I. Thiết kế lò nướng bánh Tổng quan về đề tài
Đề tài Thiết kế và thi công lò nướng bánh sử dụng PLC S7-1200 tại HCMUTE hướng đến tự động hóa quy trình nướng bánh, khắc phục nhược điểm của phương pháp thủ công truyền thống: tốn công, kém an toàn và hiệu quả thấp. Đồ án tốt nghiệp này tập trung vào việc ứng dụng PLC S7-1200 của Siemens S7-1200 trong điều khiển nhiệt độ lò nướng, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm và giảm thiểu nhân công. Thiết kế lò nướng bánh này được thực hiện dựa trên nghiên cứu thực tế về quy trình nướng bánh tại Thành phố Hồ Chí Minh, kết hợp với kiến thức lý thuyết về PLC S7-1200, lập trình PLC S7-1200, và điều khiển PID lò nướng. Thiết kế hệ thống điều khiển lò nướng bao gồm phần cứng và phần mềm, tích hợp các cảm biến nhiệt độ, module điều khiển, và giao diện HMI để giám sát và điều chỉnh quá trình nướng.
1.1 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính là thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho lò nướng bánh, sử dụng PLC S7-1200 để điều khiển nhiệt độ lò và lưu lượng gas. Phạm vi nghiên cứu bao gồm: thiết kế phần cứng (lò nướng, tủ điện, cảm biến), thiết kế phần mềm (lập trình PLC, thiết kế giao diện HMI), lập trình PLC (sử dụng ngôn ngữ lập trình như LAD, FBD, SCL), và thử nghiệm hệ thống. Thiết kế mạch điều khiển lò nướng tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng, đảm bảo an toàn và hiệu quả cao. Ứng dụng PLC trong công nghiệp thực phẩm được thể hiện rõ nét trong đề tài này. Giải pháp tự động hóa lò nướng bánh này cần đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác, ổn định và dễ sử dụng. Thiết kế điện tử công suất cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hoạt động của các thiết bị.
1.2 Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu dựa trên phương pháp tổng hợp, kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Thiết kế lò nướng bánh công nghiệp được nghiên cứu dựa trên các mô hình lò nướng thực tế. Dữ liệu thu thập được từ việc tìm hiểu quy trình vận hành lò nướng, các loại cảm biến, và tham khảo các mô hình lò nướng điều khiển tự động. Hệ thống điều khiển tự động được thiết kế dựa trên nguyên lý điều khiển PID. Lập trình PLC được thực hiện trên phần mềm TIA Portal, sử dụng các ngôn ngữ lập trình phù hợp. Mô phỏng lò nướng bánh được tiến hành để kiểm tra và hiệu chỉnh hệ thống trước khi thi công. Thiết kế cơ khí lò nướng được tính toán để đảm bảo độ bền và an toàn.
II. Cơ sở lý thuyết và thiết kế hệ thống
Phần này trình bày cơ sở lý thuyết về quy trình nướng bánh, PLC S7-1200, và điều khiển PID. Lập trình PLC được mô tả chi tiết, bao gồm việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình phù hợp (LAD, FBD, SCL) và cấu trúc chương trình. Thiết kế hệ thống điều khiển bao gồm sơ đồ khối, sơ đồ dây điện, và bảng thông số kỹ thuật của các thiết bị. Cảm biến nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu để điều khiển nhiệt độ lò. HMI được sử dụng để giám sát và điều khiển hệ thống một cách trực quan. Thiết kế cơ khí đảm bảo độ bền và an toàn của lò nướng. Tiêu chuẩn an toàn thiết bị lò nướng được tuân thủ nghiêm ngặt.
2.1 Quy trình nướng bánh và điều khiển PID
Mô tả chi tiết quy trình nướng bánh, bao gồm các bước chuẩn bị nguyên liệu, tạo hình bánh, và nướng bánh. Điều khiển PID được sử dụng để điều khiển nhiệt độ lò nướng, đảm bảo bánh chín đều và không bị cháy. Các thông số bộ điều khiển PID (KP, KI, KD) được tính toán và điều chỉnh để đạt hiệu quả tối ưu. Giải pháp tự động hóa lò nướng dựa trên nguyên lý điều khiển PID giúp tối ưu hóa quá trình nướng bánh. Bài toán điều khiển quá trình được giải quyết bằng việc áp dụng thuật toán PID. Điều khiển PID lò nướng đảm bảo độ chính xác và ổn định của nhiệt độ.
2.2 Thiết kế phần cứng và phần mềm
Thiết kế phần cứng bao gồm lựa chọn các thiết bị phù hợp như PLC S7-1200, cảm biến nhiệt độ, van điều khiển khí gas, quạt thổi khí, và HMI. Thiết kế tủ điện đảm bảo sự an toàn và dễ bảo trì. Thiết kế điện tự động hóa được thực hiện dựa trên tiêu chuẩn kỹ thuật. Phần mềm lập trình PLC S7-1200 là TIA Portal, hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình như LAD, FBD, SCL. Lập trình HMI tạo giao diện trực quan, dễ sử dụng để giám sát và điều khiển quá trình nướng bánh. Khoá học lập trình PLC và kinh nghiệm thực tiễn là yếu tố quan trọng cho phần này. Hướng dẫn thiết kế lò nướng bánh được cung cấp đầy đủ.
III. Thi công thử nghiệm và đánh giá
Phần này trình bày quá trình thi công, lắp ráp, và chạy thử nghiệm hệ thống. Thiết kế cơ khí được kiểm tra và điều chỉnh để đảm bảo hoạt động ổn định. Lập trình PLC được kiểm tra và hiệu chỉnh để đạt hiệu quả tối ưu. Kết quả thử nghiệm được phân tích và đánh giá. Dự án tốt nghiệp HCMUTE này đánh giá hiệu quả của hệ thống tự động hóa trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chi phí. Bài tập lớn PLC S7-1200 có thể dựa trên các kết quả nghiên cứu này.
3.1 Quá trình thi công và lắp ráp
Mô tả chi tiết quá trình thi công và lắp ráp hệ thống, bao gồm lắp đặt các thiết bị, đấu nối dây điện, và kiểm tra hoạt động của từng phần. Thiết kế lò nướng bánh tự động được thực hiện theo đúng quy trình kỹ thuật. Lắp ráp tủ điện được thực hiện cẩn thận để đảm bảo an toàn điện. Việc kiểm tra và hiệu chỉnh hệ thống là quan trọng để đảm bảo hoạt động chính xác và ổn định. Mô phỏng lò nướng bánh giúp tối ưu hóa thiết kế và quy trình thi công. Học viện kỹ thuật quân sự HCMUTE có thể sử dụng các kết quả này để đào tạo sinh viên.
3.2 Thử nghiệm và đánh giá hiệu quả
Kết quả thử nghiệm được trình bày và phân tích. Hiệu quả của hệ thống tự động hóa được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu như độ chính xác của điều khiển nhiệt độ, hiệu suất sử dụng năng lượng, và giảm thiểu nhân công. Giá thành thiết kế lò nướng bánh được đánh giá dựa trên chi phí của các thiết bị và nhân công. Ví dụ thiết kế lò nướng bánh PLC này cung cấp các số liệu cụ thể để đánh giá. Kết luận đồ án tốt nghiệp tổng hợp các kết quả và đề xuất hướng phát triển cho các nghiên cứu tương lai. Ngôn ngữ lập trình SCL được đánh giá về hiệu quả và tính dễ sử dụng trong lập trình PLC.
