Đồ án HCMUTE: Điều khiển và giám sát nhiệt độ mô hình tháp sấy phun trong nhà máy gạch men

Khám phá đồ án HCMUTE về điều khiển và giám sát nhiệt độ mô hình tháp sấy phun trong nhà máy gạch men, ứng dụng công nghệ hiện đại.

• Tác giả: Nguyễn Phi Long
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Văn Thuyên
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Điều khiển và giám sát nhiệt độ mô hình tháp sấy phun trong nhà máy gạch men
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Mục tiêu đề tài
• 1.2. Giới hạn đề tài
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
• 1.5. Nội dung đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về quy trình sản xuất gạch men
• 2.2. Mô tả thiết bị
• 2.3. Cơ sở lý thuyết về mô hình tháp sấy
• 2.4. Thiết bị gia nhiệt
• 2.5. Thiết bị hồi tiếp nhiệt độ
• 2.6. Thiết bị điều khiển
• 2.7. Thiết bị giám sát
• 2.8. Thuật toán điều khiển PID
• 2.8.1. Giới thiệu bộ điều khiển PID
• 2.8.2. Thiết kế bộ điều khiển PID
• 2.9. Lựa chọn mạng truyền thông
• 2.9.1. Tổng quan về mạng truyền thông công nghiệp
• 2.9.2. DeviceNet
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
• 3.1. Yêu cầu thiết kế hệ thống
• 3.2. Lựa chọn thiết bị
• 3.2.1. Lựa chọn cảm biến nhiệt độ
• 3.2.2. Lựa chọn bộ chuyển đổi tín hiệu
• 3.2.3. Lựa chọn thiết bị gia nhiệt
• 3.2.4. Lựa chọn mạch công suất cho thiết bị gia nhiệt
• 3.2.5. Lựa chọn động cơ bơm
• 3.2.6. Lựa chọn bộ điều khiển
• 3.2.7. Lựa chọn màn hình HMI
• 3.3. Một vài thiết bị khác
• 3.4. Kết nối PLC và các thiết bị khác
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
• 4.1. Yêu cầu thiết kế
• 4.2. Sơ đồ trạng thái điều khiển hệ thống
• 4.3. Sơ đồ trạng thái chương trình chính
• 4.4. Sơ đồ trạng thái chương trình con Auto
• 4.5. Sơ đồ trạng thái chương trình con Manual
• 4.6. Lựa chọn và thiết kế giao diện giám sát
• 4.6.1. Lựa chọn phần mềm thiết kế SCADA
• 4.6.2. Lựa chọn phần mềm thiết kế HMI
• 4.6.3. Thiết kế giao diện SCADA
• 4.6.4. Thiết kế HMI
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ
• 5.1. Kết quả mô hình tháp sấy phun
• 5.2. Kết quả hiển thị trên SCADA
• 5.3. Kết quả hiển thị trên HMI
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa, việc tự động hóa trong sản xuất gạch men trở nên cần thiết. Giám sát nhiệt độ trong tháp sấy phun là một yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Hệ thống tự động hóa giúp giảm chi phí, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Việc áp dụng công nghệ như PLC và SCADA trong quy trình sản xuất gạch men không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình mà còn đảm bảo an toàn trong sản xuất. Đề tài này nhằm nghiên cứu và phát triển hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất.

1.1 Mục tiêu đề tài

Mục tiêu của đề tài là thiết kế mô hình phần cứng cho tháp sấy phun và phát triển giải thuật PID để điều khiển nhiệt độ ổn định tại 210°C. Hệ thống sẽ có hai chế độ hoạt động: tự động và bằng tay, cho phép người vận hành điều khiển từ xa thông qua giao diện HMI hoặc SCADA. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ tự động hóa trong ngành sản xuất gạch men. Việc xây dựng giải thuật PID giúp ổn định nhiệt độ trong các hệ thống sấy, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm. Hệ thống giám sát SCADA cho phép theo dõi và điều khiển từ xa, giúp người vận hành dễ dàng phát hiện và xử lý sự cố kịp thời. Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình sản xuất.

II. Cơ Sở Lý Thuyết

Chương này trình bày tổng quan về quy trình sản xuất gạch men, bao gồm các công đoạn như nghiền, ủ hồ, và sấy phun. Cảm biến nhiệt độ và thiết bị điều khiển là những thành phần quan trọng trong hệ thống. Việc sử dụng công nghệ sấy hiện đại giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm thiểu tỷ lệ phế phẩm. Hệ thống điều khiển PID được áp dụng để duy trì nhiệt độ ổn định, đảm bảo quá trình sấy diễn ra hiệu quả.

2.1 Tổng quan về quy trình sản xuất gạch men

Quy trình sản xuất gạch men bao gồm nhiều công đoạn, trong đó sấy phun đóng vai trò quan trọng. Nguyên liệu sau khi được nghiền sẽ được đưa vào tháp sấy, nơi nhiệt độ cần được kiểm soát chặt chẽ. Việc giám sát và điều khiển nhiệt độ trong tháp sấy không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà còn đến hiệu suất sản xuất. Hệ thống tự động hóa giúp giảm thiểu sai sót và nâng cao hiệu quả sản xuất.

2.2 Thiết bị và công nghệ sử dụng

Hệ thống sử dụng các thiết bị như cảm biến nhiệt độ, bộ điều khiển PID và phần mềm SCADA để giám sát và điều khiển quá trình sấy. Cảm biến nhiệt độ giúp thu thập dữ liệu chính xác về nhiệt độ trong tháp sấy, trong khi bộ điều khiển PID đảm bảo nhiệt độ được duy trì ổn định. Phần mềm SCADA cho phép người vận hành theo dõi và điều chỉnh hệ thống từ xa, nâng cao tính linh hoạt và hiệu quả trong sản xuất.

III. Thiết Kế Hệ Thống

Chương này trình bày chi tiết về thiết kế phần cứng và phần mềm cho hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ trong tháp sấy phun. Các thiết bị được lựa chọn dựa trên yêu cầu kỹ thuật và tính khả thi trong thực tế. Hệ thống được thiết kế để đảm bảo tính ổn định và độ chính xác cao trong việc điều khiển nhiệt độ.

3.1 Thiết kế phần cứng

Phần cứng của hệ thống bao gồm các cảm biến, bộ điều khiển và thiết bị gia nhiệt. Cảm biến nhiệt độ được lựa chọn dựa trên độ chính xác và khả năng tương thích với hệ thống. Bộ điều khiển PID được thiết kế để điều chỉnh nhiệt độ trong tháp sấy, đảm bảo quá trình sấy diễn ra hiệu quả. Hệ thống cũng được trang bị các thiết bị an toàn để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.

3.2 Thiết kế phần mềm

Phần mềm SCADA được thiết kế để giám sát và điều khiển hệ thống từ xa. Giao diện người dùng được tối ưu hóa để dễ dàng theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ trong tháp sấy. Phần mềm cũng cung cấp các báo cáo và phân tích dữ liệu, giúp người vận hành đưa ra quyết định kịp thời và chính xác. Việc tích hợp phần mềm với hệ thống điều khiển giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống.

IV. Kết Quả và Đánh Giá

Chương này trình bày kết quả đạt được từ việc thực hiện đề tài. Các thông số về nhiệt độ trong tháp sấy phun được ghi nhận và phân tích. Hệ thống đã hoạt động ổn định, đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật đề ra. Việc giám sát và điều khiển từ xa thông qua SCADA đã giúp nâng cao hiệu quả sản xuất.

4.1 Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống có khả năng duy trì nhiệt độ ổn định trong tháp sấy. Các thông số được ghi nhận cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong chất lượng sản phẩm. Hệ thống đã hoạt động hiệu quả, đáp ứng được yêu cầu sản xuất. Việc giám sát từ xa thông qua SCADA đã giúp người vận hành dễ dàng theo dõi và điều chỉnh hệ thống khi cần thiết.

4.2 Đánh giá hiệu quả

Đánh giá hiệu quả của hệ thống cho thấy việc áp dụng công nghệ tự động hóa đã mang lại nhiều lợi ích. Giám sát nhiệt độ chính xác giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu tỷ lệ phế phẩm. Hệ thống cũng giúp tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất, đồng thời đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển

Chương cuối cùng tổng kết lại những kết quả đạt được và đề xuất hướng phát triển cho đề tài. Việc nghiên cứu và phát triển hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ trong tháp sấy phun đã mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành sản xuất gạch men. Hệ thống có thể được cải tiến và mở rộng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong sản xuất.

5.1 Kết luận

Nghiên cứu đã thành công trong việc thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ trong tháp sấy phun. Hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả, đáp ứng được yêu cầu sản xuất. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa đã giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu rủi ro trong quá trình sản xuất.

5.2 Hướng phát triển

Hướng phát triển cho đề tài có thể bao gồm việc mở rộng hệ thống để giám sát nhiều thông số khác nhau trong quy trình sản xuất. Việc tích hợp thêm các công nghệ mới như IoT có thể giúp nâng cao khả năng giám sát và điều khiển từ xa, tạo ra một hệ thống sản xuất thông minh hơn.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế công nghiệp hóa và hiện đại hóa, các ngành sản xuất hàng hóa đóng vai trò trọng yếu đối với sự phát triển kinh tế và đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng đời sống xã hội. Ngành sản xuất gạch men là một lĩnh vực thiết yếu, phục vụ nhu cầu xây dựng và trang trí kiến trúc. Trước đây, quy trình sản xuất gạch men tại nhiều cơ sở chủ yếu mang tính thủ công, phụ thuộc vào lao động chân tay và trang thiết bị lạc hậu. Phương thức này dẫn đến năng suất lao động thấp, lãng phí thời gian, chi phí sản xuất cao và tỷ lệ phế phẩm lớn do chất lượng sản phẩm không đồng đều.

Quy trình sản xuất gạch men là một chuỗi các công đoạn liên tiếp phức tạp, trong đó công đoạn sấy phun bùn (hồ xương) thành dạng bột khô có ý nghĩa quyết định đối với chất lượng phôi gạch trước khi đưa vào máy ép tạo hình. Nhằm khắc phục những hạn chế của phương pháp truyền thống, việc ứng dụng các bộ điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller) kết hợp cùng hệ thống thu thập dữ liệu và giám sát SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là giải pháp tự động hóa cần thiết. PLC mang lại khả năng xử lý thuật toán số linh hoạt, cấu hình nhỏ gọn và độ tin cậy cao; trong khi hệ thống SCADA và màn hình giao diện người - máy HMI (Human Machine Interface) cho phép người vận hành giám sát, thu thập dữ liệu và điều khiển toàn bộ dây chuyền từ xa, phát hiện kịp thời các sự cố kỹ thuật.

Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, đề tài "Điều khiển và giám sát nhiệt độ mô hình tháp sấy phun trong nhà máy gạch men" được thực hiện thông qua việc khảo sát, bám sát mô hình lò sấy thực tế tại Công ty TNHH Nhà Ý nhằm giải quyết bài toán ổn định nhiệt độ sấy bằng giải thuật điều khiển tự động.

Mục tiêu nghiên cứu cụ thể của đề tài bao gồm:

1. Thiết kế và chế tạo mô hình phần cứng của hệ thống tháp sấy phun trong dây chuyền sản xuất gạch men.
2. Xây dựng và ứng dụng giải thuật PID để điều khiển ổn định nhiệt độ trong tháp sấy tại giá trị đặt $210^\circ\text{C}$ nhằm đảm bảo điều kiện sấy khô bùn.
3. Thiết lập hai chế độ hoạt động cho hệ thống: Chế độ bằng tay (Manual) và chế độ tự động (Auto); đồng thời tích hợp khả năng điều khiển, giám sát trực quan thông qua màn hình HMI cục bộ tại tháp sấy và hệ thống SCADA trên máy tính trung tâm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ của tháp sấy phun trong dây chuyền sản xuất gạch men.
• Phạm vi không gian: Khảo sát quy trình công nghệ thực tế tại Công ty TNHH Nhà Ý; triển khai thi công và thử nghiệm mô hình tại Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
• Giới hạn mô hình thực nghiệm: Nhằm phù hợp với điều kiện thi công phòng thí nghiệm, mô hình tháp sấy được thu nhỏ với chiều cao $1\text{ m}$, đường kính thân $40\text{ cm}$; nguồn nhiệt sử dụng thanh nhiệt điện trở để cấp nhiệt thay thế cho buồng đốt than công nghiệp; động cơ bơm bùn có công suất nhỏ hơn so với thực tế sản xuất.
• Phạm vi thời gian: Đề tài được giao thực hiện từ ngày 15/02/2015 và hoàn thành nộp nghiệm thu vào ngày 25/07/2015.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đồ án dựa trên việc tổng hợp các nguyên lý công nghệ sản xuất vật liệu gốm sứ, lý thuyết nhiệt động học, kỹ thuật điều khiển tự động và mạng truyền thông công nghiệp.

Về quy trình công nghệ, dây chuyền sản xuất gạch men thực tế tại Công ty TNHH Nhà Ý được khảo sát chi tiết qua các công đoạn liên hoàn:

• Chuẩn bị và kiểm tra nguyên liệu (đất sét, cao lanh cung cấp các oxit $\text{Al}_2\text{O}_3, \text{CaO}, \text{MgO}, \text{SiO}_2, \text{K}_2\text{O}, \text{Na}_2\text{O}$).
• Nghiền bi với phụ gia và nước (tỷ lệ bi $50 - 55%$, tốc độ quay $10.000 - 13.000\text{ vòng}$).
• Bể chứa và ủ hồ có cánh khuấy chống lắng.
• Hệ thống máng khử từ (đặt nghiêng $15^\circ$ chứa nam châm vĩnh cửu) nhằm loại bỏ tạp chất sắt.
• Công đoạn sấy phun bằng tháp sấy chuyển hồ thành hạt bột.
• Cyclon ủ bột ($12\text{ cyclon}$, sức chứa tối đa $50\text{ tấn/cyclon}$, thời gian ủ $24 - 72\text{ giờ}$ để ổn định độ ẩm $5{,}2%$).
• Ép tạo hình bằng máy ép thủy lực (lực ép $210 - 380\text{ bar}$, chu kỳ $5{,}5 - 14\text{ lần/phút}$).
• Sấy phôi trong lò sấy đứng 3 tầng qua 3 giai đoạn nhiệt (gồm 9 điểm đo nhiệt độ $\text{TH1} - \text{TH9}$ từ $90^\circ\text{C}$ đến $280^\circ\text{C}$, thời gian sấy $15 - 20\text{ phút}$, độ ẩm sau sấy $<0{,}5%$).
• Tráng men (lớp men lót engobe và lớp men chính) kết hợp in lụa trang trí hoa văn.
• Nung gạch trong lò nung con lăn qua 4 vùng nhiệt độ (vùng sấy $500 - 800^\circ\text{C}$, vùng nung sơ bộ $573^\circ\text{C}$, vùng nung $1043 - 1182^\circ\text{C}$, vùng làm nguội xuống $60 - 80^\circ\text{C}$).
• Phân loại và đóng gói thành phẩm.

Thông số kỹ thuật quá trình sấy phun công nghiệp	Giá trị
Công suất máy sấy	$7 - 8\text{ tấn/h}$
Áp lực bơm hồ	$20 - 80\text{ atm}$
Nhiệt độ tại đỉnh tháp	$500 - 600^\circ\text{C}$
Nhiệt độ buồng đốt	$1000 - 1150^\circ\text{C}$
Nhiệt độ bột ra khỏi tháp	$50 - 60^\circ\text{C}$
Đường kính vòi phun hồ	$3{,}6\text{ mm}$
Số béc phun trong tháp	$23\text{ cái}$
Dạng nhiên liệu buồng đốt	Trấu
Độ ẩm hồ vào	$30 - 38%$
Độ ẩm hạt bột ra	$5{,}2%$
Thời gian ủ bột trong cyclon	$24 - 72\text{ giờ}$

Về mặt nhiệt động và điều khiển công suất, nhiệt lượng sinh ra từ điện trở đốt nóng tuân theo định luật Joule-Lenz: $$Q = I^2 R t$$ Thời gian gia nhiệt tương ứng được xác định bằng công thức: $$t = \frac{Q}{P}$$ Trong đó $Q$ là nhiệt lượng (Joule), $I$ là cường độ dòng điện (Ampe), $R$ là điện trở ($\Omega$), $t$ là thời gian (giây), và $P$ là công suất điện trở đốt nóng (Watt). Phương pháp điều khiển công suất được lựa chọn là kích pha Triac nhằm điều chỉnh góc mở Triac, giúp công suất gia nhiệt biến đổi mượt mà, hỗ trợ quá trình ổn định nhiệt độ diễn ra nhanh chóng.

Về mặt thuật toán điều khiển, đồ án áp dụng bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID) với phương trình ngõ ra: $$u(t) = MV(t) = K_p e(t) + K_I \int_0^t e(\tau) d\tau + K_D \frac{de(t)}{dt}$$ Phương pháp chỉnh định thông số điều khiển dựa trên lý thuyết thực nghiệm Ziegler-Nichols kết hợp tinh chỉnh thủ công để triệt tiêu sai số xác lập, hạn chế độ vọt lố và rút ngắn thời gian đáp ứng:

Dạng điều khiển theo Ziegler - Nichols	Hệ số $K_p$	Hệ số $K_I$	Hệ số $K_D$
P	$0{,}5 K_u$	—	—
PI	$0{,}45 K_u$	$0{,}2 K_p / P_u$	—
PID	$0{,}60 K_u$	$2 K_p / P_u$	$K_p P_u / 8$

Về mạng truyền thông công nghiệp, đồ án dựa trên cấu trúc phân cấp mạng 3 lớp của Rockwell Automation bao gồm: EtherNet/IP (giao tiếp giữa cấp giám sát và cấp điều khiển qua địa chỉ IP theo cấu hình vòng hoặc sao), ControlNet và DeviceNet (kết nối cảm biến, chấp hành và các thiết bị trường).

Phương pháp nghiên cứu được triển khai theo các bước:

1. Thu thập, dịch thuật và phân tích tài liệu chuyên khảo về thiết bị sấy phun, PLC và SCADA.
2. Khảo sát thực tế hệ thống sản xuất tại nhà máy gạch men để thu thập thông số công nghệ.
3. Phân tích, tổng hợp yêu cầu kỹ thuật để tính toán chọn thiết bị phần cứng.
4. Lập trình mô phỏng thuật toán, thiết kế giao diện vận hành và thi công đấu nối tủ điện.
5. Thử nghiệm thực nghiệm nhiều lần trên mô hình vật lý và đánh giá kết quả đáp ứng nhiệt độ.

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu bao gồm số liệu vận hành thực tế tại Công ty TNHH Nhà Ý, các tài liệu kỹ thuật của thiết bị Rockwell Automation, Autonics và dữ liệu đo đạc thực nghiệm từ cảm biến trên mô hình tháp sấy.

---

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế và triển khai đồng bộ qua ba khối chính: Phần cứng cơ điện, chương trình điều khiển PLC và hệ thống giao diện giám sát SCADA/HMI.

Kiến trúc phần cứng và thiết bị lựa chọn

• Cảm biến nhiệt độ: Sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại Pt100 kết hợp với bộ chuyển đổi tín hiệu 2 dây chuyên dụng (biến đổi tín hiệu nhiệt độ thành tín hiệu dòng điện tiêu chuẩn $4 - 20\text{ mA}$).
• Cơ cấu gia nhiệt: Sử dụng thanh nhiệt điện trở công nghiệp đặt bên trong tháp sấy.
• Mạch điều khiển công suất: Sử dụng bộ điều chỉnh công suất kích pha SPC1 (model SPC1-35 của hãng Autonics), nhận tín hiệu ngõ vào điều khiển analog $4 - 20\text{ mA}$ từ PLC để thay đổi góc mở Triac cấp nguồn cho thanh nhiệt.
• Cơ cấu bơm bùn và quạt: Động cơ bơm bùn đưa nguyên liệu qua vòi phun sương và quạt hút tạo luồng khí lưu thông.
• Bộ điều khiển trung tâm: Bộ điều khiển lập trình PLC Rockwell Automation CompactLogix CPU 1769-L32E, đi kèm các module mở rộng tín hiệu số (Digital I/O) và tín hiệu tương tự (Analog I/O 1769-IF4/OF2) để thu thập tín hiệu dòng từ Pt100 và phát tín hiệu dòng điều khiển bộ SPC1.
• Màn hình vận hành tại chỗ: Màn hình cảm ứng HMI PanelView 600 TouchScreen kết nối mạng công nghiệp.
• Trạm giám sát trung tâm: Máy tính cá nhân (PC) kết nối với PLC qua mạng EtherNet/IP.
• Tủ điện và sơ đồ đấu nối: Thiết kế và thi công hoàn chỉnh sơ đồ mạch động lực và sơ đồ mạch điều khiển, bao gồm thiết bị đóng cắt, bảo vệ quá nhiệt, rơ le trung gian và các cầu đấu dây.

Thiết bị chính trong hệ thống	Ký hiệu / Model	Chức năng kỹ thuật
Bộ xử lý trung tâm PLC	Rockwell 1769-L32E	Xử lý logic, thực thi thuật toán PID, giao tiếp mạng
Cảm biến nhiệt độ	Pt100 + Bộ phát 2 dây	Đo nhiệt độ tháp sấy, chuyển đổi tín hiệu sang $4 - 20\text{ mA}$
Bộ điều khiển công suất	Autonics SPC1-35	Nhận tín hiệu $4 - 20\text{ mA}$, kích pha Triac điều khiển thanh nhiệt
Phần tử gia nhiệt	Thanh nhiệt điện trở	Phát nhiệt trực tiếp cho luồng khí sấy bên trong tháp
Màn hình HMI	PanelView 600 TouchScreen	Giám sát tại tủ điều khiển, nhập thông số, hiển thị lỗi
Phần mềm SCADA	Phần mềm trên PC	Giám sát toàn diện từ xa, vẽ đồ thị Trend, lưu trữ dữ liệu

Thiết kế thuật toán và chương trình điều khiển

Chương trình điều khiển trên PLC được cấu trúc hóa theo sơ đồ trạng thái gồm chương trình chính và hai chương trình con:

• Chương trình chính: Thực hiện khởi tạo hệ thống, kiểm tra liên động an toàn, quét tín hiệu I/O, xử lý truyền thông và phân luồng điều khiển theo chế độ được lựa chọn.
• Chương trình con Auto (Tự động): Vận hành vòng lặp kín PID. Bộ điều khiển liên tục so sánh giá trị nhiệt độ phản hồi từ cảm biến Pt100 (Process Variable - PV) với nhiệt độ cài đặt (Set Point - SP = $210^\circ\text{C}$). Sai số $e(t)$ được đưa qua khối hàm PID để tính toán giá trị ngõ ra điều khiển (Control Variable - CV), chuyển đổi thành tín hiệu analog $4 - 20\text{ mA}$ xuất ra bộ điều khiển công suất SPC1-35. Khi nhiệt độ đạt dải ổn định, hệ thống tự động kích hoạt động cơ bơm cấp bùn phun sương và quạt hút hoạt động đồng bộ.
• Chương trình con Manual (Bằng tay): Cho phép người vận hành trực tiếp can thiệp cưỡng bức đóng/ngắt từng thiết bị riêng lẻ (thanh nhiệt, bơm bùn, quạt hút) từ màn hình HMI hoặc SCADA nhằm phục vụ công tác bảo trì, cân chỉnh và khắc phục sự cố.

Thiết kế giao diện giám sát SCADA và HMI

• Giao diện SCADA trên máy tính:
  • Màn hình đăng nhập bảo mật phân quyền người dùng.
  • Màn hình chính mô phỏng trực quan toàn bộ sơ đồ công nghệ tháp sấy phun với đầy đủ trạng thái động của bơm, quạt, thanh nhiệt và giá trị nhiệt độ hiện hành.
  • Màn hình điều khiển chế độ Auto cho phép cài đặt điểm đặt nhiệt độ, theo dõi thông số vòng điều khiển.
  • Màn hình điều khiển chế độ Manual với hệ thống nút bấm điều khiển độc lập từng thiết bị.
  • Cửa sổ Trend vẽ biểu đồ đáp ứng nhiệt độ thời gian thực của tháp sấy so với giá trị cài đặt.
• Giao diện HMI PanelView 600:
  • Màn hình đăng nhập hệ thống.
  • Màn hình chọn chế độ hoạt động (Auto/Manual).
  • Các màn hình giám sát chuyên biệt: Màn hình khâu sấy phun ở chế độ Auto, màn hình khâu sấy phun ở chế độ Manual, màn hình cân trộn.
  • Màn hình cảnh báo sự cố (báo lỗi quá nhiệt động cơ, lỗi cảm biến hoặc sự cố mất tín hiệu truyền thông).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng Quan

Chương mở đầu trình bày tính cấp thiết của việc tự động hóa các quy trình công nghiệp trong bối cảnh hiện đại hóa sản xuất. Tác giả phân tích những hạn chế của phương pháp sản xuất gạch men thủ công truyền thống và khẳng định vai trò trọng yếu của công đoạn sấy phun bùn. Chương 1 xác định rõ mục tiêu đề tài (thiết kế mô hình phần cứng tháp sấy, xây dựng giải thuật PID ổn định nhiệt độ tại $210^\circ\text{C}$, phát triển hệ thống điều khiển hai chế độ Auto/Manual giám sát qua HMI và SCADA), xác lập các giới hạn kích thước mô hình thực nghiệm (cao $1\text{ m}$, đường kính $40\text{ cm}$), phương pháp nghiên cứu và ý nghĩa thực tiễn của công trình.

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Chương 2 trình bày có hệ thống về quy trình công nghệ sản xuất gạch men thực tế tại Công ty TNHH Nhà Ý qua từng khâu (nghiền bi, ủ hồ, khử từ, sấy phun, ép gạch, sấy đứng, tráng men, in lụa, nung lò con lăn, phân loại đóng gói). Chương phân tích sâu nguyên lý công đoạn sấy phun, cung cấp bảng thông số kỹ thuật chuẩn công nghiệp và cấu tạo chi tiết của tháp sấy (đỉnh nón, thân trụ, đáy nón, van đối trọng, lớp bông cách nhiệt $100 - 120\text{ mm}$, buồng đốt $1000 - 1150^\circ\text{C}$). Đồng thời, chương hệ thống hóa cơ sở lý thuyết nhiệt điện Joule-Lenz, cấu trúc toán học của bộ điều khiển PID, phương pháp xác định thông số Ziegler-Nichols và kiến trúc mạng truyền thông công nghiệp 3 lớp Rockwell Automation (EtherNet/IP, ControlNet, DeviceNet).

Chương 3: Thiết Kế Phần Cứng

Nội dung chương 3 tập trung vào việc tính toán, thuyết minh và lựa chọn các thiết bị phần cứng cụ thể cho mô hình:

• Cảm biến Pt100 và bộ chuyển đổi tín hiệu 2 dây ngõ ra $4 - 20\text{ mA}$.
• Thanh nhiệt điện trở đóng vai trò thiết bị gia nhiệt.
• Bộ điều khiển công suất kích pha Triac SPC1-35.
• Động cơ bơm bùn và quạt hút.
• Bộ điều khiển PLC Rockwell CompactLogix 1769-L32E cùng các module I/O mở rộng.
• Màn hình cảm ứng HMI PanelView 600 TouchScreen. Chương hoàn thiện việc thiết kế và lập bản vẽ chi tiết cho sơ đồ kết nối tổng quan hệ thống, sơ đồ đi dây mạch điều khiển và sơ đồ đi dây mạch động lực trong tủ điều khiển.

Chương 4: Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Và Giám Sát

Chương 4 thuyết minh chi tiết quy trình xây dựng phần mềm điều khiển và giao diện giám sát:

• Xây dựng sơ đồ trạng thái và lưu đồ thuật toán cho chương trình chính của PLC.
• Thiết kế lưu đồ giải thuật chi tiết cho chương trình con chế độ Tự động (Auto) tích hợp thuật toán PID và chương trình con chế độ Bằng tay (Manual).
• Lựa chọn phần mềm và thiết kế giao diện SCADA trên máy tính (màn hình đăng nhập, màn hình chính, màn hình Auto, màn hình Manual, cửa sổ Trend đồ thị nhiệt độ).
• Thiết kế hệ thống màn hình hiển thị và điều khiển trên HMI PanelView 600 (đăng nhập, menu chọn chế độ, giám sát sấy phun, cân trộn, màn hình cảnh báo quá nhiệt động cơ).

Chương 5: Kết Quả

Chương 5 công bố các kết quả thực nghiệm đạt được sau quá trình thi công và thử nghiệm:

• Hình ảnh hoàn thiện bên trong tủ điều khiển, kết cấu bên ngoài và bên trong mô hình tháp sấy cùng cụm thanh nhiệt điện trở.
• Kết quả vận hành thực tế của giao diện giám sát SCADA trên PC và giao diện HMI PanelView 600.
• Kết quả đồ thị nhiệt độ trên cửa sổ Trend, chứng minh hệ thống duy trì nhiệt độ buồng sấy bám sát điểm đặt $210^\circ\text{C}$, hệ thống đáp ứng tốt các lệnh điều khiển từ cả hai chế độ Auto và Manual.

Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển

Chương tổng kết toàn bộ các mục tiêu kỹ thuật đã hoàn thành của đồ án, chỉ ra những mặt đạt được về mặt học thuật và thực tiễn, đồng thời nêu rõ các điểm hạn chế tồn tại do giới hạn quy mô mô hình phòng thí nghiệm và đề xuất các hướng nghiên cứu mở rộng trong tương lai.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

• Chế tạo thành công mô hình thực nghiệm tháp sấy phun thu nhỏ với đầy đủ kết cấu cơ khí (tháp cao $1\text{ m}$, đường kính $40\text{ cm}$, đáy nón gom bột), thanh nhiệt điện trở gia nhiệt, cảm biến nhiệt độ Pt100, động cơ bơm và hệ thống tủ điều khiển.
• Ứng dụng thành công PLC Rockwell CompactLogix 1769-L32E thực thi giải thuật PID kết hợp bộ điều khiển công suất SPC1-35 (tín hiệu điều khiển $4 - 20\text{ mA}$ kích pha Triac), kiểm soát và ổn định nhiệt độ sấy trong tháp tại giá trị đặt $210^\circ\text{C}$.
• Xây dựng hoàn chỉnh hai chế độ vận hành độc lập: Chế độ Tự động (Auto) vận hành tự động theo vòng lặp kín và Chế độ Bằng tay (Manual) cho phép cưỡng bức bật/tắt thiết bị phục vụ kiểm tra, bảo trì.
• Phát triển thành công hệ thống giám sát phân cấp:
  • Giao diện SCADA trên máy tính trung tâm giao tiếp qua mạng EtherNet/IP, hiển thị trực quan thông số vận hành, cảnh báo lỗi và vẽ đồ thị Trend nhiệt độ thời gian thực.
  • Giao diện HMI PanelView 600 TouchScreen lắp tại tủ điều khiển, cung cấp đầy đủ chức năng đăng nhập, chọn chế độ, giám sát cân trộn, sấy phun và hiển thị cảnh báo sự cố quá nhiệt động cơ.

Giải pháp và kiến nghị đề xuất

• Đề xuất ứng dụng phương pháp điều khiển công suất kích pha Triac (thông qua bộ SPC1-35 điều khiển bằng tín hiệu analog $4 - 20\text{ mA}$) trong các hệ thống nhiệt điện công nghiệp để thay thế giải pháp đóng cắt relay/contact on-off thông thường, giúp loại bỏ dao động biên độ lớn và bảo vệ tuổi thọ phần tử gia nhiệt.
• Ứng dụng cấu trúc mạng công nghiệp chuẩn hóa (EtherNet/IP) kết nối đồng bộ giữa PLC, trạm SCADA và HMI nhằm giảm thiểu chi phí đi dây, hạn chế tác động của nhiễu tín hiệu và nâng cao tính linh hoạt khi mở rộng hệ thống.

Đóng góp của đề tài

• Tổng hợp tài liệu kỹ thuật có giá trị về công nghệ sấy phun trong nhà máy gạch men thực tế (Công ty TNHH Nhà Ý).
• Hiện thực hóa thành công mô hình học cụ - thực nghiệm tích hợp hoàn chỉnh từ cơ khí, mạch điện động lực/điều khiển đến chương trình PLC và giao diện SCADA/HMI phục vụ đào tạo và nghiên cứu ứng dụng.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

• Do điều kiện thi công và thời gian có hạn, đề tài mới dừng lại ở quy mô mô hình vật lý thu nhỏ (tháp cao $1\text{ m}$, đường kính $40\text{ cm}$), chưa thể phản ánh trọn vẹn quy mô nhiệt dung và áp lực của tháp sấy công nghiệp thực tế (năng suất $7 - 8\text{ tấn/h}$, nhiệt độ đỉnh tháp $500 - 600^\circ\text{C}$, buồng đốt $1000 - 1150^\circ\text{C}$).
• Nguồn phát nhiệt sử dụng thanh nhiệt điện trở thay cho buồng đốt nhiên liệu (trấu/than); bơm cấp bùn sử dụng loại công suất nhỏ.
• Thử nghiệm tập trung chủ yếu vào việc ổn định nhiệt độ sấy trong buồng và kiểm tra đáp ứng điều khiển, chưa khảo sát sâu toàn diện các chỉ tiêu cơ lý phức tạp của hạt bột sau sấy (như độ ẩm chính xác $5{,}2%$ và sự phân bố kích thước hạt trong thời gian ủ dài).

Hướng nghiên cứu tiếp

• Nâng cấp quy mô công suất của mô hình tháp sấy và mở rộng dải nhiệt độ điều khiển lên mức công nghiệp thực tế.
• Tích hợp thêm các vòng điều khiển tự động đồng thời: Điều khiển áp lực bơm piston, kiểm soát lưu lượng dòng bùn cấp và điều khiển tốc độ quạt hút điều tiết lưu lượng khí nóng.
• Nghiên cứu, ứng dụng và so sánh các giải thuật điều khiển hiện đại (như điều khiển mờ - Fuzzy Logic, mạng Neuron) với giải thuật PID truyền thống nhằm nâng cao chất lượng điều khiển trong môi trường có nhiều nhiễu động.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho:

• Đối tượng học thuật: Giảng viên, sinh viên và học viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử, Kỹ thuật Điện - Điện tử có nhu cầu nghiên cứu về ứng dụng PLC Rockwell, thuật toán điều khiển PID và thiết kế SCADA/HMI.
• Đối tượng kỹ thuật công nghiệp: Kỹ sư thiết kế, kỹ thuật viên bảo trì và vận hành hệ thống tự động hóa trong các nhà máy gạch men, gốm sứ và các dây chuyền chế biến sử dụng tháp sấy công nghiệp.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu bao gồm:

1. Mô tả chi tiết quy trình công nghệ sản xuất gạch men và công đoạn sấy phun thực tế tại Công ty TNHH Nhà Ý (Chương 2).
2. Quy trình tính toán lựa chọn thiết bị công nghiệp, sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển liên kết giữa PLC 1769-L32E, bộ điều khiển công suất SPC1-35 và cảm biến Pt100 (Chương 3).
3. Cấu trúc chương trình điều khiển hai chế độ Auto/Manual, giải thuật lập trình PID và thiết kế giao diện vận hành SCADA/HMI (Chương 4).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Trong quy trình sản xuất thực tế tại Công ty TNHH Nhà Ý, các thông số công nghệ của tháp sấy phun được quy định như thế nào?
Trả lời: Theo số liệu khảo sát tại nhà máy, tháp sấy phun công nghiệp có công suất $7 - 8\text{ tấn/h}$, áp lực bơm đạt $20 - 80\text{ atm}$, nhiệt độ buồng đốt than/trấu từ $1000 - 1150^\circ\text{C}$, nhiệt độ đỉnh tháp $500 - 600^\circ\text{C}$, và nhiệt độ bột ra khỏi tháp là $50 - 60^\circ\text{C}$. Hồ xương có độ ẩm ban đầu $30 - 38%$ được phun qua $23\text{ béc phun}$ (đường kính $3{,}6\text{ mm}$) để sấy thành bột có độ ẩm đạt $5{,}2%$, sau đó bột được ủ trong hệ thống 12 cyclon ($50\text{ tấn/cyclon}$) từ $24 - 72\text{ giờ}$ trước khi chuyển sang máy ép.

2. Tại sao mô hình thực nghiệm trong đồ án sử dụng thanh nhiệt điện trở và bộ điều khiển SPC1-35 thay vì buồng đốt công nghiệp?
Trả lời: Nhằm bảo đảm tính khả thi trong điều kiện phòng thí nghiệm, đồ án đã đơn giản hóa nguồn nhiệt bằng cách sử dụng thanh nhiệt điện trở thay cho buồng đốt than cồng kềnh. Bộ điều khiển công suất kích pha Triac SPC1-35 được ứng dụng để nhận tín hiệu điều khiển analog $4 - 20\text{ mA}$ từ PLC, từ đó điều chỉnh góc mở Triac cấp nguồn cho thanh nhiệt một cách liên tục và mượt mà, giúp kiểm soát nhiệt độ đáp ứng nhanh và ổn định.

3. Cấu hình phần cứng PLC và chuẩn mạng truyền thông nào được nhóm tác giả lựa chọn?
Trả lời: Đề tài sử dụng bộ điều khiển PLC Rockwell Automation CompactLogix CPU 1769-L32E kết hợp các module mở rộng I/O. Về truyền thông, hệ thống sử dụng mạng EtherNet/IP để liên kết truyền nhận dữ liệu giữa cấp điều khiển (PLC) và cấp giám sát (máy tính SCADA và màn hình HMI PanelView 600 TouchScreen).

4. Nhiệt độ mục tiêu cần điều khiển ổn định trong mô hình tháp sấy là bao nhiêu và được thực hiện bằng giải thuật gì?
Trả lời: Mục tiêu điều khiển nhiệt độ đặt ra cho mô hình tháp sấy là ổn định tại $210^\circ\text{C}$ để phục vụ sấy khô bùn. Quá trình này được thực thi thông qua giải thuật điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID) lập trình trong PLC, kết hợp mạch hồi tiếp tín hiệu nhiệt độ từ cảm biến Pt100 qua bộ phát 2 dây ($4 - 20\text{ mA}$) để điều chỉnh công suất gia nhiệt.

5. Hệ thống giám sát của đồ án cung cấp những tính năng và giao diện nào cho người vận hành?
Trả lời: Hệ thống giám sát được phân thành hai cấp: Trạm SCADA trên máy tính PC (bao gồm màn hình đăng nhập, màn hình giám sát tổng quan, màn hình chế độ Auto, màn hình chế độ Manual và cửa sổ Trend theo dõi đồ thị nhiệt độ thời gian thực) và màn hình cảm ứng HMI PanelView 600 tại tủ điện (cho phép đăng nhập, chọn chế độ vận hành, giám sát khâu cân trộn, khâu sấy phun và hiển thị cảnh báo lỗi quá nhiệt động cơ).

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã khảo sát toàn diện quy trình công nghệ sản xuất gạch men tại Công ty TNHH Nhà Ý và thiết kế, chế tạo thành công mô hình thực nghiệm tháp sấy phun thu nhỏ phục vụ nghiên cứu điều khiển tự động. Đề tài đã ứng dụng hiệu quả bộ điều khiển PLC Rockwell CompactLogix 1769-L32E cùng giải thuật PID và mạch điều khiển công suất kích pha Triac để kiểm soát ổn định nhiệt độ sấy trong tháp tại $210^\circ\text{C}$. Hệ thống được hoàn thiện với hai chế độ vận hành Tự động và Bằng tay, tích hợp đồng bộ cùng giao diện giám sát SCADA trên máy tính và màn hình HMI PanelView 600 tại chỗ, tạo nên một giải pháp kỹ thuật hoàn chỉnh và có giá trị tham khảo cao trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Hiện nay, đất nước ta đang trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hóa để từng bước bắt kịp sự phát triển trong khu vực và trên thế giới về mọi mặt trong đời sống kinh tế và xã hội. Công nghiệp sản xuất hàng hóa đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế. Các hình thức sản xuất lạc hậu ngày đang dần mất đi và thay thế vào đó là các hệ thống tự động hóa, đó là lựa chọn không tránh khỏi trong mọi lĩnh vực sản xuất ngày nay. Việc tự động hóa làm giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao động và cho ra nhiều sản phẩm có chất lượng cao hơn.

Cùng với việc phát triển kinh tế, nhu cầu về đời sống cũng như tính thẩm mỹ của con người ngày càng nâng cao. Vì thế nhu cầu về gạch men để trang trí cho các hộ gia đình là một phần thiết yếu và được ưa chuộng rất nhiều.1 thể hiện một số mẫu gạch men được ưu chuộng hiện nay. Một số mẫu gạch men hiện nay Trước đây, việc sản xuất gạch men thường là dùng bằng thủ công, sử dụng lao động chân tay cùng các thiết bị công nghiệp đa số còn lạc hậu nên không đảm bảo 1 do an 1. Tổng Quan chất lượng, số lượng cũng như tỷ lệ phế phẩm nhiều, năng suất thấp, lãng phí sức lao động cũng như thời gian.

Vì vậy ta cần có hệ thống sản xuất tự động để khắc phục những điều trên. Một trong những phương án là đầu tư PLC vào các dây chuyền sản xuất. Sản xuất gạch là một dãy liên tiếp các quy trình, trong đó việc sấy khô bột từ bùn là một công đoạn cực kì quan trọng, có ảnh hưởng đến toàn bộ quy trình sản xuất nên đòi hỏi cần đầu tư một cách thích đáng. Để tự động hóa hệ thống trên ta có thể dùng PLC (Programmable Logic Controller).

Là loại thiết bị cho phép điều khiển linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện mạch toán đó trên mạch số. Như vậy với chương trình điều khiển, PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hay với máy tính). Ngày nay PLC đang được sử dụng rất phổ biến mặt khác PLC có rất nhiều chức năng có thể đáp ứng nhiều yêu cầu kỹ thuật khác nhau và rất dễ thay đổi cơ cấu điều khiển nếu chúng ta muốn phát triển nó theo một hướng khác, PLC đi kèm với các phần mềm có thể mô phỏng trước đó giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ cấu vận hành cũng như các kết nối từ đó có thể tìm ra những thứ tốt hơn, ngắn gọn hơn cho hệ thống, dễ dàng sửa lỗi sai. Có thể nói PLC giống như là một phòng thí nghiệm thu nhỏ để chúng ta biết được cơ cấu, vận hành và quy tắc ra sao trước khi chúng ta đi vào quá trình thiết kế và tạo dựng hệ thống tự động thực tế.

Đi kèm với điều khiển tự động hệ thống, việc giám sát, thu thập số liệu của hệ thống này cũng đóng một vai trò quan trọng không kém. Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với một hệ thống công nghiệp bất kỳ. Đối với hệ thống điện, đặc thù của nó là quy mô của hệ thống sản xuất rất lớn, trải trên một không gian rộng và bao gồm nhiều thiết bị với các chức năng, nguyên lý làm việc khác nhau. Vì vậy, người ta không thể sử dụng một trạm điều khiển trung tâm để đảm nhiệm hết tất cả các chức năng điều khiển.

Tuỳ theo mức độ quan trọng và yêu cầu những tính năng, chức năng điều khiển và thu thập số liệu được phân phối và 2 do an 1. Tổng Quan phân cấp cho các thiết bị khác nhau.Vì vậy nhu cầu cho một phần mềm giám sát cho một hệ thống công nghiệp là cực kì cần thiết. Trong hệ thống bồn trộn này, nhóm đã sử dụng phần mềm SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Đây là phần mềm giúp người kĩ sư vận hành có thể giám sát hệ thống từ xa (điều khiển, theo dõi) mà không cần phải đi lại xem xét từng khâu một.

Người kĩ sư vận hành có thể theo dõi hệ thống này thông qua một màn hình nhỏ gọn được kết nối với PLC thông qua PC. Người kĩ sư cũng có thể điều khiển hệ thống từ xa cũng như quan sát được khi hệ thống có sự cố nhằm đưa ra biện pháp khắc phục kịp thời. Xuất phát từ ý tưởng và tình hình thực tế trên, nhóm đã quyết định chọn đề tài “Điều khiển và giám sát nhiệt độ mô hình tháp sấy phun trong nhà máy gạch men”. Đề tài này là cơ hội cho chúng em học hỏi, tìm hiểu và nghiên cứu về một phương pháp điều khiển mới, là cơ hội để nhóm nâng cao kiến thức và áp dụng được vào thực tế.

Mục tiêu đề tài Mục tiêu cụ thể của nhóm trong quá trình thực hiện đề tài được đặt ra như sau:  Thiết kế được mô hình phần cứng của hệ thống tháp sấy phun trong nhà máy gạch men.  Thiết kế được giải thuật PID để điều khiển nhiệt độ trong tháp ổn địnhtại 210oC để có thể sấy khô bùn.  Có hai chế độ hoạt động là bằng tay (Manual) và tự động (Auto). Hệ thống có thể cho người vận hành điều khiển từ màn hình HMI tại tháp sấy hoặc từ máy tính thông qua hệ thống SCADA.

Giới hạn đề tài Trong quá trình thực hiện đề tài, để dễ dàng thực hiện và thi công nhóm đã đơn giản hóa đề tài như sau: Mô hình tháp chỉ còn cao 1m và đường kính là 40cm, dùng thanh nhiệt điện trở để cấp nhiệt cho tháp sấy thay cho buồng đốt, bơm được dùng để bơm bùn có công suất nhỏ hơn so với thực tế. Phương pháo nghiên cứu Trong suốt thời gian làm đề tài, nhóm đã trải qua các giai đoạn đi từ đơn giản đến phức tạp. Phương pháp nghiên cứu của nhóm bao gồm:  Tìm hiểu chung về đề tài sẽ nghiên cứu.  Tra tài liệu, dịch thuật tài liệu để hiểu.

 Khảo sát phần cứng của hệ thống ngoài thực tế từ đó đi tới phân tích, tổng hợp các vấn đề của hệ thống so với yêu cầu đặt ra.  Mô phỏng trên máy tính và thử nghiệm hoạt động của hệ thống nhiều lần.  Đánh giá kết quá đạt được dựa trên kiểm nghiệm kết quả thực tế. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài Việc nghiên cứu thành công đề tài mang lại rất nhiều ý nghĩa khoa học và thực tiễn:  Xây dựng được giải thuật toán PID để ổn định nhiệt độ trong các hệ thống sấy trong công nghiệp.

 Ứng dụng PLC vào điều khiển các hệ thống tự động trong công nghiệp với độ chính xác và ổn định cao.  Giao tiếp giữa bộ điều khiển và hệ thống giám sát SCADA trên máy tính của như trên HMI. Nội dung đề tài Phần còn lại của đề tài bao gồm các nội dung: Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trình bày lý thuyết tổng quan về quy trình sản xuất gạch men, giải thuật PID, HMI, mạng công nghiệp… Chương 3: Thiết kế phần cứng Giới thiệu tổng thể về chức năng, công dụng của các thiết bị có trong hệ thống cũng như sơ đồ kết nối của phần cứng hệ thống. Tổng Quan Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát Xây dựng giải thuật PID, thuật toán cùng lưu đồ giải thuật cho PLC và hệ thống giám sát cho hệ thống.

Chương 5: Kết quả Trình bày kết quả, các thông số đạt được trong quá trình làm đề tài. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Tổng kết lại những kết quả đã đạt được cũng như những hạn chế còn tồn tại từ đó đề suất hướng phát triển cho đề tài. Cơ Sở Lý Thuyết Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết 2. Tổng quan về quy trình sản xuất gạch men Nguyên liê ̣u sau kiể m tra s ẽ đươ ̣c na ̣p vào bàn cân với khố i lươ ̣ng và thành phầ n theo đơn phố i, sau đó nguyên liê ̣u đươ ̣c trô ̣n rồ i rồ i đưa vào máy nghiề n bi qua băng tải.

Ở máy đã chứa sẳn một lượng bi nhất định thường là 50-55%, nguyên liê ̣u đươ ̣c nghiề n với mô ̣t số phu ̣ gia và với lươ ̣ng nước đươ ̣c bổ sung theo đô ̣ ẩ m của nguyên liê ̣u. Sau khi nghiề n đươ ̣c mô ̣t thời gian đinh ̣ trước theo thông số kỹ thuật, nguyên liệu được tiế n hành kiể m tra các thông số đô ̣ nhớt , tỉ trọng, nế u thấ y đa ̣t yêu cầ u thì tiế n hành xả hầ m. Hồ sau khi nghiề n sẽ đươ ̣c xả xuố ng các bể chứa có cánh khuấ y nhằ m chố ng sự sa lắ ng. Khi hồ ổ n đinh ̣ s ẽ đươ ̣c bơm màng đưa lên sàng rung, khử từ để loa ̣i bỏ các ta ̣p chấ t sắ t và các tạp chất có kích thước lớn rồi được xả xuố ng bể sấ y phun để ổ n đinh ̣ thành phầ n.

Tiế p đó , hồ dươ ̣c bơm piston đưa lên tháp sấy với lưu lượng thích hợp , hồ đươ ̣c sấ y ở nhiê ̣t đô ̣ 450-6000C với tác nhân sấ y là khí nóng từ lò đố t cung cấ p. Bô ̣t sau sấ y có kích thước thích hơ ̣p sẻ đươ ̣c băng tải đưa qua các cyclo n chứa để ổn định độ ẩm. Sau khi ổ n đinh ̣ đô ̣ ẩ m , bô ̣t sẽ đươ ̣c đưa qua máy ép ta ̣o hình để tạo hình viên gạch, tiế p đó g ạch sẽ đươ ̣c đưa qua máy sấy , gạch sấ y với nhiê ̣t đô ̣ khoả ng 100 - 2000C đẻ làm thoát hơi nước còn sót lại và làm cứng phôi. Gạch sau sấy s ẽ đươ ̣c phun nước để làm diụ bề mă ̣t trước khi qua công đoa ̣n tráng engobe , tráng men và in hoa văn để không bi ̣lổ chân kim sau quá trình nung.

Sau khi tráng men và in hoa văn , gạch được chuyển đến lò nung để làm cứng sản phẩm. Công đoa ̣n này đươ ̣c tiế n hành ở nhiê ̣t đô ̣ 1110 – 12000C. Cuố i cùng gạch thành phẩm được đưa qua khâu phân loại theo chất lượng rồi chuyển qua khâu đóng gói để hoàn tất quy trình chuẩn bị nhâ ̣p kho chờ xuất xưởng. Tổng quan quy trình sản xuất gạch men ở Công ty TNHH Nhà Ý 2.