nghiên cứu tổng quan về công nghệ gia nhiệt cho sản xuất cáp điện

Đồ án Trang Bị Điện Lời nói đầu Trang bị điện điện tử cho máy công nghiệp dùng chung là một môn học đã được đưa vào giảng dạy đối với sinh viên ngành điện tự động ở hầu khắp các trường đại học trên cả nước. Với môn học này sinh viên sẽ được trang bị một cách tổng quát những kiến thức cơ sở về các trang thiết bị máy móc, cơ cấu được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đồng thời các kiến thức cơ sở và chuyên ngành cũng được hệ thống lại một cách tổng quát và chuyên sâu điều này là rất cần thiết và hữu ích giúp cho sinh viên có thể có được những hình dung căn bản về các hệ thống dây chuyền công nghệ trong công nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho việc học tập và sau này khi ra ngoài thực tế sản xuất. Trong thiết kế môn học “Nghiên cứu tổng quan về công nghệ gia nhiệt cho sản xuất cáp điện” này cũng không nằm ngoài mục đích trên. Dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS.Hoàng Xuân Bình là chủ nhiệm bộ môn Điện Tự Động Công Nghiệp đồng thời cũng là giáo viên phụ trách giảng dạy môn học Trang Bị Điện – Điện Tử cùng các thầy cô giáo trong bộ môn với sự giúp đỡ của bạn bè và tài liệu tham khảo em đã hoàn thành các yêu cầu được giao trong đề tài. Không thể tránh khỏi những thiếu sót và nhầm lẫn, rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình và chu đáo của thầy cô cùng các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! Trang | 1 Đồ án Trang Bị Điện Môc lôc Trang LỜI NÓI ĐẦU 1 Chương 1: Tổng quan công nghệ gia nhiệt 3 1.1 Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất cáp điện 3 1.2 Công nghệ thực hiện quá trình gia nhiệt 5 1.3 Cấu trúc dây chuyền gia nhiệt cho phôi chuẩn bị chuốt 8 Chương 2: Thiết kế trang bị điện cho bộ gia nhiệt 10 2.1 Yêu cầu trang bị điện cho công đoạn gia nhiệt 10 2.2 Phương án cấp nguồn cho bộ gia nhiệt 20 2.3 Xây dựng bộ điều chỉnh cho triac 21 2.4 Xây dựng mạch giám sát nhiệt độ 24 Chương 3: Xây dựng chương trình điều khiển cho bộ gia nhiệt 28 3.1. Viết chương trình điều khiển 28 3.2. Chương trình viết cho vi xử lý 44 3.3. Mô phỏng lò nhiệt trên matlab 48 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA NHIỆT 1.1 Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất cáp điện 1.1.1 Vị trí và vai trò của dây chuyền kéo dây đồng Trang | 2 Đồ án Trang Bị Điện Công nghệ sản xuất cáp điện trong các nhà máy sản xuất dây và cáp điện có quy trình như sau : đồng nguyên liệu được nung chảy và đúc thành sợi đồng có đường kính 8mm, từ sợi đồng này qua dây chuyền chuốt dây tạo ra dây có kích thước mong muốn. Các dây đồng sau đó được bện lại thành sợi cáp rồi chuyển qua công đoạn bọc cáp và công đoạn cuối cùng là kiểm tra và đóng cuộn. Sản xuất cáp điện có yêu cầu cao về chất lượng sản phẩm. Cáp điện là một mặt hàng quan trọng phục vụ cho các ngành công nghiệp, đặc biệt là truyền tải điện năng và truyền thông. Cáp điện phải đảm bảo yêu cầu về độ bền cách điện, độ bền cơ khí, hóa chất và các tác động của môi trường. Trong công nghiệp sản xuất cáp điện chất lượng của lõi đồng được đặt lên hàng đầu, các yêu cầu về điện trở dây, nồng độ tạp chất, nhiệt độ trung bình của dây khi làm việc. Quá trình sản xuất ra các sợi dây đồng của công nghệ sản xuất cáp như sau: từ đồng nguyên liệu nung chảy và đúc thành sợi đồng có đường kính nhất định ( thường là 8mm), không thể đúc nhỏ hơn sẽ không đam bảo về độ dẻo và hàm lượng õi lẫn trong đồng cao. Các dây đồng có kích thước nhỏ hơn được gia công trong các dây chuyền chuốt đồng. Các dây đồng được kéo qua các khuôn có kích thước nhỏ dần cho đến khi đạt yêu cầu về kích thước. Dây chuyền chuốt dây đồng có vai trò đặc biệt quan trọng trong sản xuất cáp điện, nó là dây chuyền để sản xuất ra các loại dây có kích thước yêu cầu. Từ sợi đồng đúc qua máy kéo sẽ tạo ra các kích thước dây phù hợp với từng loại cáp như: dây có kích thước 2,8mm để bện cáp 3 pha, dây có kích thước 2,67mm và 2,5mm để bện cac loại cap trung áp, dây có kích thước 2,0mm có thể kéo thành các dây có kích thước nhỏ hơn. Kéo các dây đồng trong sản xuất cáp là một quy trình liên tục, dây đồng được đưa qua các khuôn có kích thước nhỏ dần với độ bóng và độ bến theo một tiêu chuẩn nhất định. Sau khi dẫ kéo đến kích thước yêu cầu dây sẽ được ủ nhiệt để làm mềm và sau đó được quấn lại thành cuộn. 1.1.2 Công nghệ sản xuất dây đồng trên dây chuyền Công nghệ chuốt dây đồng được thực hiện rong một chu trình bắt đầu bằng việc gia nhiệt cho dây đồng trước khi vào chuốt, dây đồng được đưa vào đầu chuốt ở tốc độ thấp chế độ này để dây đi qua các khuôn kéo. Quá trình chỉnh máy kết thúc khi dây quấn đủ trên các tang kéo của mỗi khuôn, qua bộ phận ủ nhiệt và ra khỏi tang quấn. Trong suốt quá trình kéo dây mỗi lần dây đi qua khuôn thì cả tiết diện dây và đường kính dây đều giảm xuống, quả trình giảm tiết diện dây xảy ra đồng thời với quả trình tăng chiều dài dây. Chiều dài dây được tăng lên sau các khuôn khác Trang | 3 Đồ án Trang Bị Điện nhau thì cũng khác nhau, đặc trưng bởi độ dãn dài của khuôn là tỉ số giữa chiều dài tăng lên của dây với tổng chiều dài ban đầu của dây. Qua trình biến đổi kim loại trong khuôn được mô tả như hình sau: Hình 1.1 – Quá trình biến dạng kim loại khi qua khuôn Độ giãn dài của khuôn được tính theo công thức : l lL A − = Với : l – chiều dài của dây trước khi qua khuôn L – chiều dài dây sau khi qua khuôn Từ nguyên lý biến dạng thể tích vật liệu không đổi ta có : L d l D 22 22       =       ππ 2 2 d D l L =⇒ Do đó : 11 2 2 −=−= − = d D l L l lL A Độ giảm tiết diện dây tính theo công thức: 2 2 1 D d R −= Với : d – đường kính dây khi đã đi qua khuôn D- đường kính dây trước khi qua khuôn Trang | 4 Đồ án Trang Bị Điện Ta có được quan hệ sau: A A R R R A + =⇒ − = 11 Hệ số A còn gọi là hệ số giãn khuôn, là độ dài dây biến đổi qua mỗi khuôn, hệ số giãn khuôn liên quan đến độ bền kéo nén và thành phần của kim loại. Nếu hệ số giãn khuôn quá lớn tạo ra các rạn nứt bề mặt kim loại và tạo ra phoi kim loại, ngoài ra còn có thể đứt dây do lực kéo lớn. 1.2 Công nghệ thực hiện quá trình gia nhiệt Để thực hiện quá trình gia nhiệt cho phôi đồng trước khi vào đầu chuốt người ta dùng lò điện. Lò điện là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng dùng trong các quá trình công nghệ khác nhau như nung hoặc nấu các vật liệu, các kim loại, Lò điện được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật: + Sản xuất thép chất lượng cao + Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện + Nung các vật phẩm trước khi cán, rèn dập, kéo sợi + Sản xuất đúc kim loại bột 1.2.1 Đặc điểm của lò điện Có khả năng tạo ra nhiệt độ cao do nhiệt năng được tập trung trong một thể tích nhỏ. Do nhiệt năng tập trung, nhiệt tập trung nên lò có tốc độ nung nhanh và năng suất cao. Đảm bảo nung đều, dễ điều chỉnh, khống chế nhiệt và chế độ nhiệt. Lò đảm bảo được độ kín, có khả năng nung trong chân không hoặc trong môi trường có khí bảo vệ, vì vậy độ cháy tiêu hao kim loại không đáng kể. Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa ở mức cao. Đảm bảo điều kiện vệ sinh: không có bụi và không có khói. 1.2.2 Các phương pháp biến đổi điện năng a) Phương pháp điện trở Phương pháp này dựa trên định luật Joule- Lence: khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì trên dây dẫn tỏa ra một nhiệt lượng, nhiệt lượng này được tính theo công thức: Q = I 2 Rt Trong đó : I- cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn, A R- điện trở dây dẫn, Ω t- thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn Nguyên lý làm việc của lò điện trở được biểu diễn như hình 1.1 Trang | 5 Đồ án Trang Bị Điện b) Phương pháp cảm ứng Phương pháp cảm ứng dựa trên định luật cảm ứng điện từ Faraday: khi cho dòng điện đi qua cuộn cảm thì điện năng được biến thành năng lượng của từ trường biến thiên. Khi đặt khối kim loại vào trong từ trường biến thiên đó, trong khối kim loại sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng- dòng điện xoáy( dòng Foucault ). Nhiệt năng của dòng điện xoáy sẽ nung nóng khối kim loại. Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng được biểu diễn trên hình 1.2 Trang | 6 Đồ án Trang Bị Điện c) Phương pháp hồ quang điện Phương pháp hồ quang điện là phương pháp dựa vào ngọn lửa hồ quang điện. Hồ quang điện là một trong những hiện tượng phóng điện qua chất khí. Trong điều kiện bình thường thì chất khí không dẫn điện, nhưng nếu ion hóa không khí và dưới tác dụng của điện trường thì khí sẽ dẫn điện. Khi hai điện cực tiếp cận nhau thì giữa chúng sẽ xuất hiện ngọn lửa hồ quang. Người ta lợi dụng ngọn lửa hồ quang này để gia công cho vật nung hoặc nấu chảy kim loại. Nguyên lý làm việc của lò hồ quang được biễu diễn trên hình 1.3 Trang | 7 Đồ án Trang Bị Điện 1.3 Cấu trúc của dây chuyền gia nhiệt cho phôi chuẩn bị chuốt Dây chuyền chuốt dây đồng là một trong những hệ thống hoạt đông liên tục gồm các bộ gia nhiệt cho dây trước khi chuốt, khuôn kéo dây, một hệ thống ủ nhiệt cho dây và một tang thu dây. Ở đầu vào của dây chuyền, dây đồng được định hướng bởi 2 ròng rọc đi vào cac khuôn sau khi qua các bộ gia nhiệt và quấn trên các tang kéo, đưa vào hệ thống ủ nhiệt và cuối cùng quấn trên các tang chứa rồi đưa ra ngoài. Dây chuyền có cấu trúc theo các Block, có 4 Block thực hiện kéo dây, 1 hệ thống ủ nhiệt và một bộ phận thu dây. Trong mỗi Block kéo dây gồm: 1 bộ gia nhiệt, 1 tang kéo được truyền động từ động cơ thông qua bộ truyền cơ khí. Các khuôn được gá trên một phía và có bộ phận bơm nước làm mát trực tiếp trên khuôn khi hệ thống làm việc. Trong Block ủ dây thì dây đồng sau khi được kéo đến kích thước yêu cầu được chạy qua lò ủ nhiệt có nhiệt độ thích hợp để tăng độ mềm dẻo của dây. Dây được lấy ra tại Block thu dây, tại đây có các tang quấn làm giảm momen kéo của dây và dây được lấy ra trên bộ phận tháo dây. Trang | 8 Đồ án Trang Bị Điện Lò ? dây Ð?u chu?t B? gia nhi?t CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN CHO BỘ GIA NHIỆT Trang | 9 Đồ án Trang Bị Điện 2.1 Yêu cầu trang bị điện cho công đoạn gia nhiệt 2.1.1 Yêu cầu chung Qua phần tổng quan về dây chuyền công nghệ gia nhiệt trong sản xuất cáp điện ta có thể rút ra một số đặc điểm về công nghệ như sau: - Toàn bộ quá trình sản xuất là một chu trình liên tục, sản phẩm đầu ra của công đoạn này là vật liệu của công đoạn gia công sau, do vậy tính liên hoàn và đồng bộ hóa trong sản xuất phải cao. - Tất cả các quả trình gia nhiệt trước khi cho dây đồng vào đầu chuốt phải có chế độ dài hạn, độ ổn định nhiệt cao. - Các thiết bị làm việc trong môi trường này phải có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường ngoài, trung bình là 40 0 và trong quả trình gia công hầu hết các dây chuyền đều cần gia nhiệt hoặc tự phát nhiệt. Ngoài ra lượng bụi bản, dầu mỡ, bụi kim loại dẫn đến thiết bị hoạt động phải có độ tin cậy, có độ ổn định điện và ổn định nhiệt cao. Yêu cầu về trang bị điện – điện tử trong công đoạn gia nhiệt cho dây đồng trước khi vào đầu chuốt : - Trong diều kiện tương đối khắc nghiệt, thời gian làm việc liên tục kéo dài do đó các thiết bị phải hoạt động tin cậy, vì sự hoạt động ổn định của các thiết bị liên quan trức tiếp đến chất lượng sản phẩm sản xuất ra. - Hầu hết các thiết bị đều làm việc trong chế độ dài hạn nên cần phải trang bị hệ thống quạt gió làm mát. - Quá trình gia nhiệt đối với dây đồng phải được điều chỉnh phù hợp với từng công đoạn, ngoài ra còn phải điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu công nghệ của nhà máy. - Việc điều khiển các thiết bị cho toàn dây chuyền hoạt động thông qua hệ thống điều chỉnh tự động bằng PLC. PLC đóng cắt nguồn cho các bộ điều khiển và kiểm soát quả trình gia nhiệt ở trước các đầu chuốt đảm bảo nhiệt độ của phôi trước khi vào từng đầu chuốt. - Ngoài các thiết bị tự động kiểm tra phải có các kĩ sư luôn kiểm tra các thiết bị vận hành, thường xuyên lấy mẫu sản phẩm kiểm tra để đưa ra các điều chỉnh phù hợp để chất lượng sản phẩm đầu ra được tốt nhất. Vì đay là một dây chuyền hoạt động cần có sự chính xác và có các thông số thay đổi ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Trang | 10 [...]... lò điện trở 2.1.3 Phương pháp tính toán dây đốt Xuất phát từ năng suất lò, ta tính ra công suất lò tiêu thụ từ lưới điện * Năng suất lò: M A= t trong đó: ,[ kg s ] (1-1) M – khối lượng vật gia nhiệt (kg); t – thời gian gia nhiệt (s) * Nhiệt lượng hữu ích cần cấp cho vật gia nhiệt: Trang | 12 Đồ án Trang Bị Điện Qhi = M c (t2o – t1o), [J] (1-2) trong đó: c - nhiệt dung riêng trung bình của vật gia nhiệt. .. chấp hành và chỉ thị nhiệt độ Trang | 25 Đồ án Trang Bị Điện Nhược điểm : chỉ dùng được với lò điện công suất thấp ( t0 < 6500), độ ngạy không cao do quán tính nhiệt của thủy ngân lớn b) Nhiệt điện trở : trị số của nhiệt điện trở thay đổi theo nhiệt độ theo công thức sau: RRN = RRN0(1 + αt0), [Ω] Trong đó: RRN – trị số điện trở của nhiệt điện trở, Ω RRN0 – trị số điện trở của nhiệt điện trở trong điều... lò có nhiệt độ làm việc dưới 700 o C, việc truyền nhiệt từ dây đốt đến vật gia nhiệt chủ yếu là do hiện tượng dẫn nhiệt và đối lưu Trong các lò có nhiệt độ cao hơn 700o C thì việc truyền nhiệt chủ yếu do bức xạ Để dễ dàng nghiên cứu phân tích ta giả thiết rằng tổn thất qua vỏ lò bằng 0 và dây đốt là một lá mỏng bao kín vật gia nhiệt, nghĩa là coi diện tích tỏa nhiệt của Trang | 17 Đồ án Trang Bị Điện. .. cặp nhiệt điện để làm sensor đo nhiệt độ 2.4.2 Xây dựng mạch giám sát nhiệt độ đưa về máy tính Trong thiết kế này ta sẽ sử dụng cảm biến nhiệt độ là cặp nhiệt độ để đưa tín hiệu nhiệt độ về máy tính Do tín hiệu ra của cảm biến là sức điện động có điện áp rất nhỏ, cỡ mV do vậy tín hiệu ra của cặp nhiệt điện muốn đưa đến máy tính thì phải qua một mạch khuếch đại thuật toán để tín hiệu đưa về có thể tương... chuẩn, Ω α – hệ số nhiệt điện trở, Ω/0C Với công nghệ chế tạo vật liệu bán dẫn người ta có thể chế tạo được nhiệt điện trở với α >0 và α . án Trang Bị Điện Môc lôc Trang LỜI NÓI ĐẦU 1 Chương 1: Tổng quan công nghệ gia nhiệt 3 1.1 Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất cáp điện 3 1.2 Công nghệ thực hiện quá trình gia nhiệt 5 1.3. phần tổng quan về dây chuyền công nghệ gia nhiệt trong sản xuất cáp điện ta có thể rút ra một số đặc điểm về công nghệ như sau: - Toàn bộ quá trình sản xuất là một chu trình liên tục, sản phẩm. chuyền gia nhiệt cho phôi chuẩn bị chuốt 8 Chương 2: Thiết kế trang bị điện cho bộ gia nhiệt 10 2.1 Yêu cầu trang bị điện cho công đoạn gia nhiệt 10 2.2 Phương án cấp nguồn cho bộ gia nhiệt 20 2.3