Khi có tín hiệu cắt thì bộ phận cắt sẽ tác động phôi nhôm có chiều dài khoảng 27 cm, phôi được cắt sẽ chuyển xuống giá đỡ, đồng thời pittông thuỷ lực đẩy phôi nhôm còn lại về ống dẫn hướ
Trang 12.1.2 Nguyên lý hoạt động của dây chuyền sản xuất nhôm định hình
Phôi nhôm có 3 loại φ 4 inch, φ 6 inch, φ 7 inch và dài 5.8 m (do nhà máy đặt hàng) được đưa vào lò gia nhiệt, trong lò nhiệt độ lên đến 5000C Sau
đó, phôi nhôm chuyển vào bộ phận cắt phôi (cắt bằng dao cắt thuỷ lực) Khi
có tín hiệu cắt thì bộ phận cắt sẽ tác động (phôi nhôm có chiều dài khoảng 27 cm), phôi được cắt sẽ chuyển xuống giá đỡ, đồng thời pittông thuỷ lực đẩy phôi nhôm còn lại về ống dẫn hướng (ống cấp phôi ban đầu) và tấm chắn được hạ xuống chắn bên ngoài ống dẫn hướng
Trong thời gian đó phần phôi được cắt chuyển xuống giá đỡ và chuyển sang máy đùn nhôm Khi giá đỡ nhôm được nâng lên đồng trục với pittông và pittông này sẽ đẩy phôi nhôm vào buồng nung (buồng nung làm nhôm được nung mềm và nhiệt độ trong buồng từ 5000C đến 6000C) để thực hiện việc ép
dễ dàng
Khi pittông ép nhôm với lực rất lớn, phôi nhôm đi qua khuôn để tạo hình với vận tốc 10 -70m/phút và nhiệt độ ở đó là 4730C sẽ có bộ phận kéo nhôm, bộ phận này chạy trên các rulô với tốc độ 28mm/sec đến độ dài xác định (do người vận hành đặt hay hết phôi) thì ở phía đầu có bộ phận ép thanh nhôm làm thanh nhôm cố định và dao cắt chuyển động tịnh tiến và cắt thanh nhôm
Khi cắt xong hệ thống rulô hạ xuống băng tải sẽ chuyển nhôm ra ngoài Khi đó bộ phận kéo thanh nhôm chạy về vị trí ban đầu với tốc độ 80mm/sec tiếp xúc với 3 tiếp điểm làm cho động cơ chuyển động chậm và bộ phận kéo thanh này dừng lại ở đối diện với bộ phận cắt
Nếu trong buồng nung hết phôi thì pittông ép được kéo ra và buồng nung nóng nhôm cũng được tịnh tiến lùi và gạt công tắc hành trình làm cho dao phía trên cắt sát phần phôi nhôm thừa ở đầu khuôn nhôm, phần thừa này sẽ được chuyển xuống thùng phế liệu làm dưới lòng đất Sau khi cắt xong buồng nung
được tịnh tiến sát với khuôn nhôm và tác động vào tiếp điểm làm bộ phận chuyển phôi từ giá đỡ lên đồng trục pittông ép và tiếp tục quá trình ép nhôm
Trang 2Khi giá đỡ chuyển xuống thì tác động cho bộ phận cắt nhôm tiếp tục hoạt động cắt phôi nhôm
Khi băng tải chuyển nhôm sang khâu kéo căng thanh nhôm (kéo bằng thuỷ lực) gồm một đầu giữ chặt một đầu của thanh nhôm, đầu kia giữ và kéo căng thanh nhôm với một lực được nhà sản xuất đặt sẵn tương ứng với từng loại thanh nhôm Kéo căng thanh nhôm có tác dụng làm thẳng và tăng mômen uốn Sau khi kéo căng sẽ có bộ phận (con người) kiểm tra sau kéo
Nếu kiểm tra kéo đạt yêu cầu, băng tải chuyển sang khâu cắt thanh Bộ phận này sẽ cắt thanh nhôm theo nhiều đoạn khác nhau (3m, 4m, 5m, 6m, 7m) Và sau khi cắt xong các thanh nhôm sẽ được kiểm tra xem có đạt yêu cầu hay không Nếu không đạt các thanh nhôm sẽ được chuyển xuống thùng phế liệu
Nếu đạt yêu cầu các thanh nhôm sẽ được đưa vào lò hóa già bằng gas nung đến 2000C trong thời gian 4 giờ Hoá già xong sản phẩm chuyển sang phun nhãn logo cho sản phẩm Anốt Sau khi phun xong sẽ có khâu kiểm tra hoá già và phun nhãn sản phẩm Hoàn thành khâu phun nhãn sẽ được chuyển công đoạn:
Nếu sản phẩm cần Anốt hoá sẽ được chuyển sang xưởng Anốt hoá
Sản phẩm được đưa vào Anốt hoá mạ mầu phủ ED (Electric Deposition) Khi
mạ mầu phủ ED xong chuyển sang khử Acid, sau đó rửa nước (độ PH >6), khắc mòn S.A, rửa nước, ăn mòn kiềm, rửa nước, trung hoà A.R, rửa nước, Anốt, Anốt, rửa nước, rửa nước Nếu cần sản phẩm tráng bạc thì chuyển sang rửa nước DI và đưa vào các khâu làm kín, rửa nước nóng DI (độ PH >5,5; To từ
700 ữ 750), sấy, kiểm tra chuyển công đoạn bao gói sản phẩm Anốt, cuối cùng bao gói và chuyển vào kho thành phẩm Còn nếu không cần sản phẩm tráng bạc ta đưa vào khâu mạ mầu điện hoá, rửa nước DI, rửa nước nóng DI Nếu ta cần lấy sản phẩm Anốt mạ màu không phủ bóng thì chuyển sang khâu làm kín, sau đó được rửa nước nóng DI, sấy, kiểm tra chuyển công đoạn bao gói sản phẩm Anốt, rồi đến bao gói và chuyển vào kho thành phẩm Nếu không
Trang 3cần sản phẩm Anốt mạ màu không phủ bóng ta đưa vào khâu rửa nước DI, phủ bóng
ED (%ED 6±0,2(%); độ PH 7,6 ữ 8,1; To: 18o ữ 20oC), rửa thu hồi R01 (độ PH 7,8ữ 8,5; độ dẫn điện <250, %ED <0,35%), rửa thu hồi R02 (độ PH 7,8 ữ 8,5; độ dẫn điện
<180) Sau khâu rửa thu hồi R02 sẽ được chuyển sang các khâu sấy, kiểm tra chuyển công đoạn bao gói sản phẩm Anốt, bao gói và chuyển vào kho thành phẩm Trong quá trình này từ khi khử Acid đến rửa thu hồi R02 đều được kiểm tra nhiệt độ dung dịch làm việc, độ PH, nồng độ hoá chất, chất lượng nước rửa
Nếu sản phẩm cần sơn tĩnh điện, phủ Film thì chuyển sang xưởng sơn và phủ Film
Sản phẩm đưa vào khử kiềm, khử kiềm xong chuyển sang rửa nước, khử Acid, rửa nước, rửa nước DI, cromat tự do, rửa nước DI, sấy khô Từ khâu khử kiềm đến rửa nước DI đều được kiểm tra nhiệt độ dung dịch làm việc, độ PH, nồng độ hoá chất, chất lượng nước rửa Sau khi sấy khô sản phẩm đưa vào kiểm tra quá trình tiền xử lý sơn tĩnh
điện, và sau đó được đưa vào các khâu sơn tĩnh điện, lò trùng hợp cuối cùng được kiểm tra sau khi sơn và chuyển công đoạn bao gói sơn tĩnh điện Còn sản phẩm cần bao Film
sẽ được đưa vào các khâu bao Film, sau đó hàn Film và hút chân không, hấp Film, cuối cùng sản phẩm được kiểm tra sau khi phủ Film và chuyển công đoạn bao gói sản phẩm sơn tĩnh điện
2.2 Thuật toán điều khiển mô hình điều khiển tự động quá trình cắt nhôm
2.2.1 Yêu cầu công nghệ
Trong dây chuyển sản xuất nhôm định hình, các khâu trong dây chuyền đều có
ý nghĩa quyết định đến sản phẩm cuối cùng Trong đó quá trình cắt nhôm cũng là một khâu quan trọng Ta muốn có sản phẩm đẹp và có độ dài đạt tiêu chuẩn mà nhà sản xuất yêu cầu thì quá trình cắt nhôm phải đạt độ chính xác và có độ thẩm mỹ cao
Muốn đạt được những yêu cầu đó thì trong quá trình cắt nhôm phải đạt độ chính xác trong từng khâu của quá trình Trong đó khâu ép chắt thanh nhôm, và khâu chuyển
động dao cắt phải hợp lý Nếu nhôm không được ép chặt thì nhôm cắt không được bằng phẳng, khi đó thanh nhôm sẽ bị chéo, và làm cong thanh nhôm Chính vì vậy, quá
Trang 42.2.2 Xây dựng sơ đồ thuật toán
Để tiến hành điều khiển quá trính cắt nhôm tự động, tôi xây dựng thuật toán
điều khiển của chương trình bằng PLC
Trang 6Hoạt động của quá trình:
Ta chọn chiều dài mà ta cần cắt Khi bắt đầu thì băng tải 1 chuyển nhôm (nhôm được đặt sát rãnh dao cắt) để đo chiều dài bằng ENCODER Khi thanh nhôm đã chạy được một chiều dài mà ta đặt cố định trong từng bộ counter của PLC, thì băng tải 1 chuyển nhôm sẽ dừng và tác động đến bộ phận
ép nhôm ép chặt nhôm, khi bộ phận ép chặt tắc động đến công tắc hành trình thì động cơ cắt chạy đẩy động cơ chuyển động dao cắt chạy từ từ đi vào và cắt nhôm Khi cắt xong động cơ đẩy động cơ cắt sẽ tác động vào công tắc hành trình cuối rồi nhả động cơ ép, đồng thời dừng động cơ dao cắt Trễ 5 giây sau thì đảo chiều động cơ chuyển động dao cắt, đưa động cơ cắt ra ngoài đến khi gặp công tắc hành trình đầu làm động cơ chuyển động dao cắt dừng lại và khởi động động cơ băng tải 2 chuyển sản phẩm ra ngoài kết thúc quá trình cắt
2.3 Kết luận chương II
Qua nghiên cứu dây chuyền công nghệ sản xuất nhôm định hình chúng ta thấy được vai trò to lớn của tự động hoá trong sản xuất công nghiệp và đó cũng là mục tiêu mà mọi ngành sản xuất đều hướng tới Song do quá trình hội nhập và khả năng tài chính của nhà máy còn nhiều hạn chế nên việc áp dụng tự động hoá toàn nhà máy chưa được hoàn thiện Vì vậy trong toàn bộ quá trình sản xuất còn
có những khâu phải làm việc bán tự động Chính vì điều đó tôi tiến hành nghiên cứu và viết sơ đồ thuật toán điều khiển, để phần nào hoàn thiện tự động hoá dây chuyền sản xuất nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm
Qua phân tích và xây dựng thuật toán tôi nhận thấy Đối với các bài toán
điều khiển lớn, việc giải quyết nó phải do nhiều người cùng làm Chính phương pháp module hoá sẽ cho phép tách bài toán ra thành các phần độc lập tạo điều kiện cho các nhóm giải quyết phần việc của mình Với chương trình được xây dựng trên cơ sở của các thuật toán (giải thuật) được thiết kế theo cách này thì việc tìm hiểu cũng như sửa chữa chỉnh lý sẽ dễ dàng hơn Đây là tiền đề,
là cơ sở để chúng tôi tiến hành nghiên cứu mô phỏng hệ thống trên phần mềm Step 7 - Micro/Win 32
Trang 7Chương III Thiết kế mô hình điều khiển tự động
quá trình cắt nhôm 3.1 ứng dụng phần mềm Simatic S7 – 200
3.1.1 Giới thiệu chung về PLC
PLC (viết tắt từ tiếng Anh của từ: Programmable Logic Controller) được gọi
là Bộ điều khiển logic lập trình được Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và công nghệ điều khiển logic khả trình dựa trên cơ sở phát triển của tin học, cụ thể là sự phát triển của kỹ thuật máy tính
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC hiện nay có ứng dụng rất rộng rãi Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC có thể thay thế được cả một mảng rơle, hơn thế nữa PLC giống như một máy tính nên có thể lập trình được Chương trình của PLC có thể thay đổi rất dễ dàng, các chương trình con cũng
có thể sửa đổi nhanh chóng
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC đáp ứng được hầu hết các yêu cầu và như là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công nghiệp Trước đây thì việc tự động hoá chỉ được áp dụng trong sản xuất hàng loạt năng suất cao Hiện nay cần thiết phải tự động hoá cả trong sản xuất nhiều loại khác nhau, để nâng cao năng suất và chất lượng
1 Các thành phần của một bộ PLC
Một bộ PLC thông thường có những Modul phần cứng như sau:
- Modul nguồn
- Modul đơn vị xử lý trung tâm CPU
- Modul bộ nhớ chương trình
- Modul đầu vào
- Modul đầu ra
Trang 8- Modul phối ghép
- Modul chức năng phụ
* Modul nguồn: nhận từ nguồn điện lưới công nghiệp để tạo ra nguồn
điện một chiều cung cấp cho hoạt động của toàn bộ PLC
* Modul đơn vị xử lý trung tâm CPU: trong mỗi thiết bị PLC Modul
đơn vị xử lý trung tâm gồm nhiều hệ thống vi xử lý bên trong, có hai loại đơn
vị xử lý trung tâm đó là: đơn vị xử lý một bít và đơn vị xử lý bằng từ ngữ
* Modul bộ nhớ chương trình: Chương trình điều khiển hiện hành
được giữ lại trong bộ nhớ chương trình bằng các bộ phận lưu giữ điện tử như ram, prom hoặc eprom Chương trình được tạo ra với sự trợ giúp của một
đơn vị lập trình chuyên dụng, rồi được chuyển vào bộ nhớ chương trình Một nguồn điện dự phòng cần thiết cho RAM để duy trì chương trình ngay cả trong trường hợp mất nguồn điện chính
* Modul đầu vào: Modul đầu vào có chức năng chuẩn bị các tín hiệu
bên ngoài để chuyển vào trong PLC có chứa các bộ lọc và bộ thích ứng mức năng lượng Một mạch phối ghép có lựa chọn được dùng để ngăn cách điện giải mạch trong ra khỏi mạch ngoài Các Modul đầu vào được thiết kế để có thể nhận nhiều đầu vào và có thể cắm thêm các Modul đầu vào mở rộng Việc chuẩn đoán các sai sót hư hỏng sẽ được thực hiện rất dễ dàng với mỗi đầu vào
được trang bị một Điốt phát sáng (Led) bộ chỉ thị ánh sáng báo hiệu cho sự có mặt của điện thế đầu vào
* Modul đầu ra: Modul đầu ra có cấu tạo tương tự như Modul đầu vào
Nó gửi thẳng các thông tin đầu ra đến các phần tử kích hoạt (cho dẫn động) của máy làm việc Vì vậy mà nhiều Modul đầu ra thích hợp với hàng loạt mạch phối ghép khác nhau đã được cung cấp Điốt phát sáng (Led) cũng có thể giúp quan sát điện thế đầu ra
* Modul phối ghép: Modul phối ghép dùng để nối bộ điều khiển khả
trình PLC với các thiết bị bên ngoài như màn hình, thiết bị lập trình hoặc các
Trang 9Panel mở rộng Thêm vào đó, nhiều chức năng phụ cũng cần thiết hoạt động song song với những chức năng thuần tuý logic của một bộ PLC cơ bản Cũng có thể ghép thêm những thẻ điện tử phụ đặc biệt để tạo ra các chức năng phụ đó Trong những trường hợp này đều phải dùng đến mạch phối ghép
* Modul chức năng phụ: Những chức năng phụ điển hình nhất của PLC
là bộ nhớ duy trì có cùng chức năng như rơle duy trì nghĩa là bảo tồn tín hiệu trong quá trình mất điện Khi nguồn điện trở lại thì bộ chuyển đổi của bộ nhớ nằm ở tư thế như trước lúc mất điện Bộ thời gian của PLC có chức năng tương tự như các rơle thời gian, việc đặt thời gian được lập trình hoặc điều chỉnh từ bên ngoài Bộ đếm được lập trình bằng các lệnh logic cơ bản hoặc thông qua các thẻ
điện tử phụ Bộ ghi tương ứng với cơ cấu nút bấm Bước tiếp theo được thả ra bởi
bộ phát thời gian hoặc bằng xung của mạch chuyển đổi Chức năng số học được thiết kế để thực hiện bốn chức năng số học cơ bản: cộng, trừ, nhân, chia và các chức năng so sánh: lớn hơn, nhỏ hơn, bằng và không bằng Chức năng điều khiển
số của PLC để điều khiển các quá trình công nghệ trên các máy công cụ hoặc trên các tay máy, người máy công nghiệp
2 Chức năng của PLC
Chức năng của bộ điều khiển logic khả trình cũng giống như các bộ điều khiển khác thiết kế trên cơ sở các rơle hoặc các thành phần điện tử:
- Thu nhận các tín hiệu đầu vào và phản hồi ( từ các cảm biến )
- Liên kết, ghép nối lại và đóng mở mạch phù hợp với chương trình
- Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu được
- Phân phát các lệnh điều khiển đó đến các địa chỉ thích hợp
3 Ưu điểm của việc ứng dụng PLC
Việc ứng dụng các bộ PLC vào các hệ thống đã gặp rất nhiều thuận lợi như:
Trang 10- Thời gian lắp đặt ngắn
- Độ tin cậy cao và ngày càng tăng
- Dễ dàng thay đổi hoặc soạn thảo chương trình không gây tổn thất tài chính
- Cần ít thời gian để huấn luyện
- Có thể tính toán được chính xác giá thành
- Xử lý dữ liệu tự động
- Tiết kiệm không gian
- Chuẩn hoá được phần cứng điều khiển
- Khả năng tái tạo
- Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng ồn
- Ghép nối máy tính
- Ghép nối máy in
3.1.2 Vai trò của PLC trong điều khiển tự động
Trong một hệ thống thiết bị điều khiển tự động, bộ điều khiển PLC
được coi như bộ não có khả năng điều hành toàn bộ hệ thống điều khiển Với một chương trình ứng dụng điều khiển (lưu dữ trong bộ nhớ PLC) trong khâu chấp hành, PLC giám sát chặt chẽ, ổn định chính xác trạng thái của hệ thống qua tín hiệu của thiết bị đầu vào Sau đó nó sẽ căn cứ trên chương trình Logic
để xác định tiến trình hoạt động đồng thời truyền tín hiệu đến thiết bị đầu ra
PLC có thể được sử dụng để điều khiển những thao tác ứng dụng đơn giản, lặp đi lặp lại hoặc một vài thiết bị trong số chúng có thể được nối mạng cùng với hệ thống điều khiển trung tâm hoặc những máy tính trung tâm thông qua một phần của mạng truyền dẫn, với mục đích để tổ hợp việc điều khiển một quá trình xử lý phức tạp