Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật lập trình bằng Grafcet và ứng dụng trong dây chuyền

chế biến sữa ngô

LỜI MỞ ĐẦU
Sữa ngô là một loại thức uống mới! được tìm hiểu và ưa chuộng nhất
hiện nay. Sữa ngô cung cấp 20% lượng chất xơ yêu cầu của cơ thể trong
một ngày Ngoài ra, Sữa ngô còn có nhiều lợi ích to lớn cho sức khỏe con
người như: tốt cho hệ tiêu hóa, tốt cho thị giác ,tác dụng tốt với não bộ và
sự phát triển của cơ thể ,tốt với phụ nữ mang thai và những người thiếu
máu ,sữa ngô tốt cho tim mạch, sữa ngô ngăn ngừa lão hóa nhanh. Nhưng
hiện nay việc chế biến sữa ngô còn hạn chế chủ yếu là làm thủ công hiệu
quả đem lại rất thấp. Vì vậy muốn sữa ngô thành một loại đồ uống phổ
biến thì cần một dây chuyền chế biến có quy mô công nghiệp.
Trong quá trình học tập tại trường với sự giúp đỡ của nhà trường và
khoa hệ thống điện bọn em đã nhận đề tài tốt nghiệp “ Kỹ thuật lập trình
bằng Grafcet và ứng dụng trong dây chuyền chế biến sữa ngô.”

Nội dung đồ án gồm 4 chương :
Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật lập trình tuần tự bằng GRAFET (SFC)
Chương 2: Giới thiệu về dây chuyền sản xuất chế biến sữa ngô
Chương 3: Phần cứng và phần mềm sử dụng trong mô hình
Chương 4: Thiết kế và thi công mô hình
Trong quá trình làm đồ án được sự giúp đỡ và chỉ đạo tận tình của thầy
giáo ThS.Nguyễn Ngọc Văn và các thầy cô giáo trong khoa đã giúp bọn em
hoàn thành đồ án được giao. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của
thầy cô và các bạn để đồ án của bọn em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội , ngày 25 tháng 12 năm 2016

Đào Văn Hà

có thể hội nhập và phát triển trong xu thế toàn cầu hóa hiện nay, lĩnh vực
tự động hóa Việt Nam cần có một cộng đồng rộng lớn các chuyên gia tâm
huyết, có môi trường học tập và nghiên cứu lành mạnh và một chính sách
vĩ mô hỗ trợ tri thức phát triển thích nghi được với quá trình “phẳng” hóa
thế giới hiện nay.
Vai trò của tự động hóa quá trình sản xuất :
Đ6ĐCN2

Page 2


Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật lập trình bằng Grafcet và ứng dụng trong dây chuyền

chế biến sữa ngô

Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng
cao năng suất lao động. Trong mọi thời đại, các quá trình sản xuất luôn
được điều khiển theo các qui luật kinh tế. Có thể nói giá thành là một trong
những yếu tố quan trọng xác định nhu cầu phát triển tự động hóa. Không
một sản phẩm nào có thể cạnh tranh được nếu giá thành sản phẩm cao
hơn các sản phẩm cùng loại, có tính năng tương đương với các hãng khác.
Trong bối cảnh nền kinh tế đang phải đối phó với các hiện tượng như lạm
phát, chi phí cho vật tư, lao động, quảng cáo và bán hàng ngày càng tăng
buộc công nghiệp chế tạo phải tìm kiếm các phương pháp sản xuất tối ưu
để giảm giá thành sản phẩm. Mặt khác nhu cầu nâng cao chất lượng sản
phẩm sẽ làm tăng mức độ phức tạp của quá trình gia công. Khối lượng các
công việc đơn giản cho phép trả lương thấp sẽ giảm nhiều. Chi phí cho đào
tạo công nhân và đội ngũ phục vụ, giá thành thiết bị cũng tăng theo. Đây là
động lực mạnh kích thích sự phát triển của tự động hóa.
Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản

hình cảm ứng đặt hàng và hệ thống thanh toán trong nhiều nhà hàng của
mình, giảm nhu cầu như nhiều nhân viên thu ngân Đại học Texas ở Austin
đã giới thiệu đầy đủ quán cà phê tự động các địa điểm bán lẻ. Một số quán
ăn và nhà hàng đã sử dụng điện thoại di động và máy tính bảng " ứng
dụng "để làm cho quá trình đặt hàng hiệu quả hơn bởi khách hàng đặt
hàng và thanh toán trên thiết bị của họ.Một số nhà hàng đã tự động phân
phối thực phẩm cho khách hàng bảng sử dụng một hệ thống băng tải. Việc
sử dụng robot đôi khi được sử dụng để thay thế các nhân viên
Nhiều siêu thị và các cửa hàng thậm chí còn nhỏ hơn được nhanh
chóng đưa checkout tự hệ thống giảm nhu cầu sử dụng lao động thanh
toán. Mua sắm trực tuyến có thể được coi là một hình thức bán lẻ tự động
như thanh toán và thanh toán được thông qua một tự động xử lý giao dịch
trực tuyến của hệ thống. Các hình thức tự động hóa cũng có thể là một
phần không thể thiếu của mua sắm trực tuyến, ví dụ như việc triển khai
các robot kho tự động

Đ6ĐCN2

Page 4


Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật lập trình bằng Grafcet và ứng dụng trong dây chuyền

chế biến sữa ngô

Khai thác tự động: Liên quan đến việc loại bỏ các lao động của con
người từ khai thác quá trình. Các ngành công nghiệp khai thác mỏ hiện
đang trong quá trình chuyển đổi theo hướng tự động hóa. Hiện nay nó vẫn
còn có thể đòi hỏi một số lượng lớn các nguồn lực con người, đặc biệt là
trong thế giới thứ ba, nơi chi phí lao động thấp nên có ít động lực để tăng



Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật lập trình bằng Grafcet và ứng dụng trong dây chuyền

chế biến sữa ngô

Về toán học một mạch tổ hợp có có n đầu vào là các X i (i =1-n) và m đầu
ra là các Yj (j=1-m)
X={ x1 , x2,......, xn} là tập các tín hiệu vào
Y={ y1 , y2, .......,yn} là tập các tín hiệu vào
Thì mạch tổ hợp được biểu diễn bởi m phương trình đại số Boole như sau :
Yj = fj (X1, X2, ...., Xn} với j=1-m
Mô hình toán học :

Phân tích mạch tổ hợp :
Bài toán phân tích la bài toán từ sơ đồ logic cho trước viết hàm logic
của các đầu ra theo các đâù vào và nếu cần thì còn phải chỉ ra dạng sóng
của tín hiệu ra tương ứng với tín hiệu vào, xác định giá trị tính hiệu ở từng
điểm trong sơ đồ.
Các bước phân tích mạch tổ hợp như sau:
+ Đặt các biến phụ vào mỗi mạch đầu ra của mỗi mạch logic
+ Viết phương trình của các biến phụ đó (viết lần lượt từ đầu vào cho đến
đầu ra)
+ Trong biểu thức cuối cùng, thay thế các biến phụ bằng các giá trị tương
ứng để rút ra được hàm logic cho các đầu ra cho sơ đồ.
Tổng hợp mạch tổ hợp :
Việc tổng hợp thực chất là thiết kế mạch tổ hợp .Nhiệm vụ chính là thiết
kế được mạch tổ hợp thỏa mãn yêu cầu kĩ thuật nhưng mạch phải tối
giản .Bài toán tổng



Ghi chú:
f : phủ định hai lần hàm f
Đ6ĐCN2

Page 7


Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật lập trình bằng Grafcet và ứng dụng trong dây chuyền

chế biến sữa ngô

tp : phủ định hai lần từng thành phần
D: áp dụng luật Demoorgan
Các giá trị tín hiệu vào Xi và Xi có sẵn
Trên cùng một tầng chỉ sử dụng một loại phần tử (AND, OR, NAND, và
NOR) Những phần tử này có số đầu vào không hạn chế
Bộ cộng nhị phân :

Mạch cộng toàn phần

S n=Cn-1 + (An + Bn)
C n =AnBn +Cn-1 (An + Bn)
Bộ so sánh 2 số nhị phân 2 bit:

Đ6ĐCN2

Page 8



Z - các hàm ra
Hoạt động của mạch tuần tự được mô tả bằng mối quan hệ toán học sau: Z =
f(Q, X)

Đ6ĐCN2

Page 10


Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật lập trình bằng Grafcet và ứng dụng trong dây chuyền

chế biến sữa ngô

Mạch logic tuần tự có tín hiệu đầu ra phụ thuộc không những tín hiệu đầu
vào ở thời điểm xét mà cả vào trạng thái mạch điện sẵn có ở thời điểm đó.
Đây là đặc điểm chức năng logic của mạch tuần tự. Để nhớ trạng thái mạch
điện, mạch tuần tự phải có phần tử nhớ - đó là các trigơ.
Hoạt động trình tự của mạch được thể hiện ở sự thay đổi của biến nội bộ
Y .Trong các quá trình làm việc do sự thay đổi của các tín hiệu vào X (X 1,
X2,...) sẽ dẫn đến sự thay đổi Các tín hiệu ra Z (Z 1 ,Z2,...) và cả tín hiệu nội bộ
Y ( Y1 Y2,...) .Sự thay đổi của các biến y (y1 ,y2 ,....) sau thời gian
Ʈ(Ʈ1 ,Ʈ2,...) .Sự thay đổi của các biến y (y 1 ,y2 ,....) lại có thể dẫn đến thay đổi
các tín hiệu ra Z ,kể cả Y ,rồi sự thay đổi của Y lại dẫn đến sự thay đổi của
y ...Qúa trình nếu cứ tiếp tục nâu dài như vậy sẽ làm cho hệ mất ổn định
,mạch không làm việc được .Yêu cầu đặt ra là phải làm cho mạch ổn định
nghĩa là khi mạch trình tự có sự thay đổi tín hiệu vào sẽ sẽ chuyển từ một
trạng thái ổn định này đến một trạng thái đến một trạng thái ổn định khác và
trải qua một trạng thái trung gian không ổn định .
Hoạt động của mạch trình tự : công cụ để diễn dạt hoạt động của mạch
trình tự là biểu đồ đóng mở .Chiều ngang biểu thị thời gian .chiều đứng thể

,NAND,NOR,... thì phải có phần tử nhớ là các mạch lật :
- Mạch lật RS
- Mạc lật JK
- Mạch lật T
- Mạch lật D
 Mạch lật RS :có 2 đầu vào điều khiển S và R ,C là đầu vào xung nhịp ,hai đầu

ra Q và

Q

.P là chân tín hiệu đặt trước và CL là chân tín hiệu xóa

 Mạch lật D : Có đầu vào điều khiển là D ,và các chân tín hiệu khác

Đ6ĐCN2

Page 13


Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật lập trình bằng Grafcet và ứng dụng trong dây chuyền

chế biến sữa ngô

 Mạch lật T : Có đầu vào điều khiển là T và các chân tín hiệu khác

 Mạch lật JK : có 2 đầu vào điều khiển là J và K và các chân tín hiệu khác

Các phương pháp mô tả mach tuần tự :
• Phương pháp chuyển bảng trạng thái

Đ6ĐCN2

Page 15


Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật lập trình bằng Grafcet và ứng dụng trong dây chuyền

chế biến sữa ngô
- Thành lập bảng kích thích và bảng đầu ra
- Tìm hàm logic tối giản và chọn mạch

3.

Các phần tử cơ bản của hệ GRAFCET (SFC)
Grafcet là một công cụ mô tả bằng hình học cho phép biểu diễn hoạt
động của một hệ thống tuần tự ,là đồ hình chức năng cho phép mô tả các
trạng thái làm việc biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái
khác .Grafcet cho một quá trình luôn là một đồ hình khép kín từ trạng thái
đầu tới trạng thái cuối.
GRAFCET (viết tất của GRAphe Fonctionnel de Com- mande Etape
Transition) là ngôn ngữ chuyên biệt bằng đồ họa mô tả chức năng điều
khiển các trình tự và các điểu kiện chuyển mạch tiếp theo trong tự động
hóa. GRAFCET chỉ có thể biểu thị hệ điểu khiển trình tự được chuyển đổi
theo nguyên lý xóa chuỗi nhịp.
GRAFCET tuân theo tiêu chuẩn EN 60848:2002-12 châu Âu và được
dùng làm ngôn ngữ đồ họa thay cho sơ đồ chức năng theo tiêu chuẩn DIN
40719-6, đồng thời có thể thay thế biểu đổ chức năng và biểu đổ hành
trình-bước. GRAFCET được sử dụng để mô tả tác vụ điểu khiển một cách rõ
ràng, cùng những tầng thứ bậc trong các trình tự điểu khiển. GRAFCET
cũng có thể mô tả hệ điểu khiển không phụ thuộc vào thiết bị hoặc loại


Page 17


Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật lập trình bằng Grafcet và ứng dụng trong dây chuyền

chế biến sữa ngô

Những kí hiệu riêng của ngôn ngữ GRAFCET:

Đ6ĐCN2

Page 18


Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật lập trình bằng Grafcet và ứng dụng trong dây chuyền

chế biến sữa ngô

Đ6ĐCN2

Page 19


Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật lập trình bằng Grafcet và ứng dụng trong dây chuyền

chế biến sữa ngô

Các đại lượng chuyên dùng của GRAFCET:



Đ6ĐCN2

Page 21


Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật lập trình bằng Grafcet và ứng dụng trong dây chuyền

chế biến sữa ngô

Phần tác động:
Mỗi bước của quá trình có một hoặc nhiều hành động. Nếu bước được
kích hoạt, những hành động này sẽ được thực hiện. Một hành động được
ghi trong ô chữ nhật. Các ô ký hiệu bước và hành động có cùng chiểu cao.
Có các cách mô tả khác nhau khi có nhiều hành động.

Thứ tự của các hành động không mô tả trình tự theo thời gian. Hành
động, tùy theo phương thức hoạt động, được chia thành hành động tác
dụng liên tục và hành động tác dụng lưu trữ.

•

Phương pháp lập trình theo GRAFCER cho họ PLC FX-2N:
Đ6ĐCN2

Page 22


Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật lập trình bằng Grafcet và ứng dụng trong dây chuyền



Khi sử dụng lệnh này chúng ta bắt đầu chương trình STL với toán hạng
bắt đầu S0 đồng thời reset toàn bộ các toán hạng S11 đến S24 viết trong
chương trình về giá trị ban đầu .
Khi chấm dứt đoạn chương trình viết theo dạng STL muốn quay về đoạn
chương trình viết theo ngôn ngữ ladder chúng ta sử dụng lệnh RET tại
dòng lệnh cuối cùng của đoạn chương trình

4.

Ví dụ minh họa việc ứng dụng GRAFCET vào một bài
toán kỹ thuật đơn giản.
Máy trộn màu:

Đ6ĐCN2

Page 24


Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật lập trình bằng Grafcet và ứng dụng trong dây chuyền

chế biến sữa ngô

Hai thành phẩn màu được đưa vào bình trộn màu. Các thành phẩn được
trộn trong một thời gian xác định và sau đó hỗn hợp trộn được xả ra
ngoài.
Van điện từ M1 và M2 mở sau khi tín hiệu khởi động được kích hoạt
qua nút S2. Các thành phẩn màu được cấp vào máy trộn cho đến mức tối
đa và được cảm biến B2 ghi nhận. Sau đó cả hai van đóng lại, động cơ M3
của máy trộn hoạt động và sau 2 phút sẽ tắt. Màu thành phẩm được máy