Nội dung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN VĂN KHÔI THIẾT KẾ CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐÓNG BAO XI MĂNG Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy Mã số: 60.52.04 Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐINH MINH DIỆM Phản biện 1: TS. NGUYỄN XUÂN HÙNG Phản biện 2: PGS.TS. LÊ VIẾT NGƯU Luận văn sẽ ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 03 tháng 12 năm 2011. TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Có thể tìm hiểu luận văn tai: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. Đà Nẵng - Năm 2011 1 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của ñề tài 2 + Dây chuyền 2: thế hệ mới, hệ thống cân ñiện tử, hệ thống ñiều khiển nạp liệu tự ñộng bằng vi xử lý. Tuy nhiên ñộ ổn ñịnh của Cùng với sự phát triển của ñất nước, ngành công nghiệp xi hệ thống không cao nên năng suất không ñạt, tuổi thọ của hệ thống măng ngày càng phát triển. Các dây chuyền sản xuất xi măng ñược thấp, vận hành phức tạp sửa chữa khó khăn,vật tư thay thế giá thành ñầu tư xây dựng mới sau này với công nghệ thiết bị hiện ñại của các ñắt, thời gian nhập khẩu lâu và phải mua ñúng của hãng Haver nước Châu âu như Đức, Pháp, Đan Mạch,… hoàn toàn tự ñộng hóa Boeker. Vì vậy ảnh hưởng rất nhiều ñến sản xuất. làm tăng năng suất và bảo ñảm sản phẩm ñạt chất lượng tốt và ổn ñịnh. Tuy nhiên hiện nay tại nhiều Công ty sản xuất xi măng vẫn tồn tại ñồng thời các dây chuyền thiết bị thế hệ cũ và thế hệ mới hơn nữa mỗi dây chuyền của mỗi hãng lại có ñặc thù riêng như hệ thống ñiều khiển khác nhau,… Vì vậy rất phụ thuộc vào hãng sản xuất. Việc cải tạo nâng cấp các dây chuyền thiết bị thế hệ cũ và nghiên cứu thiết kế các thiết bị và hệ thống ñiều khiển tự ñộng chế tạo sản xuất trong nước là thật sự cần thiết cho các doanh nghiệp sản xuất . Hiện nay tại Công ty Cổ phần Xi măng Hải Vân tồn tại 2 dây chuyền ñóng bao: + Dây chuyền 1: thế hệ cũ, hệ thống cân cơ, hệ thống ñiều khiển nạp liệu ñơn giản. Vì vậy năng suất thấp, ñộ chính xác không cao. Hình 2. Packing Machine N02 Do ñó Nghiên cứu thiết kế hệ thống ñiều khiển cấp liệu và cân của máy ñóng bao là nội dung chính của ñề tài. 2. Mục ñích của ñề tài: - Nghiên cứu thiết kế cải tiến hệ thống ñiều khiển cấp liệu tự ñộng và cân bằng PLC cho máy ñóng bao xi măng. Hình 1. Packing Machine N01 3 - Góp phần phát triển lĩnh vực ñiều khiển tự ñộng ứng dụng vào thực tế sản xuất. 3. Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu thiết kế quy trình làm việc của máy ñóng bao, nghiên cứu các phần tử ñiều khiển và các cơ cấu chấp hành. - Nghiên cứu thiết kế hệ thống ñiều khiển cho các cơ cấu chấp hành - Nghiên cứu hệ thống cân ñiện tử. - Giải quyết việc nối ghép tương thích giữa các thiết bị liên quan: Động cơ ñiện, các cảm biến khối lượng, van ñiều khiển, ñầu cân ...bằng phương pháp ñiều khiển Logic. - Thực nghiệm lắp ráp, hiệu chỉnh và thử nghiệm trên máy ñóng bao tại Công ty Cổ phần Xi măng Hải Vân. 4. Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu thực tế các hệ thống ñóng bao xi măng . - Tổng hợp nghiên cứu lý thuyết về hệ thống ñiều khiển tự ñộng. - Kiểm chứng trên máy ñóng bao tại Công ty Cổ phần Xi măng Hải Vân . 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: - Tăng năng suất máy, ổn ñịnh chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sửa chữa bảo dưỡng và vật tư dự phòng cho Công ty. - Đề tài sẽ góp phần vào sự phát triển trong lĩnh vực ñiều khiển tự ñộng bằng PLC cho các thiết bị trong dây chuyền sản xuất nói chung và ñiều khiển máy ñóng gói nói riêng. 4 6. Cấu trúc của luận văn : Luận văn gồm các phần như sau. Chương 1. TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN ĐÓNG BAO XI MĂNG Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO ĐỀ TÀI Chương 3. THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN CÂN VÀ ĐÓNG GÓI 5 6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐÓNG GÓI TỰ ĐỘNG 1.1.3 Định lượng Đối với máy ñóng gói , khâu ñịnh lượng là khâu quan trọng nhất . Ứng với sai số cho phép , sẽ có những cách ñịnh lượng khác 1.1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI TỰ ĐỘNG nhau ( hình 1.4 và hình 1.5 ). 1.1.1 Khái niệm 1.2. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI 1.1.2 Phân loại Máy ñóng gói CỦA CÔNG TY CP XI MĂNG VICEM HẢI VÂN 1.2.1. Tổng quan về Công ty Cổ phần Xi măng Vicem Hải Vân 1.2.1.1 Khái niệm xi măng 1.2.1.2. Qui trình công nghệ sản xuất xi măng Hình 1.1Đóng gói vật liệu khối Hình 1.2 Đóng gói vật liệu lỏng Hình 1.4 Định lượng gián ñoạn Hình 1.10 Công ñoạn ñóng bao 1.2.2 Thiết bị ñóng gói tại Công ty CP Xi măng Vicem Hải Vân 1.2.2.1 Hệ thống ñóng bao xi măng bao 50 kg a) Hệ thống ñóng bao của dây chuyền 2 ( Hình 1.10 ) Máy ñóng bao ñược sản xuất vào năm 1996, máy gồm 6 vòi Hình 1.3 Đóng góivật liệu rời quay, ñịnh lượng bằng hệ cân ñiện tử. Hình 1.5 Định lượng liên tục b) Hệ thống ñóng bao của dây chuyền 1 7 8 Máy ñóng bao ñược sản xuất năm 1993, máy gồm có 4 vòi ñứng, CHƯƠNG 2 ñịnh lượng bằng hệ cân cơ. SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 2.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MÁY ĐÓNG BAO 2.1.1 Cấu tạo máy ñóng bao 2.1.1.1 Thông số kỹ thuật 2.1.1.2 Yêu cầu vật liệu ñóng bao 2.1.1.3 Các thành phần và chức năng a) Truyền ñộng quay máy ñóng bao Hình 1.13 Máy ñóng bao dây chuyền 2 8 Hình 1.14 Máy ñóng bao dây chuyền 1 Kết luận: 7 1 6 Trên cơ sở thiết bị ñóng gói hiện nay và hiện trạng máy ñóng 2 5 3 bao xi măng của Công ty ta có thể nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ 4 thống ñiều khiển nạp liệu và cân cho máy ñóng bao thay thế cho máy ñóng bao dây chuyền 2 và có thể cải tạo máy ñóng bao dây chuyền 1 từ hệ cân cơ sang cân ñiện tử. stt 1 2 3 4 5 6 7 8 tªn phô tïng Xylanh ba vÞ trÝ Xylanh kÑp bao GhÕ ®¸ bao Xylanh ®¸ bao Bé truyÒn ®éng quay tuabin cÊp liÖu Van ba vÞ trÝ Tñ c©n Sensor c¶m biÕn Đ.v.t S.l c¸i c¸i c¸i c¸i c¸i c¸i c¸i 06 06 06 06 06 06 06 Hình 2.2 máy ñóng bao b)Hệ thống khí nén Khí ñược cấp cho pittong kẹp giữ bao, pittong quét bao, thối bao xi măng, hướng dòng liệu, pittong van 3 vị trí, pittong ñẩy bao. 9 10 e) Load cell f) cơ cấu ñỡ & hất bao h) Cảm biến Hình 2.7 Load cell treo c)Phễu cấp liệu d)Cơ cấu nạp liệu vào bao Hình 2.9 Vị trí các cảm biến Hình 2.8 Cơ cấu ñỡ và hất bao g)Nguồn cấp i)Các sơ ñồ ñiện ñộng lực và ñiều khiển của máy ñóng J)Cân MEC MEC là một hệ thống kết hợp cân và ñiều khiển, hổ trợ tất cả Hình 2.5 Phễu cấp liệu các chức năng của một vòi nạp liệu. Mỗi một vòi nạp liệu của máy ñóng bao ñược trang bị một cân MEC, cân MEC sẽ tự ñộng ñiều Hình 2.6 Cơ cấu nạp liệu cho bao khiển tất cả chức năng của vòi nạp liệu. 11 Cân MEC ñược thiết kế theo các modul card. 12 ñược nạp vào bao ( Nếu ñến vị trí cảm biến mà không có bao cấp cho vòi nạp liệu thì lổ thoát khí từ pittong xy lanh quét bao sẽ không ñược bịt kín nên không ñủ áp ñể tác ñộng công tắc áp suất vì vậy sẽ không xảy ra quá trình nạp liệu ) Pittong kẹp giữ bao Khí thổi phồng bao Hình 2.10 Sơ ñồ lắp card trong hộp cân MEC Bảng 2.1 Chú thích card của cân MEC Nạp liệu vào bao Khí thổi sạch vòi Kết thúc nạp và pittong hồi về Khi công tắc áp suất ñược tác ñộng, ñộng cơ của turbin cấp liệu sẽ ñược delay một khoảng thời gian, bao sẽ ñược khí thổi phồng lên và van 3 vị trí mở hoàn toàn thì quá trình nạp liệu bắt ñầu. Nếu khi nạp liệu khối lượng liệu không tăng lên ( có thể do bao bị rách vỡ 2.1.2 Nguyên lý hoạt ñộng của máy ñóng bao hoặc do tắc liệu,...) thì quá trình nạp liệu sẽ dừng lại. Khi máy ñóng bao hoạt ñộng ( quay ), bao ñược cấp vào vòi Quá trình cấp liệu cho bao ñược thực hiện qua 2 giai ñoạn: nạp liệu tự ñộng hoặc bằng tay, ñến vị trí cảm biến (1) van ñiện từ Giai ñoạn nạp thô ( Van 3 vị trí mở hoàn toàn ) và giai ñoạn nạp tinh ñược tác ñộng và 2 pittong xy lanh ( giữ và quét bao ) ñược kích hoạt ( van 3 vị trí ñóng không hoàn toàn ). Tùy thuộc vào ñộ mịn của liệu, và bao ñược giữ chặt, lúc này ñường thoát khí từ pittong xy lanh quét sai số cho phép của khối lượng bao, năng suất ,.. thì ta có thể thay ñổi bao ñược bịt kín bởi bao nên áp lực khí sẽ tác ñộng ñến công tắc áp khối lượng liệu nạp trong giai ñoạn nạp thô ( cài ñặt tham số khối suất ( Presseur switch ) kích hoạt ñộng cơ của turbin cấp liệu và liệu lượng nạp thô ) hoặc thay ñổi tốc ñộ liệu ở giai ñoạn nạp tinh bằng 13 14 cách thay ñổi góc mở của của van 3 vị trí ( ñiều chỉnh hành trình của 2.2. GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC pittong van 3 vị trí ). 2.2.1. Đặc ñiểm bộ ñiều khiển lập trình: Nếu quá trình nạp liệu ñến vị trí cảm biến (5) kiểm tra khối 2.2.2. Những khái niệm cơ bản: lượng mà under weigh < khối lượng bao < over weigh thì ñến vị trí 2.2.3. So sánh với các hệ thống ñiều khiển khác: cảm biến ( 6) nhả bao thì pittong xylanh nhả bao ñược kích hoạt hất 2.2.4. Cấu trúc phần cứng của PLC: nhả bao lên băng tải chuyển bao. Nếu quá trình nạp liệu ñến vị trí 2.2.5. Khái niệm cơ bản về lập trình PLC: cảm biến (5) kiểm tra khối lượng mà khối lượng bao < under weigh 2.2.6. Cơ chế hoạt ñộng và xử lý tín hiệu trên PLC: thì bao sẽ không ñược hất nhả ra băng tải chuyển bao mà sẽ ñược nạp Kết luận: Nghiên cứu cấu tạo, chức năng của các thành phần thêm liệu ở chu trình nạp liệu tiếp theo. Sau khi nạp thêm liệu nếu máy ñóng bao và nguyên lý ñiều khiển quá trình nạp liệu vào bao và khối lượng bao < under weigh hoặc khối lượng bao > over weigh thì cân cùng với bộ ñiều khiển khả trình PLC là cơ sở thiết mạch ñiều bao sẽ ñược hất nhả ra tại vị trí cảm biến (3) bao lỗi. Nếu quá trình khiển và viết chương trình ñiều khiển cho PLC trong chương 3. nạp liệu ñến vị trí cảm biến (5) kiểm tra khối lượng mà khối lượng bao > over weigh thì bao sẽ không ñược hất nhả ra băng tải chuyển bao mà sẽ ñược hất nhả ra tại vị trí cảm biến (3) bao lỗi. Sau khi bao ñược hất nhả ra băng tải chuyển bao, hệ thống reset lại bộ ñếm. Đầu cân Tải trọng bao Hiển thị số AD Bộ phận truyền, nhận số liệu Load cell Máy in Máy tính Đóng mở piston khí nén ( ñiều khiển các van, kẹp bao), ñộng cơ cấp liệu PLC hoặc VĐK Cáp chuyển ñổi mạch giao tiếp Điều khiển trực tiếp các cuộn dây solenoid, relay coil Hình 2.22. Sơ ñồ ñiều khiển nạp liệu và cân 15 16 Chương 3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÂN VÀ ĐÓNG GÓI và máy do hãng Siemen sản xuất tương thích với S7-200, phù hợp cho môi trường công nghiệp và giá thành thấp. 3.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 3.1.1 Bộ ñiều khiển khả trình PLC Chọn bộ PLC S7-200 của Siemens, CPU224 là phù hợp và ñáp ứng ñược yêu cầu của hệ thống ñiều khiển. Sơ ñồ bố trí các bộ phận S7-200 như hình 3.1 Bên trong: Các LED chỉ trạng thái - Nguồn cung cấp của các ñầu vào ra - Tụ cao cấp - Đồng hồ thời gian (CPU 224/226) Các LED chỉ Chiết áp tương tự trạng thái của Hình 3.2 Thiết bị TD 200 3.1.3 Thiết bị chỉ thị khối lượng Thiết bị chỉ thị khối lượng (ñầu hiển thị trọng lượng cân) có nhiều loại do nhiều hãng sản xuất khác nhau. Trong hệ thống ñiều khiển này ta chọn Khe cắm cho: - Mô ñun nhớ - Mô ñun pin - Mô ñun ñồng hồ Jắc cắm mô ñun mở rộng Chỉ thị khối lượng KH3B-V của hãng Omron – Nhật. Hình 3.3 Thiết bị chỉ thị khối lượng 3.2 KẾT NỐI CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG 3.2.1. Kết nối giữa PLC S7-200, CPU 224 với máy tính: Lỗ ñể gắn lên giá ñỡ Cổng truyền thông Chốt kẹp ñể lắp CPU lên ray DIN Hình 3.1 Sơ ñồ bố trí các bộ phận của PLC 3.1.2 TD 200 ( Giao diện giữa người và máy ) Thiết bị TD 200 ( S7-200 Text Display Devices ) cho phép người vận hành hay người sử dụng có thể tương tác với ứng dụng hoặc hiển thị các thông báo,…TD 200 là thiết bị giao diện giữa người 3.2.2. Giao tiếp giữa DT 200 và PLC S7-200: 3.2.3. Kết nối ñầu cân và PLC: 3.2.4. Kết nối giữa ñầu cân với cảm biến trọng lượng ( Loadcell): 17 3.3 SƠ ĐỒ MẠCH CỦA HỆ THỐNG 18