Nghiên cứu, thiết kế hệ đo và điều khiển độ màu, ứng dụng trong công nghiệp sản xuất giấy

BỘ GIÁO GIÁO DỤC ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI  KIỀU QUỐC TỈNH NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ ðO VÀ ðIỀU KHIỂN ðỘ MÀU, ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2013 BỘ GIÁO GIÁO DỤC ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI  KIỀU QUỐC TỈNH NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ ðO VÀ ðIỀU KHIỂN ðỘ MÀU, ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật ñiện Mã số : 60.52.02.02 Người hướng dẫn : TS. BÙI ðĂNG THẢNH Hà Nội – 2013 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật i LỜI CAM ðOAN Tôi hoàn thành luận văn này trong thời gian nghiên cứu và học tập tại trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, dưới sự hướng dẫn tận tình của TS. Bùi ðăng Thảnh – Giảng viên Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội. Tôi xin cam ñoan toàn bộ nội dung của luận văn mà tôi thực hiện trong thời gian vừa qua là trung thực và không sao chép của ai. Hà nội, ngày 14 tháng 01 năm 2014 Học viên KIỀU QUỐC TỈNH Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập tại Trường ðại học Nông Nghiệp - Hà Nội, ñược sự giúp ñỡ các thầy cô trong trường nói chung và các thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật ño và Tin học công nghiệp - Viện ðiện của ðại học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy về những kiến thức cơ bản của chuyên ngành ðo lường Tin học công nghiệp nói riêng và kiến thức tổng quát về khoa học kĩ thuật nói chung. Quá trình hoàn thành Luận văn tốt nghiệp tại trường, ñã ñược sự hướng dẫn ñầy ñủ, nhiệt tình của thầy giáo TS. Bùi ðăng Thảnh về Luận văn tốt nghiệp: "Nghiên cứu, thiết kế hệ ño và ñiều khiển ñộ màu, ứng dụng trong công nghiệp sản xuất giấy" Qua Luận văn tốt nghiệp này, xin gửi tới lời cảm ơn chân thành ñến thầy giáo TS. Bùi ðăng Thảnh ñã giành nhiều thời gian, quan tâm, giúp ñỡ tôi ñể hoàn thành ñược luận văn tốt nghiệp. Trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tôi rất mong nhận ñược những ý kiến ñóng góp của quí thầy cô và các bạn ñể kiến thức của tôi ngày càng ñược hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 14 tháng 01 năm 2014 Học viên KIỀU QUỐC TỈNH Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật iii MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii PHẦN MỞ ðẦU 1 1. Tính cấp thiết của ñề tài 1 2. Nhiệm vụ trong ñề tài 1 3. Cấu trúc của ñề tài nghiên cứu 2 4. Phương pháp nghiên cứu 2 Chương 1 - THỰC TRẠNG CỦA CÁC HỆ THỐNG KIỂM ðỊNH CHẤT LƯỢNG GIẤY Ở NƯỚC TA HIỆN NAY 3 1.1 Giới thiệu về công nghệ sản xuất giấy 3 1.1.1 Khái quát về giấy 3 1.1.2 Công nghệ sản xuất giấy trong công ty giấy Bãi Bằng 5 1.2 Các tiêu chuẩn ñánh giá chất lượng giấy 18 1.3 Tiêu chuẩn giấy trong sản xuất tại Nhà máy giấy Bãi Bằng 19 Chương 2 - CÁC PHƯƠNG PHÁP ðO MÀU CỦA GIẤY 20 2.1 Mục ñích, nguyên lí ño và ñiều khiển ñộ màu 20 2.1.1 Mục ñích ño và ñiều khiển ñộ màu 20 2.1.2 Nguyên lí ño ñộ màu và không gian màu LAB 20 2.2 Các phương pháp ño màu 27 2.2.1 ðo màu bằng máy ño phổ 27 2.2.2 Phương pháp kích thích ba thành phần màu 28 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật iv 2.3 Cảm biến ñầu ño ER 50 PA 29 2.3.1 Hệ thống ño màu ER 50 PA 31 2.3.2 Nguyên tắc hoạt ñộng của hệ thống ño màu ER 50 PA 33 2.3.3 Lắp ñặt hệ thống ño ñiều khiển màu ER 50 PA 36 Chương 3 - THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ ðO VÀ ðIỀU KHIỂN ðỘ MÀU CỦA GIẤY 39 3.1 Thiết bị ño 40 3.1.1 Cảm biến lưu lượng chất lỏng Keyence FD – M100AT 40 3.1.2 Cảm biến ño mức chất lỏng CYB – 52S Westzh 43 3.2 Cơ cấu chấp hành hệ thống ño và ñiều khiển màu 43 3.2.1 Van tiết lưu VXD23 44 3.2.2 ðộng cơ khuấy Servo Motor Yashawa 45 3.2.3 Bơm dẫn ñộng từ Argal AM 45 3.2.4 Biến tần Siemens MM410 47 3.3 Bộ ñiều khiển trung tâm PLC S7 - 300 51 3.3.1 ðặc ñiểm của PLC 51 3.3.2 Cấu trúc PLC S7 – 300 52 3.3.3 Các module của PLC S7 – 300 54 3.3.4 Cấu trúc bộ nhớ của CPU S7 – 300 55 3.3.5 Vòng quét chương trình 57 3.3.6 Cấu trúc chương trình của PLC S7 – 300 57 3.3.7 Các khối cơ bản trong cấu trúc PLC S7 – 300 57 3.3.8 Ngôn ngữ lập trình cho PLC S7 – 300 59 3.3.9 ðịnh dạng dữ liệu vào – ra 60 3.4 Thiết kế tổng thể phần cứng 61 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật v 3.4.1 Hoạt ñộng khối cơ cấu chấp hành của hệ thống 61 3.4.2 Hoạt ñộng của khối ñiều khiển tín hiệu 62 3.4.3 Nối dây giữa biến tần Siemens MM410 với các ñộng cơ 65 3.4.4 Cách nối dây trong PLC S7 – 300 65 Chương 4 - XÂY DỰNG CÁC THUẬT GIẢI VÀ PHẦN MỀM CHO HỆ THỐNG 68 4.1 Thiết kế phần mềm cho PLC S7 - 300 68 4.1.1 Các lưu ñồ thuật toán trong hệ thống 68 4.1.2 Lập trình cho PLC S7 – 300 trên Step7 pro v5.5 70 4.1.3 Lập trình cho PLC S7 – 300 trên Step7 pro v5.5 72 4.2 Lập trình giao diện người – máy trên WinCC 73 4.2.1 Giới thiệu phần mềm WinCC 73 4.2.2 Tạo Driver kết nối giữa WinCC và PLC 75 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ðỀ TÀI 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 PHỤ LỤC 1 95 PHỤ LỤC 2 109 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 - Bảng giá trị Xn, Zn theo tiêu chuẩn CIE 2 25 Bảng 2.2 - Bảng giá trị Xn, Zn theo tiêu chuẩn CIE 10 25 Bảng 2.3 - Bảng tổng quan về hệ thống ño màu ER 50 PA 31 Bảng 2.4 - Bảng chức năng trong khối truyền thông và nguồn cung cấp EV 50 34 Bảng 2.5 - Bảng các chi tiết lắp ñặt hệ thống ER 50PA 38 Bảng 3.1 - Bảng thông số kỹ thuật cảm biến Keyence FD – M100AT 42 Bảng 3.2 - Bảng thông số kỹ thuật của biến tần MM410 48 Bảng 3.3 - Bảng chức năng của các nút nhấn ñiều khiển của biến tần Siemens MM410 49 Bảng 3.4 - Bảng ñịnh dạng dữ liệu vào – ra của PLC S7 – 300 61 Bảng 3.5 - Bảng chức năng của các thiết bị trong phần cứng 67 Bảng 4.1 - Bảng quy ñịnh các ñầu vào – ra của PLC S7 – 300 71 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1a - Lược ñồ quy trình 4 Hình 1.1b - Hình ảnh quy trình sản xuất 4 Hình 2.1 - Biểu ñồ màu sắc CIE 1931 21 Hình 2.2 - Nguyên lí ño màu theo không gian màu XYZ 22 Hình 2.3 - Không gian màu LAB 23 Hình 2.4 - Các giá trị thể hiện sự sai khác Delta 24 Hình 2.5 - Nguyên lý ño ñộ màu dùng máy phân tích phổ 28 Hình 2.6 - Nguyên lý phương pháp ño màu kích thích 3 thành phần. 29 Hình 2.7 - Sơ ñồ chức năng hệ thống ño màu ER 50 PA 32 Hình 2.8 - Mô tả hoạt ñộng của ER 50 PA 33 Hình 2.9 - Giao diện ES 18E ñược ñi kèm theo hệ thống ño màu ER 50 PA .36 Hình 2.10 - Mô hình nối cáp của hệ thống ER 50PA 37 Hình 3.1 - Sơ ñồ khối của hệ thống ño và kiểm tra ñộ màu của giấy 39 Hình 3.2 - Cảm biến Keyence FD – M100AT 41 Hình 3.3 - Cảm biến CYB – 52S Westzh 43 Hình 3.4 - Van tiết lưu VXD23 44 Hình 3.5 - ðộng cơ Servo Motor Yashawa 45 Hình 3.6 - Bơm dẫn ñộng từ Argal AM 46 Hình 3.7 - Biến tần Siemens MM410 47 Hình 3.8 - Bảng ñiều khiển biến tần Siemens MM410 49 Hình 3.9 - Sơ ñồ cấu trúc của PLC S7 - 300 52 Hình 3.10- Minh họa ngôn ngữ lập trình STL 59 Hình 3.11 - Minh họa ngôn ngữ lập trình LAD 60 Hình 3.12 - Minh họa ngôn ngữ lập trình khối FDB 60 Hình 3.13 - Tổng quan phần cứng hệ thống ño ñiều khiển màu 61 Hình 3.14 - Ghép nối vào ra của biến tần Siemens M410 65 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật viii Hình 3.15 - Nối dây ñầu vào của PLC S7 – 300 với thiết bị ño ñầu ra kiểu ñiện áp 65 Hình 3.16 - Nối dây ñầu vào của PLC S7 – 300 với thiết bị ño ñầu ra kiểu vào dòng ñiện 65 Hình 3.17 - Nối dây ñầu ra của PLC S7 – 300 với tải dòng ñiện và ñiện áp 66 Hình 3.18 - Nối dây cấp nguồn ñầu ra cho Module của PLC S7 – 300 66 Hình 3.19 - Tổng quát cách nối dây trong PLC S7 – 300 66 Hình 4.1 - Lưu ñồ thuật toán ñiều khiển bơm 68 Hình 4.2 - Lưu ñồ thuật toán ñiều khiển 69 Hình 4.3 - Tạo “New Project” bằng Step 7 Pro v5.5 72 Hình 4.4 - Tạo CPU314 trên Step 7 Pro v5.5 72 Hình 4.5 - Chọn khối OB1 trên Step 7 Pro v5.5 73 Hình 4.6 - Tạo project 74 Hình 4.7a - Tạo Driver kết nối giữa WinCC - PLC 75 Hình 4.7b - Tạo Driver kết nối giữa WinCC – PLC 76 Hình 4.7c - Tạo Driver kết nối giữa WinCC – PLC 76 Hình 4.7d - Tạo Driver kết nối giữa WinCC - PLC 77 Hình 4.8a - Tạo Tag Group 77 Hình 4.8b - Tạo Tag Group 78 Hình 4.8c - Giao diện Tag Group 78 Hình 4.9 - Giao diện khối OB1 79 Hình 4.10 - Giao diện khối FC1 79 Hình 4.11 - Giao diện khối FC2 79 Hình 4.12 - Giao diện khối FC3 80 Hình 4.13 - Tạo Picture mô phỏng 80 Hình 4.14 - Giao diện tạo Picture mô phỏng 81 Hình 4.15 - Thư viện Tank trong WinCC 82 Hình 4.16 - Thư viện Pumps trong WinCC 82 [...]... hành nghiên c u ñ tài: "Nghiên c u, thi t k h ño và ñi u khi n ñ màu, ng d ng trong công nghi p s n xu t gi y" Trong ñ tài này t p trung nghiên c u phương pháp ño và các phương pháp ñi u khi n ñ màu c a gi y Tác gi cũng s liên h v i m t h th ng ñi u khi n c th trong m t nhà máy hi n ñ i Vi t Nam hi n nay (T ng công ty gi y Bãi B ng là m t ví d ) nh m ch ra các ưu th c a h th ng thi t k 2 Nhi m v trong. .. tri n c a công ngh vi ñi u khi n, kĩ thu t truy n thông và công ngh thông tin ñã t o ra nh ng chuy n bi n m nh m c a ngành kĩ thu t ðo lư ng và ði u khi n Các h th ng s n xu t trong công nghi p hi n nay ñ u là nh ng h th ng thông minh, k t h p ñư c nhi u tính năng ho t ñ ng cùng lúc v i công su t ho t ñ ng cao, ho t ñ ng chính xác ít khi x y ra l i ð ñư c như v y, trong quá trình thi t k và l p ñ t... sinh hay trong th công trang trí… Trong công nghi p s n xu t gi y (hình 1.1a và hình 1.1b), ngư i ta có th s n xu t gi y t ngu n nguyên li u m i là g ho c cũng có th s d ng gi y ñã qua s d ng làm nguyên li u Trong s n xu t m i, nguyên li u chính ñ làm gi y là s i xenluylô t g ho c rơm r , ngoài ra còn dùng ñ n keo và các ch t ñ n ð dài c a các s i xenluylô thay ñ i tùy theo nguyên li u làm gi y và có... hoá ch t sau khi n u và gi m ô nhi m môi trư ng H th ng thu h i ki m bao g m các thi t b : Chưng b c, n i hơi thu h i, và xút hoá - Quá trình chưng b c d ch ñen: D ch ñen sau r a t b ch a ñư c bơm vào tháp Oxh I, t ñây d ch ñen ñư c ñưa qua các hi u trưng b c và ñư c bơm c p vào b ch a d ch ñen ñ c D ch ñen sau chưng b c ñư c ch a vào hai b Ch 007 và Ch 008, t ñó d ch ñen ñư c ñưa vào tháp Oxh II T i... kho ng 45%450% trong ñó 30% là h p ch t h u cơ t g ph n còn l i là h p ch t vô cơ D ch ñen này ñư c ñưa vào thi t b chưng b c t ng và ñư c ti p xúc v i khí nóng c a lò làm cho nư c b c hơi và d ch ñen ñ c l i n ng ñ kho ng 60 Nhi t ñ trong lò t 2008C 413008C ñã nung ch y các ch t vô cơ và ch y ra kh i lò ñ t theo máng vào b hoà tan Khí th i t lò ñ t thu h i ñ n b ph n thu h i nhi t sau ñó vào b ph n l... cùng quan tr ng trong vi c ñánh giá ch t lư ng s n ph m và thu hút khách hàng s d ng s n ph m Chính vì nguyên nhân ñó nên trong quá trình s n xu t gi y thì h th ng ño và ñi u khi n ñ màu c a gi y có nhi m v t o nên tính ch t, ch t lư ng sau cùng c a gi y Do ñó vi c ño và ñi u khi n ñ màu trong nhà máy s n xu t gi y là y u t cơ b n nh t trong quy trình s n xu t gi y 2.1.2 Nguyên lí ño ñ màu và không gian... “– b” màu xanh dương; “+ b” màu vàng - ði m gi a 3 tr c L,a,b g i là ñi m xám Không gian màu LAB ñư c s d ng r t nhi u trong ngành công nghi p Ngo i tr nhi p nh, nó còn ñư c s d ng trong vi c cung c p màu chính xác cho màu s c trong sơn, thu c nhu m v i, m c in và gi y Trong không gian màu LAB có các giá tr Delta th hi n s sai khác nhau v giá tr c a L,a,b gi a v t m u và màu mu n ñ t ñư c là ∆L, ∆a,... c ñ : 0 4 10 (v/p) Công su t mô tơ truy n ñ ng: 2 3 134 (kW) T c ñ mô tơ: 1.500 (v/p) Chi u r ng c a rãnh thoát v : 0,050 (m) Hi u su t bóc v c a thùng ph thu c vào kích thư c, lư ng g ñưa vào thùng và t c ñ c a thùng Thùng bóc v có hi u qu nh t khi lư ng g n p vào b ng 1/2 thùng theo ti t di n ngang N u n p vào ít g s phá v th song song làm g b gãy d n ñ n th t thoát n u n p g vào thùng quá nhi u... b i s bám vào các ñi n c c r i ñư c thu h i ch l i - Công ño n xút hoá D ch xanh t n i hơi thu h i ñư c bơm t i b l ng trong, các h t r n l ng xu ng ñư c g t lên t c vào tâm b và ñ nh kỳ th i ra ngoài b ng van x ñáy, d ch xanh ñư c bơm lên b hoà vôi H n h p d ch sau b hoà tan vôi l n lư t ñư c ñưa qua các b xút hoá 1, 2, 3 và b trung gian T b trung gian h n h p d ch này ñư c ñưa t i b l ng trong d ch... l i trên tháp Hypo1 D ch l c cho máy r a trong giai ño n Hypo1 ñư c bơm lên các vòi phun r a trong giai ño n trích ly ki m - Giai ño n Hypo2 Lư ng Hypo cho t y giai ño n này kho ng 40% t ng lư ng Hypo hai giai ño n Hypo1 và Hypo2 Vi c th c hi n pha loãng trong ñáy tháp Hypo2 và r a b t trên máy r a dùng nư c l c c a chính công ño n này, sau ñó b t ñư c ñưa vào b ch a Trư ng ð i H c Nông Nghi p Hà N . Bùi ðăng Thảnh về Luận văn tốt nghiệp: " ;Nghiên cứu, thiết kế hệ ño và ñiều khiển ñộ màu, ứng dụng trong công nghiệp sản xuất giấy& quot; Qua Luận văn tốt nghiệp này, xin gửi tới lời cảm. nghệ sản xuất giấy 3 1.1.1 Khái quát về giấy 3 1.1.2 Công nghệ sản xuất giấy trong công ty giấy Bãi Bằng 5 1.2 Các tiêu chuẩn ñánh giá chất lượng giấy 18 1.3 Tiêu chuẩn giấy trong sản xuất. ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI  KIỀU QUỐC TỈNH NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ ðO VÀ ðIỀU KHIỂN ðỘ MÀU, ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ