc độ ra khỏi dao lớn hơn tốc độ băng chuyền, sợi mì bị đùn lại và tạo ra gợn sóng Kết quả là sợi mì có hình gợn sóng đồng đều, không bị răng cưa và có đường kính khoảng 0,8-1mm Trong công đoạn này, cần chú ý không để sợi mì bị rối, chập, gợn sóng không đều, hoặc dao cắt không đứt hẳn sợi mì.
2.2.5 Hệ thống hấp sợi mì
Hình 2 5: Hệ thống hấp mì
Sau khi tạo hình, sợi mì được hấp để làm chín sơ bộ, tăng độ dai giòn và rút ngắn thời gian chiên Công đoạn này cũng giúp loại bỏ hoạt tính của enzym có trong nguyên liệu, khiến sợi mì trở nên vàng, mềm và dai hơn, đạt độ chín khoảng 80-90% Quan trọng nhất, sợi mì sau khi hấp không bị biến dạng hay dính lại trên băng tải Sau khi hấp xong, sợi mì được thổi nguội để làm khô, tạo điều kiện cho các bước tiếp theo.
Tạo khuôn vắt mì là quá trình đưa mì vào các khuôn cố định với nhiều hình dạng như hình lỵ, hình chữ nhật hoặc hình tròn Để đảm bảo mì được cố định, khuôn sẽ được gắn trên xích tải Trong bước này, cần chú ý rằng vắt mì phải được tạo hình vuông vắn và đều đặn để đảm bảo chất lượng.
Quá trình tiếp theo trong sản xuất mì gói là sấy hoặc chiên, giúp bảo quản mì hiệu quả hơn và mang lại độ giòn xốp Trong quá trình chiên, một phần nước trong mì chuyển hóa thành chất béo, tạo ra hương vị thơm ngon đặc trưng.
Sau công đoạn chiên hoặc sấy mi, vắt mi có độ ẩm dưới 4,5% Sợi mi không bị cháy khét, dính dầu, đốm sống hay vỡ vụn
Sau khi chiên mì, cần làm khô dầu và làm nguội mì về nhiệt độ thường Việc sử dụng thiết bị làm nguội giúp ức chế quá trình oxy hóa của chất béo trong mì Sau khi làm nguội, sợi mì sẽ ráo và khô, giảm thiểu lượng dầu dư thừa.
Nhiều đơn vị sản xuất hiện nay đã áp dụng máy đóng gói để thực hiện quy trình đóng gói mì ăn liền Loại bao bì thường được sử dụng là máy đóng gói nằm ngang Qua bảng tài, mì được chuyển vào bộ phận đóng gói, nơi cuộn màng sẽ di chuyển để tạo túi và cắt, đồng thời hàn chặt các miệng túi.
Thiết bị cảm biến
Cảm biến quang điện (Photoelectric sensor, PES) là thiết bị được cấu thành từ các linh kiện quang điện, hoạt động dựa trên sự thay đổi tính chất của bề mặt cảm biến khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào Tín hiệu quang được chuyển đổi thành tín hiệu điện thông qua hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot khi có ánh sáng chiếu tới.
Cấu trúc của cảm biến quang khá đơn giản, gồm ba thành phần chính:
Hình 2 7: Cấu trúc cảm biến quang
Hiện nay, cảm biến quang chủ yếu sử dụng LED bán dẫn để phát ra ánh sáng theo nhịp xung đặc biệt, giúp phân biệt ánh sáng của cảm biến với ánh sáng từ các nguồn khác như ánh sáng mặt trời Các loại LED phổ biến bao gồm LED đỏ, LED hồng ngoại và LED laser, trong khi một số dòng cảm biến đặc biệt còn sử dụng LED trắng hoặc LED xanh lá.
Bộ thu sáng thường là một phototransistor, có chức năng cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ Hiện nay, nhiều cảm biến quang sử dụng mạch tích hợp chuyên dụng ASIC (Application Specific Integrated Circuit), tích hợp tất cả các bộ phận quang, khuếch đại xử lý và vi mạch Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phận phát hoặc ánh sáng phản xạ từ vật bị phát hiện.
➢ Mạch xử lý tín hiệu ra
Mạch đầu ra của cảm biến quang chuyển tín hiệu tỉ lệ (analog) thành tín hiệu On/Off đã được khuếch đại Khi ánh sáng thu được vượt quá ngưỡng xác định, tín hiệu ra sẽ được kích hoạt Dù một số cảm biến thế hệ trước vẫn sử dụng mạch nguồn và tiếp điểm rơ-le, nhưng hiện nay, hầu hết các cảm biến đều sử dụng tín hiệu bán dẫn (PNP/NPN) Ngoài ra, một số cảm biến quang còn cung cấp tín hiệu tỉ lệ để phục vụ cho việc đo đếm.
Hình 2 8: Cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản là
Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensors) phản ứng khi có vật ở gần, thường ở khoảng cách chỉ vài mm Chúng thường được sử dụng để phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy, từ đó kích hoạt các chức năng khác của máy Đặc biệt, cảm biến này hoạt động hiệu quả ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt.
Cảm biến tiệm cận chuyển đổi chuyển động hoặc sự xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện thông qua ba hệ thống phát hiện chính Đầu tiên, hệ thống sử dụng dòng điện xoáy phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ Thứ hai, hệ thống dựa vào sự thay đổi điện dung khi tiếp cận vật thể cần phát hiện Cuối cùng, hệ thống sử dụng nam châm và công nghệ chuyển mạch cộng từ để thực hiện chức năng phát hiện.
Cảm biến tiệm cận hoạt động dựa trên nguyên lý trường điện từ, phát ra xung quanh với khoảng cách tối đa 30mm Khi có vật thể tiếp xúc, cảm biến sẽ gửi tín hiệu về bộ xử lý để thực hiện các chức năng cần thiết.
Cảm biến tiện cận nặng loadcell là thiết bị chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện Giá trị tác dụng của cảm biến tỉ lệ với sự thay đổi điện trở trong cầu điện trở, từ đó cung cấp tín hiệu điện áp tương ứng Loadcell điện trở hoạt động dựa trên nguyên lý áp lực – trở kháng, khi lực tác động lên cảm biến sẽ làm thay đổi trở kháng, dẫn đến sự thay đổi điện áp đầu ra khi có điện áp đầu vào.
Cảm biến loadcell được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, bao gồm việc đo khối lượng vật phẩm, phân phối trọng lượng sản phẩm đồng đều trong các dây chuyền tự động hóa và đo trọng lượng xe tải.
Thiết bị điều khiển PLC S7-1200
PLC Siemens S7 – 1200 được thiết kế dạng module nhỏ gọn, linh hoạt, phù hợp cho một loạt các ứng dụng
PLC S7-1200 sở hữu giao diện truyền thông đạt tiêu chuẩn cao nhất trong ngành công nghiệp Với đầy đủ các tính năng công nghệ mạnh mẽ và tích hợp sẵn, PLC S7-1200 được coi là một giải pháp tự động hóa toàn diện và hoàn chỉnh.
SIMATIC S7-1200 là giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng tự động hóa từ nhỏ đến trung bình, với đặc điểm nổi bật là tích hợp cổng truyền thông Profinet (Ethernet) Việc sử dụng phần mềm Simatic Step 7 Basic cho lập trình PLC và HMI giúp đơn giản hóa quy trình thiết kế, lập trình và thi công hệ thống điều khiển, mang lại hiệu quả cao trong công việc.
• 3 bộ điều khiển nhỏ, với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng
• 2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU
• 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và
• 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
• Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24VDC
2.4.2 Cấu trúc bên trong PLC S7 – 1200
PLC S7 1200 có 4 bộ phận cơ bản: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất/ nhập
Bộ xử lý trung tâm (CPU) là thành phần quan trọng trong bộ vi xử lý, có hai chức năng chính Đầu tiên, CPU biên dịch các tín hiệu đầu vào, giúp hệ thống hiểu và xử lý thông tin Thứ hai, nó thực hiện các hành động điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC, đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.
Bộ nguồn có vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi điện áp AC thành DC (24V), cung cấp năng lượng cần thiết cho các bộ vi xử lý và mạch điện trong module giao tiếp nhập xuất.
• Bộ nhớ: Lưu trữ các chương trình để sử dụng cho các hoạt động dưới sự quản lý của bộ vi xử lý
Các thành phần giao tiếp nhập/xuất đóng vai trò quan trọng trong việc nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền đạt đến các thiết bị điều khiển Tín hiệu đầu vào có thể đến từ các công tắc hoặc cảm biến, trong khi tín hiệu đầu ra có thể là động cơ hoặc biến tần.
• Chương trình điều khiển được nạp vào với sự giúp đỡ của bộ lập trình hay bằng máy vi tính
2.4.3 Các modun mở rộng của PLC S7 – 1200
Bộ S7 1200 cho phép kết nối tối đa 8 module tín hiệu đa dạng và 1 mạch tín hiệu cho bộ vi xử lý, mang lại khả năng mở rộng linh hoạt Ngoài ra, thiết bị còn hỗ trợ 3 module giao tiếp thông qua các giao tiếp truyền thông hiện đại.
Module Ngõ vào Ngõ ra Ngõ vào/ra
16 x DC/ 16 x Relay Analog 4 x Analog 2 x Analog 4 x Analog/ 2 x Analog Board tín hiệu (SB)
2.4.4 Dòng PLC S7 – 1200 1215C AC/DC/Rly
• Kích thước vật lý: 130x100x75 (mm)
• Kích thước bộ đếm I/O: 1024 bytes
• Module mở rộng ra vào (SM): 8
• Cổng truyền thông: 2 cổng Ethernet
Bảng 2 1: Tập lệnh xử lý bít
Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ là n bằng 1
Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ n là 0
Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại
Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ
Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 0 và ngược lại
Chỉ sử dụng một lệnh out not cho 1 địa chỉ
Giá trị của các bit địa chỉ n sẽ trở thành 1 khi đầu vào của lệnh nhận giá trị 1 Ngược lại, nếu đầu vào của lệnh là 0, bit này sẽ giữ nguyên trạng thái hiện tại.
Giá trị của các bit địa chỉ n sẽ là 0 khi đầu vào lệnh bằng 1, trong khi nếu đầu vào lệnh bằng 0, bit này sẽ giữ nguyên trạng thái hiện tại.
Bảng 2 2: Tập lệnh Timer, Counter
Timer trễ không nhớ – TON sẽ tự động reset và ngừng hoạt động khi ngõ vào IN không còn tác động Việc thay đổi PT trong quá trình Timer vận hành không ảnh hưởng đến Counter đếm lên – CTU.
Khi tín hiệu ngõ vào CU chuyển từ 0 lên 1, giá trị bộ đếm CV sẽ tăng lên 1 Ngõ ra Q sẽ được kích hoạt khi giá trị CV lớn hơn PV Nếu trạng thái R (Reset) được tác động, bộ đếm CV sẽ được đặt lại.
Bảng 2 3: Tập lệnh toán học
Lệnh so sánh dùng để so sánh hai giá trị IN1 và IN2 bao gồm IN1= IN2, IN1>= IN2, IN1 IN2, IN1 IN2
Khi so sánh hai kiểu dữ liệu giống nhau, nếu điều kiện so sánh được thỏa mãn, kết quả sẽ là mức 1 = TRUE (tác động mức cao); ngược lại, kết quả sẽ là FALSE Các kiểu dữ liệu có thể so sánh bao gồm: SInt, Int, Dint, USInt, UDInt và Real.
Lreal, String, Time, DTL, Constant
Lệnh cộng ADD: OUT = IN1 + IN2
Lệnh trừ SUB: OUT = IN1 -IN2
Tham số IN1, IN2 phải cùng kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal, Constant
Tham số OUT có kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal
Tham số ENO có giá trị bằng 1 khi quá trình thực thi không gặp lỗi Ngược lại, nếu có lỗi xảy ra trong quá trình thực hiện lệnh, ENO sẽ có giá trị bằng 0.
Kết quả toán học có thể không nằm trong giới hạn của kiểu dữ liệu Nếu một trong các giá trị đầu vào là NaN, kết quả trả về sẽ là NaN.
ADD Real/Lreal: Nếu cả hai giá trị IN là INF có dấu khác nhau, đây là một khai báo không hợp lệ và được trả về NaN
Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ vào IN đến ngõ ra OUT mà không làm thay đổi giá trị ngõ IN
EN: cho phép ngõ vào
ENO: cho phép ngõ ra
IN: nguồn giá trị đến
SƠ ĐỒ CẦU TRÚC CỦA HỆ THỐNG
Sơ đồ khối hệ thống
Hinh 3 1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất mì ăn liền
Bài viết này trình bày về 15 thiết bị điều khiển (DI) quan trọng trong quy trình sản xuất, bao gồm 4 nút chức năng: Start, Stop, Auto và Manual Ngoài ra, có các cảm biến như cảm biến tiệm cận mức 1 và mức 2, cảm biến cán mì, cảm biến cắt sợi, cảm biến hấp mì, cảm biến cắt định lượng, cảm biến chiên, cảm biến bật băng tải 3, cảm biến đóng gói và cảm biến đếm sản phẩm Những thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa và kiểm soát chất lượng sản phẩm trong ngành thực phẩm.
+ 2 AI: Loadcell bột; Loadcell nước
Trong quy trình sản xuất mì, các thiết bị quan trọng bao gồm van xả nguyên liệu bột, van xả bột, van xả nguyên liệu nước, và van xả nước Hệ thống trộn nguyên liệu được hỗ trợ bởi động cơ trộn, trong khi hệ thống cán mì và hệ thống cắt sợi mì đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn Các băng tải 1, 2, và 3 đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm Hệ thống hấp mì và hệ thống cắt định lượng giúp kiểm soát chất lượng, tiếp theo là hệ thống chiên mì và hệ thống làm nguội Cuối cùng, hệ thống đóng gói sản phẩm hoàn thiện quy trình sản xuất.
- PLC S7 – 1200 1215C AC/DC/RLY 14DI/10DO/2AI
❖ Cấp điều khiển, giám sát:
Lưu đồ thuật toán chương trình
3.2.1 Lưu đồ thuật toán tổng quát của hệ thống
Hinh 3 2: Lưu đồ thuật toán tổng quát
3.2.2 Lưu đồ khởi động hệ thống và sử lý tìn hiệu tương tự
Hinh 3 3: Khơi động hệ thống và sử lý tín hiệu tương tự
3.2.3 Lưu đồ chọn chế độ làm việc
Hinh 3 4: chọn chế độ làm việc
3.2.4 Lưu đồ chế độ auto
Hinh 3 5: Lưu đồ chế độ auto
3.2.5 Lưu đồ chế độ manual
Hinh 3 6: Lưu đồ chế độ manual
THIẾT KẾ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRÊN
Mô tả quy trình hoạt động của hệ thống điều khiển
Nguyên liệu đã được đưa sẵn vào các tank chứa và đảm bảo luôn có sẵn
Khi hệ thống hoạt động, nhấn nút Auto để tự động xả các van nguyên liệu bột và nước Cảm biến loadcell sẽ gửi tín hiệu về lượng bột và nước cho chương trình PLC để xử lý tín hiệu.
Khi đã đạt được lượng bột và nước cần thiết, các van nguyên liệu sẽ tự động khóa lại, trong khi van xả nguyên liệu được mở để đưa vào hệ thống trộn.
Khi nguyên liệu được đưa vào bồn trộn, cảm biến tiệm cận mức 1 sẽ phát tín hiệu Khi nguyên liệu đạt đến cảm biến mức 2, hệ thống trộn sẽ được khởi động Sau khi hết thời gian trộn đã đặt trước, nguyên liệu sẽ được xả xuống hệ thống càn mì Trong suốt quá trình trộn cho đến khi xả hết nguyên liệu, các van xả nguyên liệu sẽ không được mở Khi nguyên liệu đã được xả hết và cảm biến tiệm cận mức 1 không còn tín hiệu, van xả nguyên liệu trộn sẽ được khóa lại và các van xả nguyên liệu sẽ được mở.
Hệ thống sản xuất mì hoạt động tự động thông qua các cảm biến Cảm biến cán mì kích hoạt khi có nguyên liệu vào hệ thống, tiếp theo là hệ thống cắt sợi và băng tải 1 khi cảm biến cắt sợi nhận tín hiệu Hệ thống hấp mì hoạt động khi cảm biến hấp mì có tín hiệu, và tương tự, hệ thống cắt định lượng và băng tải 2 cũng hoạt động theo tín hiệu từ cảm biến cắt định lượng Hệ thống chiên mì khởi động khi cảm biến chiên mì nhận tín hiệu, trong khi hệ thống làm nguội hoạt động khi cảm biến làm nguội có tín hiệu Sau khi mì được làm nguội, chúng được chuyển đến băng tải 3, hoạt động khi có mì trên đó Khi mì đến cảm biến đóng gói, hệ thống đóng gói sẽ khởi động Cuối cùng, cảm biến đếm sẽ theo dõi số lượng gói mì sản xuất và tính toán số thùng mì.
Khi nhấn nút Manual, chế độ làm việc thủ công sẽ được kích hoạt, cho phép người dùng điều khiển bật hoặc tắt các thiết bị trong hệ thống một cách trực tiếp thông qua màn hình HMI.
Địa chỉ vào ra của hệ thống trên phần mềm Tia portal
Hình 4 1: Bảng địa chỉ vào trong Tia portal
Khi sử dụng 15DI và 2AI trong hệ thống, cần đặt địa chỉ là biến %I khi áp dụng trên cấp trường Nếu muốn mô phỏng các nút ấn và cảm biến để thay đổi giá trị, có thể chuyển sang sử dụng biến %M.
Hình 4 2: Bảng địa chỉ ra trong Tia portal
Gồm 16DO như trên hình 4.2
4.2.3 Địa chỉ nút ấn mô phỏng trong chế độ manual
Hình 4 3: Địa chỉ nút ấn mô phỏng trong chế độ manual
Chương trình điều khiển hệ thống trên Tia portal
4.3.1 Điều khiển hệ thống và chọn chế độ
Hình 4 4: chương trình điều khiển hệ thống và chọn chế độ
4.3.2 Chương trình xử lý tín hiệu tương tự
Hình 4 5: chương trình sử lý tìn hiệu bột và nước
4.3.3 Chương trình điều khiển lưu lượng bột
Hình 4 6: chương trình điều khiển lưu lượng bột
4.3.3 chương trình điều khiển lưu lượng nước
Hình 4 7: Chương trình điều khiển lưu lượng nước
4.3.4 Chương trình giám sát nguyên liệu
Hình 4 8: Chương trình giám sát nguyên liệu
4.3.5 Chương trình điều khiển hệ thống trộn
Hình 4 9: Điều khiển hệ thống trộn
4.3.6 Chương trình điều khiển van xả nguyên liệu trộn
Hình 4 10: Chương trình điều khiển xả nguyên liệu trộn
4.3.7 Chương trình điều khiển hệ thống cán mì
Hình 4 11: Chương trình điều khiển hệ thống cán mì
4.3.7 Chương trình điều khiển hệ thống cắt sợi và BT 1
Hình 4 12: Chương trình điều khiển hệ thống cắt sợi và BT1
4.3.8 Chương trình điều khiển hệ thống hấp mì
Hình 4 13: Chương trình điều khiển hệ thống hấp mì
4.3.9 Chương trình điều khiển hệ thống cắt định lượng và BT2
Hình 4 14: CT điều khiển hệ thống cắt định lượng và BT2
4.3.10 Chương trình điều khiển hệ thống chiên mì
Hình 4 15: Chương trình điều khiển hệ thống chiên mì
4.3.11 Chương trình điều khiển hệ thống làm nguội
Hình 4 16: Chương trình điều khiển hệ thống làm nguội
4.3.12 Chương trình điều khiển băng tải 3 và hệ thống đóng gói
Hình 4 17: Chương trình điều khiển BT 3 và HT đóng gói
4.3.13 Chương trình đếm sản phẩm
Hình 4 18: Chương trình đếm sản phẩm
THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG TRÊN WINCC
Giới thiệu WinCC
WinCC in TIA Portal is a powerful software developed by Siemens for designing Human Machine Interface (HMI) and Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) systems.
Thiết kế giao diện HMI cho phép người dùng xây dựng các giao diện điều khiển và giám sát trực quan, giúp dễ dàng quản lý các hệ thống tự động hóa trong ngành công nghiệp.
WinCC có khả năng thu thập và giám sát dữ liệu từ các thiết bị và cảm biến trong hệ thống, hiển thị dữ liệu dưới dạng biểu đồ, báo cáo và nhiều hình thức khác Người dùng có thể điều khiển và giám sát các quá trình sản xuất từ xa thông qua giao diện thân thiện của WinCC.
WinCC cung cấp chức năng quản lý người dùng, cho phép phân quyền truy cập và điều khiển, đảm bảo an toàn và bảo mật cho hệ thống Ngoài ra, WinCC còn tích hợp hiệu quả với các hệ thống PLC của Siemens, giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển và giám sát.
Kết nối WinCC với S7 - 1200
PLC S7-1200 có một cổng PROFINET được tích hợp, hỗ trợ cả tiêu chuẩn truyền thông Ethernet và giao thức TCP/IP để kết nối với WINCC
Hình 5 1: Kết nối WinCC với S7-1200
Giao diện thiết kế WinCC cho hệ thống
Hình 5 2: Giao diện WinCC hệ thống
Bật công tắc mô phỏng để thự hiện mô phỏng
Chế độ auto cho phép hệ thống tự động điều khiển theo giá trị đã đặt, bao gồm số kg bột, lượng nước và thời gian trộn Các hệ thống khác hoạt động dựa trên cảm biến để đảm bảo quy trình trộn hiệu quả.
Hình 5 4: Chế độ manual Ở chế độ manual: các hệ thống sẽ được điều khiển bằng tay và bất tắt các thiết bị mong muốn
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Dự án "Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống sản xuất mì ăn liền" đã hoàn thành cơ bản nhiệm vụ được giao, mặc dù còn nhiều thiếu sót và cần cải thiện thêm chức năng Hệ thống mô phỏng hiện tại đã đạt được độ ổn định tương đối.
Sau khi nghiên cứu và hoàn thành đề tài, nhóm đã thiết kế và mô phỏng thành công “Hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống sản xuất mì ăn liền”, đạt được các mục tiêu ban đầu đã đề ra.
- Ứng dụng các phần mềm WinCC thiết kế mô phỏng hệ thống
- Sử dụng phần mềm TIA Portal để lập trình điều khiển hệ thống
- Kết quả đạt được thông qua quá trình thực nghiệm đã đúng với những gì đã dự kiến ban đầu
Để phát triển hệ thống mô phỏng cho ứng dụng trong sản xuất công nghiệp, cần thiết kế và tính toán chi tiết, đặc biệt là phần điều khiển và các hệ thống trong dây chuyền sản xuất, nhằm đảm bảo an toàn thực phẩm Ngoài ra, cần có chuyên môn về kỹ thuật thực phẩm và kinh nghiệm thực tế với các hệ thống sản xuất để hiểu rõ quy trình vận hành máy móc Bên cạnh việc sản xuất mì ăn liền, cần phát triển các gói gia vị để hoàn thiện sản phẩm Cuối cùng, sản phẩm mì cần trải qua bước thẩm định trước khi đến tay người tiêu dùng.
