Hệ Thống Đo và Giám Sát Thông Số Từ Nhà Máy Hạt Điều Sử Dụng PLC S7-1200

Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp đại học sử dụng plc s71200 để xây dựng hệ thống đo và giám sát các thông số từ nhà máy, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Hệ Thống Đo và Giám Sát Thông Số Từ Nhà Máy Hạt Điều Sử Dụng PLC S7-1200
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Tổng quan về đề tài và phương án thiết kế thi công
• 1.2. Sơ lược về hệ thống chế biến hạt điều
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU
• 2.1. Phân tích tính toán và lựa chọn thiết bị
• 2.2. Tổng quan về Webserver
• 2.3. ODBC Data Sources
• 2.4. Mạng Xí nghiệp, mạng Công ty
• 2.5. SCADA – Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.1. Thiết kế phần cứng
• 3.2. Tạo Project với TIAPortal V16
• 3.3. Thiết kế và cấu hình Webserver trên máy chủ
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN
• 4.1. Kết quả thi công phần cứng
• 4.2. Tóm tắt các kết quả lập trình
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giải Pháp Giám Sát Nhà Máy Hạt Điều Toàn Diện với PLC

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa, ngành chế biến nông sản, đặc biệt là hạt điều, đòi hỏi sự chính xác và hiệu quả cao trong từng công đoạn. Hệ thống đo và giám sát thông số từ nhà máy hạt điều sử dụng PLC S7-1200 ra đời như một giải pháp công nghệ tất yếu, đáp ứng nhu cầu tối ưu hóa quy trình sản xuất. Hệ thống này là một tập hợp các thiết bị phần cứng và phần mềm được tích hợp chặt chẽ, có nhiệm vụ thu thập dữ liệu theo thời gian thực từ các công đoạn quan trọng như sấy và tách vỏ. Trái tim của hệ thống là bộ điều khiển logic khả trình (PLC) Siemens S7-1200, một thiết bị có độ tin cậy cao và khả năng xử lý mạnh mẽ trong môi trường công nghiệp. Các thông số vật lý như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và tốc độ động cơ được các cảm biến chuyên dụng ghi nhận và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Tín hiệu này sau đó được PLC xử lý và truyền về trung tâm điều khiển. Tại đây, phần mềm SCADA WinCC Professional đóng vai trò giao diện người-máy (HMI), cho phép kỹ sư vận hành theo dõi trực quan toàn bộ hoạt động của nhà máy, nhận cảnh báo tức thời khi có sự cố và lưu trữ dữ liệu lịch sử. Hơn thế nữa, việc tích hợp Web Server mở ra khả năng giám sát từ xa thông qua mạng Internet, giúp ban quản lý có thể nắm bắt tình hình sản xuất mọi lúc, mọi nơi. Giải pháp này không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn góp phần giảm chi phí vận hành, tăng năng suất và đảm bảo an toàn lao động.

1.1. Tầm quan trọng của tự động hóa trong chế biến hạt điều

Ngành công nghiệp chế biến hạt điều có những yêu cầu khắt khe về chất lượng. Các thông số như nhiệt độ và độ ẩm trong lò sấy hay áp suất của máy tách vỏ ảnh hưởng trực tiếp đến màu sắc, hương vị và tỷ lệ hạt nguyên vẹn. Việc áp dụng tự động hóa giúp kiểm soát chính xác các yếu tố này, loại bỏ sai sót do con người và đảm bảo tính đồng nhất cho từng lô sản phẩm. Một hệ thống đo và giám sát hiệu quả cho phép ghi nhận và phân tích dữ liệu liên tục, từ đó đưa ra những điều chỉnh kịp thời, giúp tối ưu hóa công thức sản xuất và nâng cao hiệu suất tổng thể của nhà máy.

1.2. Vai trò trung tâm của PLC S7 1200 trong hệ thống

Trong kiến trúc hệ thống, PLC S7-1200 được xem là bộ não xử lý. Nó không chỉ đơn thuần thu thập tín hiệu từ cảm biến mà còn thực thi các thuật toán điều khiển phức tạp, tính toán thời gian hoạt động và gửi cảnh báo. Theo tài liệu nghiên cứu, việc lựa chọn PLC S7-1200, cụ thể là dòng CPU 1211C, dựa trên khả năng hỗ trợ nhiều module tín hiệu, cổng giao tiếp Profinet tích hợp và bộ nhớ đủ lớn để xử lý các tác vụ giám sát. Khả năng hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt là một ưu điểm vượt trội, đảm bảo hệ thống vận hành liên tục 24/7 mà không gặp gián đoạn.

II. Thách Thức Khi Giám Sát Thủ Công Nhà Máy Chế Biến Điều

Trước khi các giải pháp tự động hóa ra đời, quy trình sản xuất tại các nhà máy hạt điều phụ thuộc phần lớn vào phương pháp giám sát thủ công. Kỹ sư và công nhân phải trực tiếp kiểm tra, ghi chép các thông số tại từng máy, từng công đoạn. Phương pháp này tồn tại nhiều bất cập, trở thành rào cản lớn đối với việc nâng cao năng suất và chất lượng. Thách thức lớn nhất là độ trễ và thiếu chính xác trong việc thu thập dữ liệu. Việc ghi chép bằng tay không thể phản ánh tức thời những biến động nhỏ của nhiệt độ hay áp suất, dẫn đến những quyết định xử lý chậm trễ và có thể làm hỏng cả một mẻ sản phẩm. Dữ liệu thu thập được thường rời rạc, không có tính hệ thống, gây khó khăn cho việc phân tích và truy xuất lịch sử sản xuất. Hơn nữa, việc giám sát thủ công đòi hỏi nguồn nhân lực lớn, tốn kém chi phí và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn lao động khi công nhân phải làm việc gần các thiết bị có nhiệt độ và áp suất cao. Khả năng giám sát từ xa hoàn toàn không tồn tại, khiến cho việc quản lý trở nên bị động. Ban lãnh đạo không thể có cái nhìn tổng quan và kịp thời về hoạt động của nhà máy nếu không có mặt tại hiện trường. Những hạn chế này làm giảm sức cạnh tranh của doanh nghiệp, đặc biệt khi thị trường ngày càng yêu cầu cao hơn về tiêu chuẩn chất lượng và an toàn thực phẩm.

2.1. Rủi ro về chất lượng sản phẩm do sai lệch thông số

Chất lượng hạt điều thành phẩm phụ thuộc rất nhiều vào việc duy trì ổn định các thông số trong quá trình chế biến. Ví dụ, trong công đoạn sấy, nếu nhiệt độ quá cao có thể làm hạt bị cháy, trong khi nhiệt độ quá thấp sẽ không đủ làm khô, dẫn đến độ ẩm cao và dễ nấm mốc. Tương tự, áp suất không phù hợp trong máy tách vỏ có thể làm tăng tỷ lệ hạt vỡ. Việc giám sát thủ công không thể đảm bảo các giá trị này luôn nằm trong ngưỡng cho phép, gây ra sự thiếu đồng đều giữa các lô hàng và làm giảm giá trị thương mại của sản phẩm.

2.2. Hạn chế trong việc truy xuất và phân tích dữ liệu sản xuất

Dữ liệu được ghi chép thủ công trên giấy tờ rất khó để lưu trữ, quản lý và phân tích một cách có hệ thống. Khi cần truy xuất thông tin về một lô sản xuất cụ thể để kiểm tra hoặc xử lý khiếu nại của khách hàng, quá trình này tốn rất nhiều thời gian và công sức. Việc thiếu một cơ sở dữ liệu số hóa cũng khiến doanh nghiệp không thể áp dụng các phương pháp phân tích tiên tiến để tìm ra xu hướng, xác định các điểm nghẽn trong quy trình và đưa ra các quyết định cải tiến sản xuất dựa trên dữ liệu thực tế.

2.3. Chi phí vận hành cao và thiếu tính linh hoạt trong quản lý

Việc duy trì một đội ngũ nhân sự chuyên trách cho việc giám sát thủ công làm tăng chi phí lao động. Thêm vào đó, sự phụ thuộc vào con người khiến quy trình dễ bị gián đoạn khi có sự thay đổi về nhân sự. Ban quản lý cũng gặp khó khăn trong việc điều hành linh hoạt, vì mọi thông tin đều có độ trễ và không được cập nhật theo thời gian thực. Điều này làm giảm khả năng phản ứng nhanh với các biến động của thị trường hoặc các sự cố bất ngờ trong nhà máy.

III. Phương Pháp Xây Dựng Hệ Thống Giám Sát Dùng PLC S7 1200

Để giải quyết các thách thức của phương pháp thủ công, việc xây dựng một hệ thống đo và giám sát dựa trên PLC S7-1200 là một phương pháp hiệu quả và có hệ thống. Quá trình thiết kế được chia thành các giai đoạn rõ ràng, từ lựa chọn thiết bị phần cứng đến cấu hình phần mềm và thiết lập truyền thông. Nền tảng của hệ thống là việc lựa chọn các thiết bị phù hợp với yêu cầu công nghệ và môi trường làm việc tại nhà máy hạt điều. Các loại cảm biến được chọn phải đảm bảo độ chính xác và độ bền cao, bao gồm cảm biến nhiệt độ PT100 cho lò sấy, cảm biến độ ẩm PCE-P18L, cảm biến áp suất Autonics PSS-1V-R1/8 cho máy tách vỏ và encoder RT3806-AB-100N để đo tốc độ động cơ. Trung tâm xử lý là hai bộ PLC S7-1200, mỗi bộ chịu trách nhiệm cho một phân xưởng (Sấy và Tách vỏ), đảm bảo tính module hóa và dễ dàng bảo trì. Các PLC này được kết nối với nhau và với máy chủ trung tâm thông qua mạng Profinet, một chuẩn truyền thông công nghiệp tốc độ cao và ổn định. Tại máy chủ, phần mềm TIA Portal V16 được sử dụng để lập trình logic cho PLC, thực hiện các tác vụ như đọc tín hiệu analog, chuẩn hóa (NORM_X) và chia tỷ lệ (SCALE_X) để chuyển đổi tín hiệu điện áp thành các giá trị vật lý có ý nghĩa. Việc lập trình còn bao gồm cả việc tính toán thời gian hoạt động của máy móc và thiết lập các ngưỡng cảnh báo, tạo nên một hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển thông minh.

3.1. Lựa chọn thiết bị phần cứng PLC và các loại cảm biến

Việc lựa chọn thiết bị là bước khởi đầu quan trọng. Đề tài nghiên cứu đã chỉ rõ việc sử dụng PLC S7-1200 CPU 1211C nhờ khả năng xử lý tín hiệu analog tích hợp và hỗ trợ bộ đếm tốc độ cao (HSC) cho encoder. Các cảm biến được chọn có tín hiệu đầu ra chuẩn công nghiệp (0-10V), giúp việc kết nối và lập trình trở nên đơn giản. Cụ thể, cảm biến nhiệt độ PT100 WZP-187 có dải đo từ 0-600°C, phù hợp với môi trường lò sấy. Toàn bộ hệ thống được cấp nguồn ổn định bởi nguồn tổ ong 24VDC, đảm bảo hoạt động tin cậy.

3.2. Thiết kế cấu trúc mạng và giao thức truyền thông Profinet

Hệ thống được thiết kế theo mô hình phân tán, với các PLC đặt tại từng phân xưởng và một máy chủ trung tâm (IPC) tại phòng điều khiển. Giao thức Profinet được sử dụng để kết nối các PLC với máy chủ WinCC. Đây là một chuẩn Ethernet công nghiệp, cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao và có tính thời gian thực, đảm bảo rằng các thông tin giám sát được cập nhật gần như tức thời. Cấu trúc này không chỉ ổn định mà còn rất linh hoạt, cho phép dễ dàng mở rộng hệ thống trong tương lai bằng cách thêm các trạm PLC mới vào mạng.

3.3. Lập trình PLC để xử lý tín hiệu và tính toán thông số

Trong môi trường TIA Portal, các khối hàm NORM_X và SCALE_X được sử dụng để xử lý tín hiệu analog từ cảm biến. Tín hiệu điện áp 0-10V được chuyển đổi thành các giá trị thực tế như độ C, %RH, kPa. Đối với việc đo tốc độ từ encoder, chức năng High-Speed Counter (HSC) của PLC được kích hoạt để đếm xung với chu kỳ lấy mẫu 1 giây. Sau đó, một công thức toán học đơn giản được áp dụng để chuyển đổi tần số xung (Hz) thành tốc độ vòng/phút (rpm). Các logic tính thời gian hoạt động (timer) và so sánh giá trị để đưa ra cảnh báo cũng được lập trình trực tiếp trên PLC.

IV. Cách Tích Hợp SCADA WinCC và Web Server Để Giám Sát

Sau khi dữ liệu được PLC thu thập và xử lý, bước tiếp theo là trực quan hóa và lưu trữ chúng một cách hiệu quả. Giải pháp này sử dụng một hệ thống kết hợp giữa SCADA WinCC Professional cho giám sát tại chỗ và một Web Server cho khả năng giám sát từ xa. Máy tính công nghiệp (IPC) đóng vai trò là máy chủ trung tâm, cài đặt cả phần mềm WinCC và hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server. Dữ liệu từ các PLC được truyền về WinCC thông qua kết nối Profinet. Tại WinCC, các giao diện giám sát (screens) được thiết kế một cách trực quan, mô phỏng lại sơ đồ của nhà máy với các I/O field hiển thị giá trị nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và tốc độ theo thời gian thực. Các đồ thị (trends) cũng được cấu hình để theo dõi sự biến thiên của các thông số, giúp người vận hành dễ dàng nhận biết các xu hướng bất thường. Để lưu trữ dữ liệu lâu dài, WinCC được kết nối với SQL Server thông qua ODBC Data Sources. Một đoạn mã VBScript được lập trình để tự động ghi các giá trị từ HMI tags vào các bảng (tables) tương ứng trong cơ sở dữ liệu theo một chu kỳ nhất định, ví dụ như 1 phút/lần. Dữ liệu này sau đó được Web Server, xây dựng trên nền tảng ASP.NET MVC, truy xuất và hiển thị lên giao diện web. Nhờ đó, người quản lý có thể truy cập vào trang web từ bất kỳ thiết bị nào có kết nối Internet để xem báo cáo, theo dõi tình trạng sản xuất mà không cần phải có mặt tại nhà máy.

4.1. Thiết kế giao diện giám sát HMI trên WinCC Professional

Giao diện HMI trên WinCC Professional được thiết kế với nhiều màn hình chức năng: trang đăng nhập phân quyền người dùng, trang giám sát tổng quan, và các trang chi tiết cho từng phân xưởng (Tủ Sấy, Tủ Tách Vỏ). Mỗi trang đều hiển thị các thông số quan trọng, trạng thái hoạt động của thiết bị và hệ thống cảnh báo (alarms). Các nút điều hướng cho phép người dùng chuyển đổi qua lại giữa các màn hình một cách dễ dàng. Việc thiết kế giao diện thân thiện và logic giúp giảm thời gian đào tạo và tăng hiệu quả vận hành cho kỹ sư.

4.2. Cấu hình lưu trữ dữ liệu vào SQL Server qua ODBC

Kết nối giữa WinCC và SQL Server là một phần quan trọng để đảm bảo dữ liệu không bị mất mát. Quá trình này bắt đầu bằng việc tạo một kết nối ODBC Data Source trên máy chủ, đóng vai trò như một cầu nối. Sau đó, trong WinCC, một tác vụ theo lịch trình (Scheduled Task) được tạo ra để thực thi một VBScript. Đoạn script này có nhiệm vụ đọc giá trị của các HMI tags (như nhiệt độ, độ ẩm...) và thực thi một câu lệnh SQL INSERT để đẩy dữ liệu vào các bảng đã được tạo sẵn trong database. Việc này đảm bảo một kho dữ liệu lịch sử đầy đủ và chính xác.

4.3. Xây dựng Web Server cho phép giám sát từ xa qua Internet

Để đáp ứng nhu cầu quản lý linh hoạt, một Web Server được phát triển bằng công nghệ ASP.NET MVC. Mô hình MVC giúp tách biệt logic xử lý (Controller), dữ liệu (Model), và giao diện (View), làm cho việc phát triển và bảo trì trở nên dễ dàng. Web Server này kết nối trực tiếp với cơ sở dữ liệu SQL Server để truy vấn dữ liệu đã được WinCC lưu lại. Giao diện web cho phép người dùng đăng nhập, xem các thông số hoạt động theo thời gian thực, tìm kiếm dữ liệu lịch sử theo khoảng thời gian và xuất báo cáo ra file Excel. Đây là công cụ đắc lực cho ban quản lý để ra quyết định dựa trên dữ liệu.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả của Hệ Thống Giám Sát

Việc triển khai hệ thống đo và giám sát thông số từ nhà máy hạt điều sử dụng PLC S7-1200 đã mang lại những kết quả tích cực và có thể đo lường được. Trong thực tế, hệ thống cho phép giám sát liên tục và chính xác các thông số quan trọng tại xưởng sấy và xưởng tách vỏ. Trên giao diện SCADA WinCC, người vận hành có thể dễ dàng theo dõi nhiệt độ lò sấy, đảm bảo hạt điều được sấy khô đồng đều mà không bị quá nhiệt. Tương tự, áp suất và tốc độ của máy tách vỏ được kiểm soát chặt chẽ, giúp giảm đáng kể tỷ lệ hạt bị vỡ, từ đó nâng cao giá trị của sản phẩm cuối cùng. Một trong những thành công lớn nhất của dự án là khả năng thu thập dữ liệu và lưu trữ một cách tự động vào cơ sở dữ liệu SQL Server. Dữ liệu này trở thành một tài sản quý giá, cho phép đội ngũ quản lý chất lượng phân tích và tối ưu hóa quy trình. Ví dụ, bằng cách phân tích dữ liệu lịch sử, nhà máy có thể xác định được khoảng thời gian và nhiệt độ sấy tối ưu cho từng loại hạt điều khác nhau. Chức năng giám sát từ xa qua Web Server cũng đã chứng minh hiệu quả vượt trội. Ban lãnh đạo có thể truy cập hệ thống từ văn phòng hoặc thậm chí khi đang đi công tác, giúp đưa ra các chỉ đạo kịp thời và hiệu quả. Hệ thống cảnh báo tự động qua HMI giúp phát hiện sớm các sự cố, giảm thiểu thời gian dừng máy và thiệt hại sản xuất. Nhìn chung, hệ thống đã giúp nhà máy chuyển đổi từ mô hình sản xuất dựa trên kinh nghiệm sang mô hình quản lý dựa trên dữ liệu chính xác.

5.1. Hiệu quả giám sát tại xưởng sấy và xưởng tách vỏ

Kết quả thực tế cho thấy, giao diện giám sát trên WinCC hiển thị chính xác các giá trị nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, và tốc độ động cơ. Các đồ thị biến thiên giúp nhận diện nhanh chóng các sai lệch so với giá trị cài đặt. Người vận hành có thể can thiệp kịp thời, đảm bảo quá trình chế biến luôn diễn ra trong điều kiện lý tưởng. Hệ thống cũng ghi nhận chính xác thời gian hoạt động của từng máy, phục vụ cho công tác bảo trì, bảo dưỡng định kỳ, giúp tăng tuổi thọ thiết bị.

5.2. Lợi ích từ việc phân tích dữ liệu và xuất báo cáo Excel

Chức năng truy xuất dữ liệu lịch sử và xuất báo cáo ra file Excel trên giao diện web là một công cụ mạnh mẽ. Phòng quản lý chất lượng có thể dễ dàng tạo các báo cáo sản xuất hàng ngày, hàng tuần. Bằng cách phân tích các báo cáo này, họ có thể so sánh hiệu suất giữa các ca làm việc, đánh giá ảnh hưởng của việc thay đổi thông số đến chất lượng sản phẩm và đưa ra các sáng kiến cải tiến liên tục. Việc này giúp quy trình sản xuất ngày càng được hoàn thiện và hiệu quả hơn.

VI. Đánh Giá Hiệu Quả và Hướng Phát Triển Hệ Thống Giám Sát

Tổng kết lại, hệ thống đo và giám sát thông số từ nhà máy hạt điều sử dụng PLC S7-1200 là một giải pháp công nghệ toàn diện, mang lại hiệu quả rõ rệt về mặt kinh tế và kỹ thuật. Hệ thống đã giải quyết thành công các nhược điểm cố hữu của phương pháp giám sát thủ công, như thiếu chính xác, độ trễ cao và chi phí nhân công lớn. Bằng việc tự động hóa quá trình thu thập dữ liệu và cung cấp các công cụ giám sát trực quan như SCADA WinCC và Web Server, hệ thống đã giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và tăng cường khả năng quản lý sản xuất. Độ tin cậy của các thiết bị Siemens và tính ổn định của mạng Profinet đảm bảo hệ thống hoạt động bền bỉ, đáp ứng yêu cầu vận hành liên tục của nhà máy. Tuy nhiên, công nghệ luôn không ngừng phát triển. Để tiếp tục nâng cao hiệu quả, hệ thống có thể được cải tiến và mở rộng trong tương lai. Một trong những hướng phát triển tiềm năng là tích hợp các công nghệ của Công nghiệp 4.0 như Trí tuệ nhân tạo (AI) và Máy học (Machine Learning). Các mô hình AI có thể được huấn luyện dựa trên bộ dữ liệu lịch sử đã thu thập để dự đoán các sự cố tiềm ẩn hoặc tự động tối ưu hóa các thông số sản xuất theo thời gian thực. Hướng phát triển khác là mở rộng khả năng điều khiển hai chiều, cho phép người quản lý không chỉ giám sát mà còn có thể điều khiển, thay đổi các thông số từ xa thông qua giao diện web một cách an toàn.

6.1. Tổng kết những ưu điểm vượt trội của hệ thống đã xây dựng

Hệ thống đã chứng minh được các ưu điểm chính: tăng cường độ chính xác và tính nhất quán trong sản xuất, giảm thiểu sai sót do con người, cung cấp khả năng giám sát từ xa linh hoạt, tạo ra một cơ sở dữ liệu sản xuất có giá trị cho việc phân tích và cải tiến, đồng thời nâng cao an toàn lao động. Về mặt kinh tế, việc giảm tỷ lệ sản phẩm lỗi và tối ưu hóa vận hành đã giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí và tăng lợi nhuận.

6.2. Tiềm năng tích hợp công nghệ AI và Machine Learning

Trong tương lai, lượng dữ liệu khổng lồ được thu thập từ hệ thống đo và giám sát có thể được sử dụng để huấn luyện các mô hình Machine Learning. Các mô hình này có thể học hỏi các mẫu hoạt động bình thường và bất thường của máy móc, từ đó đưa ra các cảnh báo sớm về nguy cơ hỏng hóc (bảo trì dự đoán). Ngoài ra, AI có thể phân tích mối tương quan giữa các thông số đầu vào và chất lượng sản phẩm đầu ra để tự động đề xuất các giá trị cài đặt tối ưu nhất, đưa nhà máy tiến gần hơn đến mô hình nhà máy thông minh.

6.3. Mở rộng khả năng điều khiển từ xa và ứng dụng di động

Phiên bản hiện tại của Web Server chủ yếu tập trung vào giám sát. Hướng phát triển tiếp theo là xây dựng thêm các chức năng điều khiển, cho phép người có thẩm quyền có thể khởi động/dừng máy hoặc điều chỉnh các thông số từ xa. Việc phát triển một ứng dụng di động (mobile app) chuyên dụng cũng là một bước đi hợp lý, mang lại sự tiện lợi tối đa cho người quản lý, cho phép họ kiểm soát nhà máy ngay trên điện thoại thông minh của mình, mọi lúc, mọi nơi.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế công nghiệp hóa và hiện đại hóa, tự động hóa đóng vai trò trọng tâm trong việc nâng cao năng suất và độ chính xác của các quy trình sản xuất công nghiệp. Ứng dụng hệ thống máy tính kết hợp với bộ điều khiển lập trình và thiết bị đo lường giúp rút ngắn thời gian thu thập dữ liệu, tự động hóa khâu xử lý, thống kê và lưu trữ thông số vận hành.

Ngành công nghiệp chế biến hạt điều đòi hỏi sự kiểm soát nghiêm ngặt về các thông số môi trường và thiết bị qua từng công đoạn: tập kết nguyên liệu, phơi khô (đảm bảo độ ẩm hạt dưới 11%), phân cỡ, hấp hạt điều (làm mềm vỏ để tách lớp vỏ xốp và vỏ lụa), cắt tách hạt điều bằng máy móc chuyên dụng, sấy hạt điều (gia nhiệt từ 9 đến 13 giờ để tách vỏ lụa và diệt vi sinh vật), cuối cùng là phân loại và đóng gói. Việc giám sát thủ công tại các phân xưởng này tiềm ẩn rủi ro sai lệch thông số, gây ảnh hưởng đến tỷ lệ vỡ hạt và chất lượng thành phẩm. Đề tài "Sử dụng PLC S7-1200 để xây dựng hệ thống đo và giám sát các thông số từ nhà máy hạt điều" do nhóm sinh viên Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Văn Nam nhằm giải quyết bài toán tự động hóa đo lường và giám sát tập trung cho nhà máy chế biến hạt điều.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài:

1. Thiết kế và thi công tủ điện điều khiển phục vụ đo lường các thông số vận hành thực tế gồm nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và tốc độ động cơ tại phân xưởng sấy và phân xưởng tách vỏ hạt điều.
2. Xây dựng chương trình điều khiển trên bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200 và giao diện giám sát SCADA trên phần mềm WinCC qua mạng LAN.
3. Thiết kế hệ thống máy chủ cơ sở dữ liệu và Web Server trên nền tảng ASP.NET để thu thập, lưu trữ và hiển thị dữ liệu giám sát trực tuyến qua môi trường Internet.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống đo lường, giám sát thông số công nghệ (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, tốc độ vòng quay) sử dụng PLC S7-1200, hệ thống SCADA WinCC, cơ sở dữ liệu SQL Server và ứng dụng Web Server.
• Phạm vi không gian: Áp dụng tại hai khu vực trọng yếu của nhà máy chế biến hạt điều gồm phân xưởng sấy khô và phân xưởng tách vỏ.
• Phạm vi thời gian: Đề tài được hoàn thành và nghiệm thu vào năm 2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài áp dụng các nền tảng lý thuyết chuyên ngành tự động hóa, kỹ thuật đo lường cảm biến, truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm quản trị dữ liệu.

Khung lý thuyết và công nghệ sử dụng:

• Lý thuyết điều khiển lập trình: Cấu trúc phần cứng, tập lệnh và nguyên lý xử lý vào/ra của bộ điều khiển logic khả trình (PLC), cụ thể là dòng PLC Siemens SIMATIC S7-1200.
• Kỹ thuật đo lường và cảm biến công nghiệp: Nguyên lý chuyển đổi tín hiệu vật lý sang tín hiệu điện áp/dòng điện tiêu chuẩn (0-10V, 4-20mA, xung vuông) của cảm biến nhiệt điện trở, cảm biến đo độ ẩm không khí, cảm biến áp suất dạng màng và bộ mã hóa xung quang học (Encoder).
• Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA): Cấu trúc phân tầng mạng truyền thông công nghiệp, chuẩn giao tiếp Profinet/Ethernet kết nối giữa PLC và máy tính công nghiệp (IPC).
• Hệ quản trị cơ sở dữ liệu và truyền thông mở: Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ Microsoft SQL Server (sử dụng Database Engine để lưu trữ bảng dữ liệu quy mô lớn); giao diện lập trình ứng dụng mở ODBC (Open Database Connectivity) làm cầu nối trung gian truyền dữ liệu từ WinCC Runtime sang SQL Server.
• Kiến trúc ứng dụng Web: Mô hình MVC (Model - View - Controller) trên nền tảng ASP.NET phục vụ truy vấn dữ liệu từ xa.

Phương pháp nghiên cứu:

• Phương pháp phân tích và tính toán thiết kế phần cứng: Lựa chọn thiết bị bảo vệ (MCB, cầu chì), bộ nguồn chuyển đổi, bộ điều khiển trung tâm và thiết bị cảm biến phù hợp với dải đo và môi trường công nghiệp.
• Phương pháp thực nghiệm và mô phỏng: Lắp ráp mô hình tủ điện thực tế kết hợp khối phát tín hiệu mô phỏng thiết bị trường; viết chương trình điều khiển trên phần mềm TIA Portal V16.
• Phương pháp lập trình hệ thống: Lập trình kịch bản VBScript trong WinCC để tự động đẩy dữ liệu sang SQL Server theo chu kỳ định thời; xây dựng website bằng ngôn ngữ C#/ASP.NET, HTML, CSS, JavaScript.

Chỉ tiêu so sánh	Rơ-le	Mạch số	Máy tính	Bộ điều khiển PLC
Giá thành	Khá thấp	Thấp	Cao	Thấp theo từng chức năng
Kích thước vật lý	Lớn	Rất gọn	Khá gọn	Rất gọn
Tốc độ điều khiển	Chậm	Rất nhanh	Khá nhanh	Khá nhanh
Khả năng chống nhiễu	Xuất sắc	Tốt	Khá tốt	Tốt
Lắp đặt	Mất thời gian thiết kế, lắp đặt	Mất thời gian thiết kế	Mất nhiều thời gian lập trình	Lập trình và lắp đặt đơn giản
Khả năng điều khiển tác vụ đơn giản	Không	Có	Có	Có
Độ phức tạp khi thay đổi điều khiển	Rất khó	Khó	Khá đơn giản	Đơn giản
Công tác bảo trì	Kém (nhiều công tắc)	Kém (vi mạch hàn)	Kém (nhiều mạch điện tử chuyên dùng)	Tốt (các module được tiêu chuẩn hóa)

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc tích hợp giữa phần cứng đo lường tại hiện trường và phần mềm giám sát đa tầng.

Thiết kế phần cứng và lựa chọn thiết bị

1. Bộ điều khiển trung tâm: Sử dụng PLC Siemens S7-1200 CPU 1211C DC/DC/DC với bộ nhớ làm việc 25 KB, bộ nhớ tải 1 MB, bộ nhớ lưu giữ sự kiện 2 MB, tích hợp sẵn 6 ngõ vào số (DI), 4 ngõ ra số (DO), 2 ngõ vào tương tự (AI), 3 bộ đếm tốc độ cao (HSC) và 1 cổng giao tiếp Profinet Ethernet.
2. Cảm biến nhiệt độ: Sử dụng PT100 WZP-187 loại K, dải nhiệt đo 0–600 °C, đường kính đầu đo 4.7 mm, chiều dài que đo 150 mm, dây cáp dẫn 2 m, chuyển đổi tín hiệu đầu ra 0–10V.
3. Cảm biến độ ẩm: Cảm biến PCE P18L sử dụng nguồn cấp 19–30 VDC, dải đo độ ẩm 0–100% RH với sai số ±2%, tín hiệu ngõ ra điện áp 0–10V.
4. Cảm biến áp suất: Autonics PSS-1V-R1/8 đo áp suất khí dải 0–1.000 kPa, nguồn cấp 12–24 VDC, dòng tiêu thụ cực đại 15 mA, ngõ ra áp suất tiêu chuẩn, cấp bảo vệ IP40.
5. Cảm biến tốc độ: Encoder quang học RT3806-AB-100N, đường kính trục Ø6 mm, độ phân giải 100 xung/vòng, 2 pha tín hiệu lệch pha A và B, tần số đáp ứng tối đa 300 kHz, nguồn 5–24 VDC, cấp bảo vệ IP50.
6. Thiết bị phụ trợ và bảo vệ: Aptomat tép MCB LS 1P 10A (dòng cắt ngắn mạch 10 kA, chuẩn IEC 60989-2), cầu chì ống 3A/500V (dòng ngắt 100 kA, kích thước Φ10x38 mm), bộ nguồn tổ ong 24V–5A cấp nguồn một chiều cho PLC và toàn bộ cảm biến.
7. Máy chủ giám sát (IPC): Cấu hình đáp ứng vận hành WinCC và SQL Server với vi xử lý Intel Core i5-6440EQ (xung nhịp lên đến 3.4 GHz), bộ nhớ RAM 16 GB, ổ cứng SSD tối thiểu 50 GB trống, cổng mạng 1 Gbit, màn hình độ phân giải Full HD (1920x1080), hệ điều hành Windows 10 Professional/Enterprise 64-bit.

Cấu trúc cơ sở dữ liệu và lưu trữ

Hệ thống sử dụng Microsoft SQL Server với database mang tên OLAM, bao gồm 3 bảng dữ liệu chính:

Tên bảng	Tên trường	Kiểu dữ liệu	Diễn giải chức năng
USERLOGIN	username	nvarchar(200)	Tên đăng nhập của người dùng
	password	nvarchar(200)	Mật khẩu tài khoản
	name	nvarchar(200)	Tên hiển thị người dùng
PEELING (Xưởng Tách vỏ)	ss_pressure	nvarchar(200)	Định danh cảm biến áp suất
	value_pressure	float	Giá trị áp suất đo được
	timeupdate	datetime	Thời gian cập nhật bản ghi
	ss_speeddrum	nvarchar(200)	Định danh cảm biến tốc độ
	value_speeddrum	float	Giá trị tốc độ quay của lồng
	TimerAction	int	Thời gian máy hoạt động
CUTTING_DRYING (Xưởng Sấy khô)	ss_temper	nvarchar(200)	Định danh cảm biến nhiệt độ
	value_temper	float	Giá trị nhiệt độ đo được
	timeupdate	datetime	Thời gian cập nhật bản ghi
	ss_humidity	nvarchar(200)	Định danh cảm biến độ ẩm
	value_humidity	float	Giá trị độ ẩm đo được
	timer1	int	Thời gian máy chạy theo chế độ 1
	timer2	int	Thời gian máy chạy theo chế độ 2

Cơ chế truyền thông và liên kết phần mềm

Dữ liệu từ các thẻ nhớ HMI Tags trong WinCC (SS_AutonicsPSS_01, SS_Humidily_01, SS_Encoder_E50S8_01, SS_PT100_01) được thu thập và chuyển đổi qua đoạn mã VBScript. Cổng kết nối dữ liệu mở ODBC_OLAM được thiết lập trên công cụ ODBC Data Sources Administrator (32-bit) trỏ thẳng vào cơ sở dữ liệu OLAM. Thông qua trình lập lịch Scheduled Tasks trong WinCC, kịch bản VBScript được thực thi với chu kỳ lấy mẫu 1 phút/lần (Trigger: 1 minutes), tự động thực hiện truy vấn SQL INSERT để ghi nhận các giá trị đo kèm mốc thời gian hệ thống vào các bảng tương ứng.

Ứng dụng Web xây dựng trên nền tảng ASP.NET MVC thực hiện truy xuất dữ liệu từ các bảng của SQL Server thông qua Model, xử lý nghiệp vụ tìm kiếm dữ liệu theo khoảng thời gian tại Controller và hiển thị kết quả trực quan trên View qua các giao diện: _Layout.cshtml, Index.cshtml, SayKho.cshtml, TachVo.cshtml, cùng chức năng xuất bảng dữ liệu ra định dạng Excel.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu về đề tài

Chương 1 làm rõ tính cấp thiết của việc áp dụng tự động hóa vào đo lường và giám sát sản xuất trong bối cảnh công nghiệp hóa. Tác giả trình bày chi tiết quy trình công nghệ chế biến hạt điều gồm 7 công đoạn: tập kết nguyên liệu, phơi khô dưới nắng đến khi độ ẩm đạt dưới 11%, phân loại kích cỡ hạt, hấp mềm vỏ để tách lớp vỏ xốp và vỏ lụa, cắt tách vỏ hạt bằng dao máy chuyên dụng giảm thiểu tỷ lệ bể vỡ, sấy nhiệt liên tục từ 9 đến 13 giờ nhằm tách vỏ lụa và diệt vi sinh vật, sau cùng là phân loại đóng gói. Từ thực tiễn đó, chương này đề xuất phương án xây dựng hệ thống tủ điện đo đạc các thông số (áp suất, tốc độ, nhiệt độ, độ ẩm) kết hợp Web Server và SCADA WinCC để quản lý dữ liệu qua mạng LAN và Internet.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và truyền dữ liệu

Chương 2 trình bày toàn diện cơ sở tính toán lý thuyết và thông số kỹ thuật của các thiết bị được lựa chọn:

• Khí cụ điện bảo vệ: MCB LS 1P 10A 10kA (tiêu chuẩn IEC 60989-2) và cầu chì 3A/500V dòng cắt 100 kA.
• Thiết bị điều khiển: PLC Siemens S7-1200 CPU 1211C DC/DC/DC cùng bảng phân tích đối sánh chi tiết ưu thế của PLC so với hệ thống rơ-le, mạch số và máy tính về độ bền, tốc độ, kích thước và tính năng chống nhiễu.
• Thiết bị cảm biến: Cảm biến nhiệt độ PT100 WZP-187 (0–600 °C, ra 0-10V), cảm biến độ ẩm PCE P18L (0–100%, ra 0-10V, sai số ±2%), cảm biến áp suất Autonics PSS-1V-R1/8 (0–1.000 kPa), và Encoder RT3806-AB-100N (100 xung/vòng, 300 kHz).
• Hạ tầng máy chủ và truyền thông: Lý thuyết máy tính công nghiệp IPC chạy WinCC; cấu trúc mạng xí nghiệp và mạng công ty; cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server với Database Engine hỗ trợ kết nối ODBC/OLE DB/ADO; mô hình truyền thông Web qua giao thức HTTP và phân giải tên miền DNS.

Chương 3: Phân tích và thiết kế hệ thống

Chương 3 tập trung vào quy trình thiết kế kỹ thuật và tích hợp hệ thống:

• Thiết lập dự án trên môi trường TIA Portal V16 và cấu hình phần cứng tủ điện.
• Xây dựng cơ sở dữ liệu SQL Server mang tên OLAM gồm các bảng USERLOGIN, PEELING (lưu trữ áp suất, tốc độ trục quay lồng tách vỏ, thời gian máy chạy) và CUTTING_DRYING (lưu trữ nhiệt độ, độ ẩm buồng sấy, thời gian chạy chế độ 1 và 2).
• Thiết lập nguồn dữ liệu mở ODBC_OLAM trên công cụ quản trị 32-bit kết nối với SQL Server.
• Viết mã kịch bản VBScript trong WinCC đọc giá trị từ HMI Tags và đẩy dữ liệu định kỳ 1 phút/lần qua bảng tác vụ Scheduled Tasks.
• Phát triển website trên Visual Studio 2019 sử dụng framework ASP.NET theo mô hình MVC, tạo các trang theo dõi xưởng sấy, xưởng tách vỏ, khung đăng nhập bảo mật và nút xuất báo cáo Excel (Export to Excel).

Chương 4: Kết quả thực hiện

Chương 4 tổng hợp các kết quả thực nghiệm đạt được trên mô hình:

• Chế tạo hoàn chỉnh mô hình phần cứng gồm tủ điện điều khiển, PLC S7-1200, các bộ cảm biến và khối tín hiệu mô phỏng thiết bị trường kết nối với máy tính chủ WinCC.
• Vận hành thành công giao diện WinCC SCADA gồm màn hình đăng nhập, giao diện giám sát tủ Sấy, giao diện giám sát tủ Tách vỏ, giao diện theo dõi thời gian hoạt động máy, bảng cài đặt giới hạn ngưỡng cảnh báo và màn hình hiển thị cảnh báo thời gian thực.
• Vận hành hệ thống Web Server trực tuyến: Trang Login xác thực người dùng, trang chủ giới thiệu, giao diện theo dõi các thông số nhiệt độ, độ ẩm xưởng sấy và áp suất, tốc độ xưởng tách vỏ; thực hiện truy vấn lọc dữ liệu theo mốc thời gian và xuất báo cáo thành công ra định dạng bảng tính Excel.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương 5 đúc kết kết quả đạt được về việc hoàn thiện hệ thống đo lường, giám sát đa kênh từ thiết bị trường tới giao diện Web, đồng thời nêu định hướng tiếp tục hoàn thiện và mở rộng đề tài.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính:

• Hoàn thành tủ điện điều khiển tích hợp PLC S7-1200 CPU 1211C, thu thập chính xác tín hiệu tương tự (0–10V) từ cảm biến nhiệt độ PT100 và cảm biến độ ẩm PCE P18L, tín hiệu áp suất từ cảm biến Autonics PSS-1V-R1/8 (0–1.000 kPa) và tín hiệu xung tốc độ từ Encoder RT3806-AB-100N (100 xung/vòng).
• Xây dựng hệ thống giao diện SCADA trên WinCC Runtime cho phép cài đặt các ngưỡng cảnh báo, theo dõi thời gian vận hành và hiển thị trạng thái hoạt động trực quan.
• Thiết lập chu kỳ tự động lưu trữ dữ liệu mỗi 1 phút một lần (Scheduled Tasks: 1 minutes) từ WinCC vào hệ quản trị Microsoft SQL Server thông qua kết nối trung gian ODBC_OLAM.
• Xây dựng hoàn chỉnh ứng dụng Web Server ASP.NET MVC hỗ trợ phân quyền người dùng qua bảng USERLOGIN, giám sát dữ liệu trực tuyến qua mạng Internet và trích xuất dữ liệu lịch sử ra định dạng file Excel theo bộ lọc ngày tháng.

Đóng góp thực tiễn của đề tài:

• Cung cấp giải pháp kỹ thuật cụ thể kết hợp giữa phần cứng điều khiển tự động hóa truyền thống (PLC, SCADA) với công nghệ Web và hệ quản trị cơ sở dữ liệu hiện đại, phục vụ quá trình số hóa nhà máy chế biến nông sản.
• Đưa ra mô hình kết nối mở qua ODBC giúp liên kết liền mạch phần mềm công nghiệp độc quyền (WinCC) với cơ sở dữ liệu tiêu chuẩn (SQL Server) mà không phát sinh chi phí phần mềm trung gian phức tạp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Hệ thống mới được thử nghiệm trên mô hình thực nghiệm và khối tín hiệu mô phỏng kết hợp với tủ điện điều khiển, chưa được triển khai vận hành dài hạn trong điều kiện môi trường công nghiệp thực tế với đầy đủ tải của toàn bộ dây chuyền nhà máy.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng số lượng điểm đo cho toàn bộ các khâu trong nhà máy (khâu hấp, phân cỡ, đóng gói), nâng cao tính năng bảo mật cho Web Server và tích hợp thêm các thuật toán điều khiển tự động vòng kín cho các cơ cấu chấp hành nhiệt độ và áp suất buồng sấy.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho sinh viên, kỹ sư ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử và Kỹ thuật Phần mềm ứng dụng trong công nghiệp.

Các nội dung có giá trị tham khảo cao gồm:

• Quy trình tính toán, lựa chọn và đấu nối phần cứng cảm biến công nghiệp (PT100, PCE P18L, Autonics PSS-1V-R1/8, Encoder RT3806-AB-100N) với PLC S7-1200.
• Kỹ thuật lập trình VBScript trong WinCC kết hợp nguồn dữ liệu ODBC để tự động ghi dữ liệu cảm biến vào SQL Server theo chu kỳ thời gian thực.
• Cấu trúc xây dựng ứng dụng ASP.NET MVC để giám sát thông số SCADA và xuất báo cáo dữ liệu ra Excel qua môi trường Web.

Câu hỏi thường gặp

1. PLC được sử dụng trong hệ thống là dòng nào và có cấu hình phần cứng ra sao? Hệ thống sử dụng bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 CPU 1211C DC/DC/DC. Cấu hình phần cứng gồm bộ nhớ làm việc 25 KB, bộ nhớ tải 1 MB, bộ nhớ sự kiện 2 MB, tích hợp sẵn 6 ngõ vào số (DI), 4 ngõ ra số (DO), 2 ngõ vào tương tự (AI), 3 bộ đếm tốc độ cao (HSC) và 1 cổng truyền thông Ethernet Profinet.

2. Dữ liệu từ WinCC được truyền và lưu vào cơ sở dữ liệu SQL Server bằng cách nào? WinCC sử dụng một đoạn mã kịch bản VBScript để đọc giá trị các HMI Tags và gửi câu lệnh truy vấn SQL dạng INSERT đến Microsoft SQL Server thông qua kết nối dữ liệu mở trung gian là ODBC_OLAM (được cấu hình trong ODBC Data Sources Administrator 32-bit). Quá trình ghi dữ liệu được kích hoạt tự động theo chu kỳ 1 phút/lần nhờ công cụ Scheduled Tasks trong WinCC.

3. Cơ sở dữ liệu SQL Server của đề tài lưu trữ những thông tin cụ thể nào? Cơ sở dữ liệu mang tên OLAM gồm 3 bảng: bảng USERLOGIN lưu thông tin tài khoản đăng nhập (username, password, name); bảng PEELING lưu thông số xưởng tách vỏ gồm tên cảm biến và giá trị áp suất, tên cảm biến và giá trị tốc độ quay lồng tách vỏ, thời gian máy chạy, mốc thời gian cập nhật; bảng CUTTING_DRYING lưu thông số xưởng sấy gồm tên cảm biến và giá trị nhiệt độ, độ ẩm, thời gian chạy theo hai chế độ và mốc thời gian cập nhật.

4. Ứng dụng Web Server được xây dựng bằng công nghệ gì và cung cấp những tính năng nào? Ứng dụng Web được phát triển trên Visual Studio 2019 sử dụng framework ASP.NET theo mô hình MVC (Model - View - Controller). Ứng dụng cung cấp các tính năng: xác thực đăng nhập người dùng, giao diện theo dõi trực tuyến xưởng sấy khô (SayKho.cshtml) và xưởng tách vỏ (TachVo.cshtml), nút UPDATE làm mới dữ liệu và nút Export to Excel xuất dữ liệu cảm biến ra file Excel theo khoảng thời gian tùy chọn.

5. Quy trình chế biến hạt điều trong đồ án gồm những công đoạn chính nào và tại sao cần giám sát nhiệt độ, độ ẩm? Quy trình gồm 7 công đoạn: tập kết hạt điều, phơi khô, phân cỡ, hấp hạt điều, cắt tách hạt, sấy hạt điều, phân loại và đóng gói. Việc giám sát nhiệt độ và độ ẩm là bắt buộc vì hạt điều cần được phơi khô đạt độ ẩm dưới 11%, sau đó tại buồng sấy cần gia nhiệt liên tục từ 9 đến 13 giờ để tách lớp vỏ lụa ra khỏi nhân và diệt trừ vi sinh vật mà không làm hư hại chất lượng hạt.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã thiết kế và triển khai thành công hệ thống đo lường và giám sát thông số công nghệ cho nhà máy chế biến hạt điều dựa trên bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 CPU 1211C kết hợp hệ thống giám sát SCADA WinCC. Việc tích hợp cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server qua giao thức mở ODBC cùng nền tảng Web Server ASP.NET MVC đã giải quyết hiệu quả bài toán thu thập, lưu trữ định kỳ 1 phút/lần và giám sát thông số (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, tốc độ) từ xa qua mạng Internet. Kết quả thực nghiệm của đề tài đóng góp một mô hình tự động hóa toàn diện, có tính ứng dụng thực tiễn cao trong quá trình chuyển đổi số và hiện đại hóa các nhà máy chế biến nông sản.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1. Tổng quan về đề tài và phương án thiết kế thi công 1. Yêu cầu của đề tài Trong cuộc sống hiện tại, khoa học và kỹ thuật phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa từng bước leo thang. Những công cụ tiên tiến ra đời giải quyết vấn đề lao động trí óc thay cho lao động chân tay.

Mục tiêu của khoa học kỹ thuật là làm sao để nâng cao được chất lượng hiệu suất của công việc và tiếp theo đó là công nghệ tự động hóa ra đời đáp ứng nhu cầu đó cho nên em đã nghiên cứu đề tài: “Sử dụng PLC S7- 1200 để xây dựng hệ thống đo và giám sát các thông số từ nhà máy chế biến hạt điều”. Các bộ điều khiển PLC làm việc độc lập theo 1 chương trình lập sẵn sẽ điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu qua các thiết bị trường và thiết bị đo chuyển dữ liệu qua các giao tiếp mạng để người dụng có thể truy cập trực tiếp điều khiển và kiểm tra một cách dễ dàng. Mục tiêu đề tài: - Thiết kế tủ điện đo các thông số của nhà máy chế biến hạt điều: nhiệt 6f87e 1b11a 932da b860 f81 b6 f9bdc3 2eca c777 6e0cf7 b60da 52f6cf66 b5ff294 1e747 e e1b11a9 32da b860 f81 b6f9bdc32 ecac7776 e0cf7b60da5 2f6 cf66b5ff2941e 747e 6f8 7 932dab860 f81b6f9 bdc32e cac7776e 0cf7b6 0da5 2f6 cf66b5ff2 941e 747e6 f87e 1b1 1a độ, độ ẩm, áp suất và tốc độ động cơ của các phân xưởng sấy và tách 860f8 1b6 f9bdc32eca c77 76e0 cf7 b60 da52 f6cf66 b5ff29 41e74 7e6f87e1 b11a9 32da b f81b6f9 bdc32e cac7 776e0 cf7b6 0da52 f6 cf6 6b5ff2 941e7 47e6 f87e 1b11a 932da b86 0 vỏ trong nhà máy chế biến hạt điều. 6f9bdc3 2eca c77 76e0 cf7 b60 da52 f6cf66 b5ff294 1e74 7e6f87e1 b11a9 32dab860 f81 b dc32e cac7776 e0cf7b60da5 2f6 cf66b5ff2941e 747e 6f87 e1b1 1a932 dab8 60f81b6 f9 b 32eca c7776 e0cf7 b60da 52f6cf66b5ff2941 e747e 6f8 7e1b11a932 dab8 60f81b6 f9 bdc c7776 e0cf7b60da 52f6 cf66b5ff2941 e747e 6f8 7e1b11a932 dab8 60f81b6 f9 bdc32e ca - Thiết kế phần mềm giám sát và quản lý giữ liệu trên Websever.

e0cf7b60 da52 f6 cf6 6b5ff2 941e7 47e6 f87e 1b11a 932da b860 f81 b6 f9bdc3 2eca c777 6 fc3a3 f93a 08582 6d66a 60f835 d2406 ea15 f7e7 b88cbf5e9cb78 cc9e16 d1072 e24 c3ee4 7d0800 c6a8 0136 f54 da448 1c2 b397 7f6 f33 e0be 8a4b3 d678 cc5b77 828 cc3 7ae38 f66a4 9c84a7 1dc1cb825a 4f1 d7c732fb9a4 e5765 f83 10c1984 f96 1e06 cf3 fc71f185b5ad74 b 1. Hướng thực hiện đề tài fac7b7b2 0dfcfdcdf1 cf4 2b2 fc6 b5a c1e9 c4a51ae fef5b7 de7f4b3 cc9e5d780d33d5 94 9e3f2 1bf4656 147e4 1c5 63d1 76a97 9e946 6be8 9c63 c0e 2907 0df0e654 8e28 c32 c6 f8f7 Để thực hiện được đề tài chúng em sẽ thiết kế hệ thống với các tủ điện 7ea8e433 c9 f051 8c9 06b9a 684d9d02 5cb598 854db148 3a8024 9bc348 7e1be 4646 2d7a b f21d145b5b08 b8e1 f8 c76 f42 b4ce 759fb93 c48 e7f8a41e7 8571e 64a2 f48b0e5 c8d4 bb8 df3 fa34df8 f2c9de ba5dcb1e e30bc7d67cb1d4163 72d9 47cdab0 1c5 76b2 b2efb3 c49a2 giám sát và đo nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và tốc độ bằng các cảm biến nhiệt độ, 08d258 539 bc6 96d5a 3b1a4 c49 7180 bae30 dc4 4793a3 dc5d19 4ad09 3cb5c3f9 9f2 02398 30ff2d29 b07 f39 d69e d7d2 e358bfca d25b40c5434 0e68a b4ee2 b76e0 b2a8 65300 be6e 0 áp suất, độ ẩm và enconder để đo tốc độ động cơ. Các thông số thu thập được 95f4 fcb5fd1f4 934 f29e7 ee6d7cfa 31ddc0 5b49 f94 3c1 e22 f3b5 c0e4a d46 2e7c96fc5b 3f9 f11 c9f0 8a6db91a1 7118e 3de6 3e7a02 f9 c1d19137 7d0a7a 34d40ff5b8 453 f6f4e0e 59e15a9 f853 8397 40b3 e9ac33e6fc51 7d8 b739 3a5076 c67 d16e 7cc03df1 b1f0b9 fc0 46 sẽ hiện thị lên màn hình HMI và giao diện website trên môi trường mạng để 3a67e368 0a4d3d50 cf8d5 f476 8201 e328 cbbba50 c741 ebd4f6 b2e1 0316e d218 e1d2 918 0d4204 90efb3ab05fb73 c76 f04 f402 4609 30bbbd8c70 8725 e74dc8 cf9a 5b23 c6 ce52 6d 5a2ffad28c03f5ddc8 b5b1 9f6 5a9a4 f8ff22e 5e28b515a6 e2baff25 e0185 e7457 d94 b3 người quản lý có thể dễ dàng theo dõi, giám sát được toàn bộ hoạt động của hệ 6e74e1a5 eb8e 6a6629 e94dc3 b8533 4599 8a334 c325 5d17 f25 1a9f0fc09d15d4 76fc381 14dd4 024 c2f27f32d2 1896e 863 d2798 93b4 5fb87d4d3 b709a d32bf1 f855 3822 14eb1 0a thống tại bất cứ đâu chỉ với 1 kết nối Internet. 4a2b893 e6f264e6 3adfe30c144aa d9ad6 d154a 23f6b2 be48 d55b74c3677 f31a2 6752 77 CBHD: TS.

PHẠM VĂN NAM Đồ án tốt nghiệp Trang 7 ĐH Công Nghiệp HN Sơ đồ khối của hệ thống. Hình 1-1: Sơ đồ khối hệ thống 1. Sơ lược về hệ thống chế biến hạt điều Để có hạt điều thành phẩm, hạt điều đã trải qua quy trình sản xuất, chế biến qua nhiều công đoạn: 6f87e 1b11a 932da b860 f81 b6 f9bdc3 2eca c777 6e0cf7 b60da 52f6cf66 b5ff294 1e747 e e1b11a9 32da b860 f81 b6f9bdc32 ecac7776 e0cf7b60da5 2f6 cf66b5ff2941e 747e 6f8 7 932dab860 f81b6f9 bdc32e cac7776e 0cf7b6 0da5 2f6 cf66b5ff2 941e 747e6 f87e 1b1 1a  Tập kết hạt điều. 860f8 1b6 f9bdc32eca c77 76e0 cf7 b60 da52 f6cf66 b5ff29 41e74 7e6f87e1 b11a9 32da b f81b6f9 bdc32e cac7 776e0 cf7b6 0da52 f6 cf6 6b5ff2 941e7 47e6 f87e 1b11a 932da b86 0 6f9bdc3 2eca c77 76e0 cf7 b60 da52 f6cf66 b5ff294 1e74 7e6f87e1 b11a9 32dab860 f81 b  Phơi khô hạt điều.

dc32e cac7776 e0cf7b60da5 2f6 cf66b5ff2941e 747e 6f87 e1b1 1a932 dab8 60f81b6 f9 b 32eca c7776 e0cf7 b60da 52f6cf66b5ff2941 e747e 6f8 7e1b11a932 dab8 60f81b6 f9 bdc c7776 e0cf7b60da 52f6 cf66b5ff2941 e747e 6f8 7e1b11a932 dab8 60f81b6 f9 bdc32e ca Sau khi đã tiếp nhận hạt điều, xưởng sản xuất hạt điều sẽ tiến hành phơi e0cf7b60 da52 f6 cf6 6b5ff2 941e7 47e6 f87e 1b11a 932da b860 f81 b6 f9bdc3 2eca c777 6 fc3a3 f93a 08582 6d66a 60f835 d2406 ea15 f7e7 b88cbf5e9cb78 cc9e16 d1072 e24 c3ee4 7d0800 c6a8 0136 f54 da448 1c2 b397 7f6 f33 e0be 8a4b3 d678 cc5b77 828 cc3 7ae38 f66a4 nắng hạt điều đến khi đạt được độ ẩm dưới 11%. 9c84a7 1dc1cb825a 4f1 d7c732fb9a4 e5765 f83 10c1984 f96 1e06 cf3 fc71f185b5ad74 b fac7b7b2 0dfcfdcdf1 cf4 2b2 fc6 b5a c1e9 c4a51ae fef5b7 de7f4b3 cc9e5d780d33d5 94 9e3f2 1bf4656 147e4 1c5 63d1 76a97 9e946 6be8 9c63 c0e 2907 0df0e654 8e28 c32 c6 f8f7  Phân cỡ hạt điều. 7ea8e433 c9 f051 8c9 06b9a 684d9d02 5cb598 854db148 3a8024 9bc348 7e1be 4646 2d7a b f21d145b5b08 b8e1 f8 c76 f42 b4ce 759fb93 c48 e7f8a41e7 8571e 64a2 f48b0e5 c8d4 bb8 df3 fa34df8 f2c9de ba5dcb1e e30bc7d67cb1d4163 72d9 47cdab0 1c5 76b2 b2efb3 c49a2  Hấp hạt điều. 08d258 539 bc6 96d5a 3b1a4 c49 7180 bae30 dc4 4793a3 dc5d19 4ad09 3cb5c3f9 9f2 02398 30ff2d29 b07 f39 d69e d7d2 e358bfca d25b40c5434 0e68a b4ee2 b76e0 b2a8 65300 be6e 0 95f4 fcb5fd1f4 934 f29e7 ee6d7cfa 31ddc0 5b49 f94 3c1 e22 f3b5 c0e4a d46 2e7c96fc5b 3f9 f11 c9f0 8a6db91a1 7118e 3de6 3e7a02 f9 c1d19137 7d0a7a 34d40ff5b8 453 f6f4e0e Mục đích của bước này là làm cho vỏ hạt điều được mềm hơn, tách dần 59e15a9 f853 8397 40b3 e9ac33e6fc51 7d8 b739 3a5076 c67 d16e 7cc03df1 b1f0b9 fc0 46 3a67e368 0a4d3d50 cf8d5 f476 8201 e328 cbbba50 c741 ebd4f6 b2e1 0316e d218 e1d2 918 khoảng cách của lớp vỏ xốp và vỏ lụa.

0d4204 90efb3ab05fb73 c76 f04 f402 4609 30bbbd8c70 8725 e74dc8 cf9a 5b23 c6 ce52 6d 5a2ffad28c03f5ddc8 b5b1 9f6 5a9a4 f8ff22e 5e28b515a6 e2baff25 e0185 e7457 d94 b3 6e74e1a5 eb8e 6a6629 e94dc3 b8533 4599 8a334 c325 5d17 f25 1a9f0fc09d15d4 76fc381  Cắt tách hạt điều 14dd4 024 c2f27f32d2 1896e 863 d2798 93b4 5fb87d4d3 b709a d32bf1 f855 3822 14eb1 0a 4a2b893 e6f264e6 3adfe30c144aa d9ad6 d154a 23f6b2 be48 d55b74c3677 f31a2 6752 77 Hạt điều sẽ được cắt bằng dao chuyên dụng một cách khéo léo để đảm bảo chất lượng của sản phẩm, sao cho có thể thao tác chính xác mà không làm CBHD: TS. PHẠM VĂN NAM Đồ án tốt nghiệp Trang 8 ĐH Công Nghiệp HN vỏ lụa bị gãy, vỡ, dao đâm. Ngày nay công việc này được hỗ trợ bởi máy móc nên năng suất và chất lượng hạt điều cũng cao hơn. Hạt điều bể, vỡ cũng giảm thiểu nhờ máy móc Hình 1-2: Máy xát vỏ hạt điều  Sấy hạt điều 6f87e 1b11a 932da b860 f81 b6 f9bdc3 2eca c777 6e0cf7 b60da 52f6cf66 b5ff294 1e747 e e1b11a9 32da b860 f81 b6f9bdc32 ecac7776 e0cf7b60da5 2f6 cf66b5ff2941e 747e 6f8 7 932dab860 f81b6f9 bdc32e cac7776e 0cf7b6 0da5 2f6 cf66b5ff2 941e 747e6 f87e 1b1 1a 860f8 1b6 f9bdc32eca c77 76e0 cf7 b60 da52 f6cf66 b5ff29 41e74 7e6f87e1 b11a9 32da b f81b6f9 bdc32e cac7 776e0 cf7b6 0da52 f6 cf6 6b5ff2 941e7 47e6 f87e 1b11a 932da b86 0 6f9bdc3 2eca c77 76e0 cf7 b60 da52 f6cf66 b5ff294 1e74 7e6f87e1 b11a9 32dab860 f81 b dc32e cac7776 e0cf7b60da5 2f6 cf66b5ff2941e 747e 6f87 e1b1 1a932 dab8 60f81b6 f9 b 32eca c7776 e0cf7 b60da 52f6cf66b5ff2941 e747e 6f8 7e1b11a932 dab8 60f81b6 f9 bdc c7776 e0cf7b60da 52f6 cf66b5ff2941 e747e 6f8 7e1b11a932 dab8 60f81b6 f9 bdc32e ca e0cf7b60 da52 f6 cf6 6b5ff2 941e7 47e6 f87e 1b11a 932da b860 f81 b6 f9bdc3 2eca c777 6 fc3a3 f93a 08582 6d66a 60f835 d2406 ea15 f7e7 b88cbf5e9cb78 cc9e16 d1072 e24 c3ee4 7d0800 c6a8 0136 f54 da448 1c2 b397 7f6 f33 e0be 8a4b3 d678 cc5b77 828 cc3 7ae38 f66a4 9c84a7 1dc1cb825a 4f1 d7c732fb9a4 e5765 f83 10c1984 f96 1e06 cf3 fc71f185b5ad74 b Hình 1-3: Máy sấy hạt điều tự động fac7b7b2 0dfcfdcdf1 cf4 2b2 fc6 b5a c1e9 c4a51ae fef5b7 de7f4b3 cc9e5d780d33d5 94 9e3f2 1bf4656 147e4 1c5 63d1 76a97 9e946 6be8 9c63 c0e 2907 0df0e654 8e28 c32 c6 f8f7 7ea8e433 c9 f051 8c9 06b9a 684d9d02 5cb598 854db148 3a8024 9bc348 7e1be 4646 2d7a b Khi sấy nhân điều, lớp vỏ lụa sẽ dần tách khỏi nhân điều và diệt tối đa các vi f21d145b5b08 b8e1 f8 c76 f42 b4ce 759fb93 c48 e7f8a41e7 8571e 64a2 f48b0e5 c8d4 bb8 df3 fa34df8 f2c9de ba5dcb1e e30bc7d67cb1d4163 72d9 47cdab0 1c5 76b2 b2efb3 c49a2 sinh vật có trong nhân điều thông qua sự gia nhiệt.

Thời gian sấy hạt điều dao động 08d258 539 bc6 96d5a 3b1a4 c49 7180 bae30 dc4 4793a3 dc5d19 4ad09 3cb5c3f9 9f2 02398 30ff2d29 b07 f39 d69e d7d2 e358bfca d25b40c5434 0e68a b4ee2 b76e0 b2a8 65300 be6e 0 95f4 fcb5fd1f4 934 f29e7 ee6d7cfa 31ddc0 5b49 f94 3c1 e22 f3b5 c0e4a d46 2e7c96fc5b từ 9 – 13 giờ đồng hồ. Hạt điều sau khi sấy có thể chuyển ngay vào các thùng hoặc 3f9 f11 c9f0 8a6db91a1 7118e 3de6 3e7a02 f9 c1d19137 7d0a7a 34d40ff5b8 453 f6f4e0e 59e15a9 f853 8397 40b3 e9ac33e6fc51 7d8 b739 3a5076 c67 d16e 7cc03df1 b1f0b9 fc0 46 được chuyển sang khâu bóc vỏ lụa nếu sản xuất hạt điều không vỏ lụa. 3a67e368 0a4d3d50 cf8d5 f476 8201 e328 cbbba50 c741 ebd4f6 b2e1 0316e d218 e1d2 918 0d4204 90efb3ab05fb73 c76 f04 f402 4609 30bbbd8c70 8725 e74dc8 cf9a 5b23 c6 ce52 6d 5a2ffad28c03f5ddc8 b5b1 9f6 5a9a4 f8ff22e 5e28b515a6 e2baff25 e0185 e7457 d94 b3  Phân loại và đóng gói hạt điều 6e74e1a5 eb8e 6a6629 e94dc3 b8533 4599 8a334 c325 5d17 f25 1a9f0fc09d15d4 76fc381 14dd4 024 c2f27f32d2 1896e 863 d2798 93b4 5fb87d4d3 b709a d32bf1 f855 3822 14eb1 0a 4a2b893 e6f264e6 3adfe30c144aa d9ad6 d154a 23f6b2 be48 d55b74c3677 f31a2 6752 77 CBHD: TS. PHẠM VĂN NAM Đồ án tốt nghiệp Trang 9 ĐH Công Nghiệp HN CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU 2.

Phân tích tính toán và lựa chọn thiết bị 2. Thiết bị bảo vệ aptomat (MCB)  Thiết bị được chọn Aptomat có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch trong hệ thống điện mà ở đây chúng ta thiết kế tủ điều khiển trong đó có các nguồn và dòng không quá lớn.