Tóm tắt nội dung

Luận văn trình bày một cách khái quát bài toán cân đóng bao trong công nghiệp cùng cách giải quyết vấn đề, đồng thời, nghiên cứu một số thiết bị phần cứng cũng như các tiêu chuẩn truyền thông được sử dụng trong công nghiệp. Các nghiên cứu này cho phép thiết kế một hệ thống hoàn chỉnh phục vụ cho bài toán cân đóng bao và một số bài toán liên quan. Từ đó luận văn mô tả một cách chi tiết một hệ thống thực đã được tác giả xây dựng và các kết quả triển khai thực tế của nó trong nhà máy công nghiệp. Phần còn lại trình bày các chương trình điều khiển được viết bằng ngôn ngữ lập trình C sử dụng trong bộ điều khiển. Hi vọng, những kiến thức trong luận văn sẽ mang lại cái nhìn rõ ràng nhất cho người đọc về các hệ thống điều khiển tự động nói chung và hệ thống cân đóng bao nói riêng.

Mục lục

Tóm tắt nội dung i

Mục lục ii

Danh mục hình vẽ ii

Mở đầu 2

Chương 1: Tổng quan 2

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Bài toán cân đóng bao trong thực tế 2

1.3 Nội dung của luận văn 2

Chương 2: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết 2

2.1 Các khái niệm 2

2.1.1 Các trạng thái của quá trình đóng bao 2

2.1.2 Các biến quá trình 2

2.2 Quá trình cân đóng bao: 2

2.2.1 Xung đầu ra 2

2.2.2 Lưu đồ thuật toán 2

2.2.3 Quá trình cân phối liệu 2

2.3 Mạng truyền thông công nghiệp 2

2.3.1 MODBUS 2

2.3.2 CAN 2

Chương 3: Nghiên cứu tính năng phần cứng 2

3.1 Vi điều khiển xử lý tín hiệu số 16 bit DSPIC 30F6010 2

3.1.1 Các tính năng chính 2

3.1.2 Module truyền thông không đồng bộ UART 2

3.1.3 Bộ điều khiển truyền thông CAN của dsPIC 30F6010 2

3.1.4 Bộ định thời TIMER 2

3.1.5 Bộ chuyển đổi tương tự - số ADC 2

3.2 Vi điều khiển PSOC 2

3.2.1 Các dòng vi điều khiển PSOC 2

3.2.2 Vi điều khiển CY8C27443 2

3.2.3 Các khối số 2

3.2.4 Bộ đếm COUNTER 2

3.2.5 Config các khối UART 2

3.3 Thiết bị cân 2

3.3.1 Chức năng 2

3.3.2 Cổng nối tiếp 2

Chương 4: Thiết kế hệ thống 2

4.1 Cấu trúc hệ thống 2

4.1.1 Sơ đồ khối hệ thống 2

4.1.2 Khối giao tiếp người – máy 2

4.1.3 Khối điều khiển 2

4.1.4 Khối cân 2

4.1.5 Truyền thông trong hệ thống 2

4.2 Phần mềm giám sát hệ thống 2

Chương 5: Triển khai phần cứng và các kết quả đạt được 2

5.1 Giao diện người – máy 2

5.1.1 Sơ đồ nguyên lý 2

5.1.2 Phương thức hoạt động 2

5.2 Bộ điều khiển 2

5.2.1 Sơ đồ 2

5.2.2 Phương thức hoạt động 2

5.3 Triển khai ứng dụng hệ thống tại nhà máy Phân lân Ninh Bình 2

Chương 6: Kết luận 2

Phụ lục 2

Tài liệu tham khảo 2

Mở đầu

Theo định hướng phát triển kinh tế - xã hội của nước ta, Việt Nam phấn đấu đến năm 2020 sẽ trở thành một nước công nghiệp hiện đại. Để hướng tới mục tiêu này, chúng ta đang xây dựng một hệ thống nhà máy, xí nghiệp lớn, hiện đại với các dây chuyền sản xuất, lắp ráp, đóng gói... tương xứng. Trong đó, hệ thống cân đóng bao là một thành phần không thể thay thế trong các nhà máy chế biến, tinh luyện, các khu chế xuất. Các hệ thống này có tính tự động cao, dễ vận hành nhờ được điều khiển bằng máy tính hoặc các bộ vi xử lý. Chúng dễ dàng được cài đặt, quản lý để thực hiện thao tác một cách chính xác với khối lượng nguyên liệu cần đóng gói được đặt trước bởi người vận hành. Việc xây dựng những hệ thống tự động trong công nghiệp nói chung và hệ thống cân đóng bao nói riêng là một hướng đi khả thi và hứa hẹn đem lại hiệu quả kinh tế, ứng dụng cao.

Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, khi xây dựng các hệ thống điều khiển tự động, nền tảng truyền thông trong hệ thống đều dựa vào các thiết bị đắt tiền của nước ngoài. Luận văn hướng đến việc xây dựng một hệ thống cân đóng bao tự động dựa trên các linh kiện thông dụng, giao tiếp dựa trên các chuẩn truyền thông công nghiệp. Do các yêu cầu về tính khả thi cũng như tính kinh tế, cần lựa chọn một vi điều khiển cùng thuật toán điều khiển hợp lý để khi kết hợp với chuẩn truyền thông sẽ mang lại hiệu quả cao nhất cho hệ thống. Hệ thống sẽ được đưa vào phục vụ sản xuất trong dây chuyền đóng bao của Nhà máy Phân Lân Ninh Bình.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Th.S. Đặng Anh Việt, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình làm luận văn. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới TS. Trần Quang Vinh và các cán bộ phòng Robotic cùng toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa Điện tử - Viễn thông đã tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành đề tài này.

Chương 1: Tổng quan

1.1 Đặt vấn đề

Trong quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa ở nước ta hiện nay, việc tự nghiên cứu chế tạo các hệ thống sản xuất, đóng gói tự động trong các nhà máy công nghiệp là một vấn đề cấp thiết. Tuy nhiên, có một thực tế là hầu hết các dây chuyền công nghiệp như vậy đều được nhập từ nước ngoài với chi phí rất cao. Các hệ thống này tuy hoạt động chính xác và quản lý dễ dàng nhưng trong quá trình vận hành có thể gặp trục trặc do điều kiện thời tiết khí hậu nóng ẩm ở nước ta. Khi những sự cố như vậy xảy ra, rất khó để chúng ta tự khắc phục vì mỗi nhà cung cấp thường chọn cho mình những tiêu chuẩn cũng như công cụ phát triển riêng. Do đó, không còn cách nào khác là phải mời các chuyên gia nước ngoài về giải quyết sự cố với chi phí không hề rẻ. Điều đó chắc chắn có ảnh hưởng rất lớn đến khía cạnh kinh tế của nhà sản xuất cũng như của cả nền kinh tế nước ta. Bên cạnh đó, việc giải quyết các bài toán tự động hóa mà cụ thể ở đây là bài toán cân đóng bao là không quá phức tạp và hoàn toàn khả thi, phù hợp với những kiến thức thu được trên giảng đường đại học về điều khiển học, kỹ thuật điện tử, thiết kế mạch hay mạng truyền dữ liệu…

Chính vì những lý do đó, tôi muốn hướng đến việc nghiên cứu một hệ thống cân tự động sử dụng trong quá trình đóng gói sản phẩm và giải quyết một số bài toán thực tiễn của hệ thống. Hệ thống này cần được phát triển dựa trên các chuẩn quốc tế để có thể kết nối với các thiết bị khác trong dây chuyền sản xuất. Việc xây dựng thành công một hệ thống như vậy chắc chắn sẽ mang lại hiệu quả kinh tế lớn cũng như phần nào đóng góp vào sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước.

1.2 Bài toán cân đóng bao trong thực tế

Cân đóng bao là một bài toán được ứng dụng rất phổ biến ở các nhà máy chế biến thực phẩm, sản xuất xi măng, lọc hóa dầu.v.v…Nguyên liệu sau khi đi qua một số quá trình trở thành thành phẩm sẽ được đóng gói để vận chuyển và đưa ra thị trường tiêu thụ. Vấn đề đặt ra là làm sao để đóng gói nhanh và đồng đều một lượng chính xác nguyên liệu định trước (gọi là lượng đặt).

Bên cạnh bài toán cân đóng bao, một bài toán khác cũng thường gặp không kém là bài toán cân phối liệu. Trong bài toán này, người ta phải đổ vào máy trộn một số loại nguyên liệu nào đó với một tỷ lệ nhất định. Thực chất, việc giải bài toán cân phối liệu hoàn toàn dựa trên lời giải của bài toán cân đóng bao, nhưng được áp dụng cho nhiều nguyên liệu một lúc.

Sau khi xem xét những bài toán trên có thể nhận thấy việc xây dựng một hệ thống cân tự động như vậy cần được dựa trên những thành phần cơ bản sau:

• Thiết bị cân chính xác, có độ tin cậy cao.

• Vi xử lý phù hợp điều khiển toàn bộ hệ thống.

• Hệ thống board mạch chủ, mạch nguồn, mạch điều khiển.

• Hệ thống mạng truyền thông (hay còn gọi là bus) đảm bảo kết nối tín hiệu giữa các thành phần với nhau.

• Một giao diện thân thiện, linh hoạt dễ sử dụng cho người vận hành, chủ yếu là các công nhân trình độ thấp.

1.3 Nội dung của luận văn

Luận văn chia làm 2 phần:

• phần một gồm các chương 2, 3 nghiên cứu các cơ sở lý thuyết và tính năng các linh kiện chính phục vụ xây dựng các module trong hệ thống. Trong đó, chương 2 trình bày chi tiết quá trình cân đóng bao cũng như lý thuyết về các mạng truyền thông sử dụng trong công nghiệp, chương 3 tập trung nghiên cứu các tính năng của phần cứng (các vi điều khiển và thiết bị cân sử dụng trong hệ thống).

• phần hai gồm các chương tiếp theo trình bày triển khai cụ thể hệ thống, chương 4 mô tả một hệ thống thực được hướng đến, chương 5 là những kết quả đã đạt được và triển khai ứng dụng trong thực tế.