tổng quan về công nghệ trong dây chuyền tráng nhựa. viết chương trình điều khiển và giám sát dùng vdk 8051

ðồ án môn Trang Bị ðiện 1 PHỤ LỤC Phụ lục ………………………………………………………………… 1 Lời nói ñầu…………………………………………………………… 2 Chương1: Tổng quan về công nghệ gia nhiệt………………………… 3 1.1. Khái niệm về gia nhiệt…………………………………………… 3 1.2. Cấu trúc chung của dây chuyền sản xuất nhựa……………………. 5 1.3. Quy trình sản xuất sản phẩm nhựa………………………………… 6 1.4. Giới thiệu về lò ñiện trở…………………………………………… 7 1.5. Những yêu cầu ñối với vật liệu làm dây ñốt 7 1.6. Tính toán dây ñốt 9 Chương 2: Thiết kế hệ thống gia nhiệt cho dây chuyền sản xuất nhựa 14 2.1. Thiết kế hệ thống gia nhiệt 14 2.2. Tính toán dây ñốt 15 2.3. Thiết kế hệ thống ghép nối 16 Chương 3: Viết chương trình và giao diện ñiều khiển và giám sát cho các ñối tượng gia nhiệt…………………………………………………………. 24 3.1. Giao diện chương trình …………………………………………… 24 3.2. Code lệnh …………………………………………………………. 24 3.3. Chương trình cho vi xử lý 8051 ………………………………… 36 Chương 4: Mô phỏng lò nhiệt trên Matlab ……………………………. 40 4.1. Bộ ñiều khiển PID tương tự ………………………………………. 40 4.2. Bộ ñiều khiển mờ …………………………………………………. 44 Tài liệu tham khảo …………………………………………………… 50 ðồ án môn Trang Bị ðiện 2 LỜI NÓI ðẦU Trang bị ñiện ñiện tử cho máy công nghiệp dùng chung là một môn học ñã ñược ñưa vào giảng dạy ñối với sinh viên ngành ñiện tự ñộng ở hầu khắp các trường ñại học trên cả nước. Với môn học này sinh viên sẽ ñược trang bị một cách tổng quát những kiến thức cơ sở về các trang thiết bị máy móc, cơ cấu ñược sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ñồng thời các kiến thức cơ sở và chuyên ngành cũng ñược hệ thống lại một cách tổng quát và chuyên sâu ñiều này là rất cần thiết và hữu ích giúp cho sinh viên có thể có ñược những hình dung căn bản về các hệ thống dây chuyền công nghệ trong công nghiệp tạo ñiều kiện thuận lợi cho việc học tập và sau này khi ra ngoài thực tế sản xuất. Trong thiết kế môn học “Tổng quan về công nghệ gia nhiệt trong các dây chuyền công nghiệp nhựa“ này cũng không nằm ngoài mục ñích trên. Dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS.Hoàng Xuân Bình là chủ nhiệm bộ môn ðiện Tự ðộng Công Nghiệp ñồng thời cũng là giáo viên phụ trách giảng dạy môn học Trang Bị ðiện – ðiện Tử cùng các thầy cô giáo trong bộ môn với sự giúp ñỡ của bạn bè và tài liệu tham khảo em ñã hoàn thành các yêu cầu ñược giao trong ñề tài. Không thể tránh khỏi những thiếu sót và nhầm lẫn, rất mong nhận ñược sự chỉ bảo tận tình và chu ñáo của thầy cô cùng các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! Trong phạm vi ñề tài này gồm có 3 nhiệm vụ chính cần hoàn thành bao gồm: 1. Tổng quan về gia nhiệt trong các dây chuyền sản xuất sản phẩm nhựa. 2. Thiết kế hệ thống gia nhiệt cho dây chuyền. 3. Viết chương trình ñiều khiển quá trình gia nhiệt cho nhiều ñối tượng gia nhiệt. Giờ ta xét từng vấn ñề một qua các chương như sau. ðồ án môn Trang Bị ðiện 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA NHIỆT TRONG CÁC DÂY CHUYỀN CÔNG NGHIỆP NHỰA 1.1. Khái niệm về gia nhiệt trong dây chuyền công nghiệp nhựa: Gia nhiệt là một công ñoạn vô cùng quan trọng trong dây chuyền công nghiệp nhựa. ðể có ñược những sản phẩm nhựa muôn hình muôn vẻ, với nhiều màu sắc thì yêu cầu nguyên liệu nhựa trước khi ñưa vào khuôn mẫu phải ñược chế biến sẵn. Với nguyên liệu nhựa ở dạng nóng chảy ta có thể tiến hành pha chế màu sắc cũng như những phụ gia khác làm tăng chất lượng sản phẩm ñồng thời khi ñưa nhiên liệu vào khuôn hình ta sẽ ñược những sản phẩm như ý muốn. Trên thực tế thì nguyên liệu nhựa ñược sản xuất ở những nơi cách xa nhà máy sản xuất sản phẩm nhựa do vậy mà nguyên liệu nhựa ban ñầu thường ở là những hạt nhựa nguyên liệu dạng rắn. Hạt nhựa thuận tiện cho việc vận chuyển và bảo quản, chính vì vậy mà cần phải có một công ñoạn làm nóng chảy các hạt nhựa ñể có thể ñưa vào khuôn, công ñoạn ñó ñược gọi là gia nhiệt. Việc gia nhiệt cho các hạt nhựa không thể tiến hành gia nhiệt một cách cục bộ mà phải ñược tiến hành trong một khoảng thời gian nhất ñịnh và từ từ làm cho nhựa chuyển thành dạng lỏng ñều. Trong quá trình này các phụ gia cần thiết khác cũng ñược trộn ñều. Rõ ràng ñây là một công ñoạn không thể thiếu trong các dây chuyền công nghệ nhựa và nó cũng ảnh hưởng có tính quyết ñịnh tới chất lượng sản phẩm. Quá trình gia nhiệt thường ñược thực hiện bởi các vòng ñiện trở nhiệt trong các lò ñiện trở nhiệt. Thời gian tiến hành gia nhiệt hoàn toàn cho nhựa nguyên liệu thường kéo dài trong khoảng thời gian từ 3-5 giờ. ðồ án môn Trang Bị ðiện 4 * ðặc ñiểm của quá trình gia nhiệt: - Thời gian quá ñộ lớn - ðặc tính gia nhiệt: theo hình 8-1B trang 170 [1] Hình 1-1. ðồ thị nhiệt ñộ và công suất lò nhiệt. Trong ñó: 0 τ là nhiệt ñộ gia nhiệt cần thiết của vật cần gia nhiệt, mt τ là nhiệt ñộ của môi trường xung quanh, p – là công suất của lò nhiệt. Ban ñầu khi bắt ñầu gia nhiệt từ mt τ là nhiệt ñộ môi trường ñến giá trị nhiệt ñộ gia nhiệt hoàn toàn 0 τ quá trình này thường kéo dài từ 3 – 5 giờ. Khi nhiệt ñộ gia nhiệt ñã ñạt tới giá trị 0 τ thì ñể tiết kiệm năng lượng và tránh tình trạng nguyên liệu bị gia nhiệt quá nhiệt ñộ cho phép gây cháy, hỏng nguyên liệu người ta tiến hành cắt ñiện cấp cho bộ phận gia nhiệt. ðồng thời thiết bị làm mát cũng ñược ñưa vào hoạt ñộng. Do quán tính mà nhiệt ñộ gia nhiệt chưa giảm ngay và vẫn tiếp tục tăng cho tới giá trị gia nhiệt khoảng 102% 0 τ thì nhiệt ñộ gia nhiệt mới bắt ñầu giảm. Khi nhiệt ñộ τ p p p o τ τ mt τ 0 t ðồ án môn Trang Bị ðiện 5 gia nhiệt giảm còn 98% 0 τ thì lại cấp ñiện trở lại cho bộ phận gia nhiệt. Như vậy nhìn vào quá trình gia nhiệt ta thấy rằng nhiệt ñộ gia nhiệt thay ñổi dạng răng cưa xung quanh giá trị 0 τ và giá trị gia nhiệt vẵn ñược giữ ổn ñịnh trong khoảng cho phép. 1.2. Cấu trúc chung của dây chuyền sản xuất nhựa: Thể hiện trên hình 1-2. Hình 1-2. Cấu trúc chung của dây chuyền sản xuất các sản phẩm nhựa. Trong ñó: (1): là Silô chứa liệu; (2): là ñường ống dẫn liệu; (3): là bơm hút nguyên liệu; (4): là ñường ống dẫn liệu; (5): là Silô cấp liệu; ðồ án môn Trang Bị ðiện 6 (6): bộ phận lường hạt; (7): quạt gió làm mát ñộng cơ chính; (8): ñộng cơ chính truyền ñộng cho 2 bơm trục vít; (9): hộp số và bộ phận phối lực; (10): Xilanh nhiệt và trục vít xoắn; (11): Các vòng gia nhiệt; (12): ñầu hình; (13): cảm biến nhiệt; Ngoài ra trong một dây chuyền sản xuất nhựa sẽ còn có nhiều bộ phận khác cấu thành nên hệ thống tùy theo chức năng của từng hệ thống. 1.3. Quy trình sản xuất sản phẩm nhựa: Hạt PVC cùng với phụ gia vừa ñủ trộn ñều với nhau rồi ñược ñưa vào Silô chứa liệu (1), bơm hút (3) sẽ tải liệu ñổ vào phễu cấp liệu ñặt trên máy ép ñùn thông qua 1 băng tải lò xo (2) ñặt trong ống dẫn liệu. Sau khi ñược gia nhiệt hoàn toàn tại máy ép ñùn (10), ñộng cơ chính (8) hoạt ñộng lại trục vít xoắn quay thì cho thiết bị lường gạt (6) hoạt ñộng ñẩy nguyên liệu xuống cửa hút của bơm trục vít. Tại Xilanh nhiệt (10) nguyên liệu ñược gia nhiệt tạo thành 1 hỗn hợp nóng chảy. Trục vít xoắn vừa gia nhiệt cho hỗn hợp này vừa trộn ñều rồi ñẩy ñến cổ ñùn rồi tới ñầu hình. Tại ñây hình dạng của sản phẩm sẽ phụ thuộc vào khuôn mẫu của ñầu hình. Quá trình gia nhiệt ñược tiến hành từ 1 ñến vài giờ ñồng hồ, phụ thuộc vào nguyên liệu và dung tích của máy ép ñùn. Việc gia nhiệt ñược thực hiện bằng các vòng gia nhiệt tại máy ép ñùn. Thực chất ñây là các vòng ñiện trở nhiệt ôm lấy thân máy. ðồ án môn Trang Bị ðiện 7 1.4. Giới thiệu về lò ñiện trở: Lò ñiện trở nhiệt là thiết bị biến ñổi ñiện năng thành nhiệt năng thông qua dây ñốt (dây ñiện trở). Từ dây ñốt, qua bức xạ, ñối lưu và truyền nhiệt dẫn nhiệt, nhiệt năng ñược truyền tới vật cần gia nhiệt. Phân loại lò ñiện trở: a) Theo nhiệt ñộ làm việc của lò gồm có: + Lò nhiệt ñộ thấp (t 0 < 650 0 C), + Lò có nhiệt ñộ làm việc trung bình (t 0 = 650 0 C + 1200 0 C), + Lò nhiệt ñộ cao (t 0 > 1200 0 C). b) Theo nơi dùng gồm có: + Lò dùng trong công nghiệp, + Lò dùng trong phòng thí nghiệm, + Lò dùng trong gia ñình v.v… c) Theo các ñặc tính làm việc gồm có: + Lò làm việc liên tục, + Lò làm việc gián ñoạn. d) Theo kết cấu lò gồm có: + Lò buồng, + Lò giếng, + Lò chụp, + Lò bể v.v… e) Theo mục ñích sử dụng gồm có: + Lò tôi, lò ram, lò ủ, lò nung, lò nấu chảy v.v… 1.5. Những yêu cầu ñối với vật liệu làm dây ñốt: Lò ñiện trở dây ñốt làm nhiệm vụ biến ñổi ñiện năng thành nhiệt năng thông qua hiệu ứng Joule. Dây ñốt cần phải làm từ các vật liệu thỏa mãn các yêu cầu sau: ðồ án môn Trang Bị ðiện 8 - ðộ bền cơ khí cao, - Chịu ñược nhiệt ñộ cao, - Có ñiện trở suất lớn (vì ñiện trở suất nhỏ sẽ dẫn ñến dây dài, khó bố trí trong lò hoặc tiết diện dây phải nhỏ, không bền), - Hệ số nhiệt ñiện trở nhỏ (tức là dây ñốt ít biến ñổi theo nhiệt ñộ, ñảm bảo công suất lò), - Chậm già hoá theo thời gian. * Vật liệu làm dây ñốt có thể là: + Hợp kim: Cr-Ni, Cr-Al… với lò nhiệt ñộ làm việc dưới 1200 0 C; + Hợp chất: SiC, Mói 2 … với lò nhiệt ñộ làm việc 1200 ÷ 1600 0 C; + ðơn chất: Mo, W, C (graphit)… với lò nhiệt ñộ làm việc cao hơn 1600 0 C; Theo (Bảng 8.1 [1] trang 171) cho ta một vài thông số cơ bản của vật liệu làm dây ñốt lò ñiện trở: Thành phần hoá học (%) (còn lại là Fe và các chất khác) Vật liệu Cr Ni Al SiC SiO 2 Nhiệt ñộ làm việc max ( 0 C) Hệ số nhiệt ñiện trở ( α .10 - 3 ñộ -1 ) ñiện trở suất 10 -6 m Ω Cr-Ni Cr-Ni Cr-Al Cr-Al SiC Graphit Mo Ti W 20-23 15-18 12-15 23-27 75-78 55-61 3-5 4-6 94,4 3,6 1100 1000 850 1200 1500 2800 2000 2500 2800 0,035 0,1 5,1 4,0 4,3 1,15 1,10 1,26 1,25 1000-2000 8-13 0,052 0,15 0,05 Bảng 1.1: Thông số cơ bản của vật liệu làm dây ñốt lò ñiện trở ðồ án môn Trang Bị ðiện 9 1.6. Tính toán dây ñốt: Theo quyển [1] ta có các công thức tính toán như sau: Xuất phát từ năng suất lò, ta tính ra công suất lò tiêu thụ từ lưới ñiện. * Năng suất lò: t M A = , [ s kg ] (1-1) trong ñó: M – khối lượng vật gia nhiệt (kg); t – thời gian gia nhiệt (s). * Nhiệt lượng hữu ích cần cấp cho vật gia nhiệt: Q hi = M. c. (t 2 o – t 1 o ), [J] (1-2) trong ñó: c - nhiệt dung riêng trung bình của vật gia nhiệt trong khoảng nhiệt ñộ )( 21 oo tt ÷ , [J/kg.ñộ]; t 1 o , t 2 o - là nhiệt ñộ lúc ñầu và lúc gia nhiệt của vật gia nhiệt [ o C]. * Công suất hữu ích của lò: P hi = ),.(. 12 oo hi ttcA t Q −= [W] (1-3) * Công suất lò: P lò = η hi P , [W] (1-4) trong ñó: η hiệu suất của lò. Thường lò ñiện trở có hiệu suất η = 0,6 ÷ 0,8. * Công suất ñặt của thiết bị: P = k.P lò , [W] (1-5) trong ñó: ðồ án môn Trang Bị ðiện 10 k – là hệ số dự trữ, tính ñến tình trạng ñiện áp lưới bị tụt thấp, do dây già hoá mà ñiện trở tăng lên. k = 1,2 ÷ 1,3 ñối với lò làm việc liên tục, k = 1,4 ÷ 1,5 ñối với lò làm việc theo chu kỳ. * Từ công suất P, có thể tính gần ñúng mật ñộ công suất dây ñốt một pha. ðó là khả năng cấp nhiệt của dây ñốt trong một ñơn vị thời gian trên một ñơn vị diện tích bề mặt dây. dd dd Fm P W . = , ][ 2 m W (1-6) trong ñó: m – là số pha, F dd – diện tích bề mặt của dây ñốt một pha [m 2 ]. Từ công suất lò ta có thể tính ñược kích thước dây ñốt cần trang bị cho lò. Vời lò có số pha ñối xứng, công xuất một pha sẽ là: P ph = m P , [W] (1-7) Ta có: P ph = W dd .F dd = W dd .LC  L= CW P dd (1-8) trong ñó: L – chiều dài dây ñốt [m]; C – chu vi tiết diện dây ñốt [m]. * Trên quan hệ giữa các thông số ñiện thì: S L U R U P ph ph ph ph . 22 ρ ==  ρ ph ph P SU L 2 = âafdasfsda (1-9) [...]... P0.0 và P0.1 c a vi x lý 8051, lúc ñó d li u ñư c ñưa v chân P2 c a 8051 và truy n qua chân TxD ñ n c ng COM ð th c hi n ñư c ñi u này ta ph i có m ch n p chương trình cho vi x lý 8051, m ch này có th mua ngoài th trư ng và dùng chương trình ISP-30a ñ n p cho 8051 Sơ ñ m ch n p như sau: 22 ð án môn Trang B ði n Hình 2.9: Sơ ñ m ch n p cho 8051 23 ð án môn Trang B ði n CHƯƠNG 3: VI T CHƯƠNG TRÌNH VÀ GIAO... ma2 Thay vào (6-10) và rút ra ta ñư c: a= 3 3 ρPph 2 2m(m + 1)Wdd U ph , [m] (1-12) V i b = ma; thư ng m = 5 ÷ 15 Chi u dài dây d n s tìm theo công th c (1-9) B trí dây trong lò, dây có th u n xo n tròn (hình 1-3a) ñ i v i dây tròn ho c u n dích d c (hình 1-3b) ñ i v i dây ch nh t hay tròn Hình 1-3 Kích thư c u n dây tròn và ch nh t Khi u n xo n tròn, ñư ng kính u n là tuỳ theo ñ b n cơ c a dây ñ t... ði n trong ñó: S – là di n tích ti t di n dây ñ t [m2] * T (18) và (19) có: CS = 2 Pph ρ U 2 ph 1 Wdd (1-10) V trái (1-10) à các thông s v kích thư c dây ñ t Th a s ñ u v ph i là các thông s v ñi n Th a s sau c a v ph i nói lên quan h nhi t c a dây Dây ñ t dùng trong lò ñi n tr có ti t di n tròn hay ch nh t và kích c như b ng sau Theo b ng 8-2 tài li u tham kh o [1] Nhi t ñ làm vi c Kích thư c dây. .. nghĩa là coi di n tích t a nhi t c a dây b ng di n tích xung quanh v t gia nhi t Trong ñi u ki n ñó, phương trình trao ñ i nhi t b c x gi a dây ñ t (lý tư ng) và v t gia nhi t s là: T T P = C S ε qd [( dd ) 4 − ( v ) 4 ]Fdd , [W] 100 100 (1-13) trong ñó: P - là công su t lò, [W]; CS - là kh năng b c x c a v t ñen tuy t ñ i; CS = 5,7 W/m2, (K)4; Tdd – là nhi t ñ dây ñ t, [K]; TV – là nhi t ñ v t gia... 2 v t ñen tuy t ñ i Giá tr WS ph thu c vào nhi t ñ c a v t gia nhi t 13 ð án môn Trang B ði n CHƯƠNG 2: THI T K H TH NG GIA NHI T CHO DÂY CHUY N Trong dây chuy n s n xu t nh a thì ph n l n các quá trình gia nhi t thư ng ñư c th c hi n trên máy ép ñùn Máy ép ñùn là nơi t o ra các s n ph m nh a t các h t nh a và ph gia V máy ñư c c u t o b i hai l p kim lo i, bên trong ñư c thi t k b ng kim lo i ch ng... gia nhi t 14 ð án môn Trang B ði n Dùng máy tính v i các tài nguyên như c ng LPT ho c c ng COM ñ ñi u khi n và giám sát h th ng gia nhi t thông qua b ph n ghép n i 2.2 Tính toán dây ñ t: * D a vào ph n lý thuy t trình bày trên m c 1.6 ta ñi tính toán dây ñ t cho lò nhi t * Ch n v t li u làm dây ñ t là Cr-Ni có ti t di n tròn có thông s cho như b ng 1.1: d = 1mm, ñi n tr su t ρ = 1.15*10-6 Ωm S= 1... c ñ b n cơ c a dây ñ t Thư ng A ≥ 100a, S ≥ 2b ð i v i dây tròn S ≥ 5d Trong các lò có nhi t ñ làm vi c dư i 700o C, vi c truy n nhi t t dây ñ t ñ n v t gia nhi t ch y u là do hi n tư ng d n nhi t và ñ i lưu Trong các lò có nhi t ñ cao hơn 700o C thì vi c truy n nhi t ch y u do b c x 12 ð án môn Trang B ði n ð d dàng nghiên c u phân tích ta gi thi t r ng t n th t qua v lò b ng 0 và dây ñ t là m t... quy ñ i; ε qd = 1 1 ε dd + 1 εV −1 trong ñó: ε dd và ε V là các h s b c x nhi t (ñ ñen) c a v t li u làm dây ñ t và v t li u làm v t gia nhi t T (6-13) ta có th xác ñ nh m t ñ công su t dây ñ t: Wdd = Hay: v i: T T P W = C S ε qd [( dd ) 4 − ( V ) 4 ], [ 2 ] Fdd 100 100 m (1-14) Wdd = ε qdWS T T W WS = C S [( dd ) 4 − ( V ) 4 ], [ 2 ] 100 100 m (1-15) WS g i là m t ñ công su t trao ñ i nhi t gi a 2 v... Nhi t ñ làm vi c Kích thư c dây ñ t (m.m) trong lò (Co) Dây tròn Dây ch nh t (ñư ng kính d) (kích thư c a x b), a ( = m) b . các chương như sau. ðồ án môn Trang Bị ðiện 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA NHIỆT TRONG CÁC DÂY CHUYỀN CÔNG NGHIỆP NHỰA 1.1. Khái niệm về. nhiệt trong dây chuyền công nghiệp nhựa: Gia nhiệt là một công ñoạn vô cùng quan trọng trong dây chuyền công nghiệp nhựa. ðể có ñược những sản phẩm nhựa