Thiết kế hệ điều khiển nhiệt độ lò nung gốm sứ dùng PLC S 300

Lời nói đầu N-ớc ta đang trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá để từng b-ớc bắt kịp sự phát triển trong khu vực Đông Nam á và thế giới về mọi mặt kinh tế xã hội. Công nghiệp sản xuất hàng hoá đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế. Việc tự động hoá là sự lựa chọn không tránh khỏi trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm chất l-ợng cao, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị tr-ờng. Cùng với sự phát triển của các ngành sản xuất khác, ngành gốm, sứ cũng phát triển mạnh, các mặt hàng đa dạng về chủng loại, mầu sắc hoa văn phong phú. Các trang thiết bị máy móc phục vụ trong công nghiệp ở n-ớc ta đa số còn lạc hậu song do nhu cầu sản xuất số máy này vẫn đ-ợc khai thác. Với nguồn đầu t- mới hạn hẹp do đó bên cạnh việc mua sắm những trang thiết bị mới, hiện đại cần phải cải tạo nâng cấp các hệ thống thiết bị máy móc cũ để đáp ứng cho nhu cầu sản xuất. Việc nâng cấp các hệ thống này nhằm nâng cao mức độ tự động hoá, tăng năng suất trong sản xuất. B-ớc thực hiện việc cải tạo nâng cấp một hệ thống máy móc đầu tiên là thay thế hệ thống điều khiển cũ sử dụng rơle bằng một thiết bị điều khiển có thể lập trình đ-ợc là PLC nhằm làm cho mạch điều khiển của hệ thống gọn nhẹ, hoạt động chính xác đáng tin cậy hơn và quan trọng nhất là dễ dàng thay đổi ch-ơng trình điều khiển khi có yêu cầu. PLC là một thiết bị điều khiển công nghiệp mới đã và đang đ-ợc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam. Vấn đề tự động hoá trong công nghiệp để giảm bớt lao động chân tay và nâng cao năng suất lao động, là một trong những đề tài đ-ợc các bạn sinh viên, các thầy cô ở những tr-ờng kỹ thuật quan tâm và nghiên cứu nhiều nhất. Việc khảo sát sử dụng phần mềm lập trình cho PLC họ SIMATIC S7 để điều khiển nhiệt độ lò nung gốm, sứ là nội dung của tập đồ án tốt nghiệp mà em thiết kế. mục lục Lời nói đầu Ch-ơng 1. Giới thiệu về lò nung 1 1.1. Cấu tạo hệ thống lò nung công nghiệp 1 1.1.1. Cấu tạo cụm Thân lò TL-01-00-00 1 1.1.2. Cụm xe lò 6 1.1.3. Cụm cửa lò 7 1.1.4. Cụm ống khói 7 1.5.5. Cụm đ-ờng ống 8 1.1.6. Sơ đồ cấu trúc lò 9 1.2. Các trang thiết bị chính của lò nung sứ 9 1.3. Hệ thống cấp gas và gió 10 1.3.1. Cung cấp gas 10 1.3.2. Cung cấp khí đốt 11 1.4. Các nhóm vòi đốt 11 1.5. Khí thải 11 1.6. Quy trình nung gốm, sứ 12 Ch-ơng 2. Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC 13 2.1. Các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình 13 2.1.1. Giới thiệu chung về PLC 13 2.1.2. Nhiệm vụ đặt ra cho các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình 13 2.1.3. Lợi thế của việc dùng PLC trong tự động hoá 14 2.2. Cấu trúc của các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình 14 Ch-ơng 3. Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền PLC S7-300 19 3.1. Giới thiệu về PLC S7- 300 19 3.1.1. Các module PLC S7- 300 19 3.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển tập chung 23 3.2.1. Hệ thống điều khiển tập chung và địa chỉ các cổng vào ra t-ơng tự 25 3.2.2. Hệ thống điều khiển tập chung và địa chỉ các cổng vào ra số 25 Ch-ơng 4. Phần mềm Step 7 26 4.1. Chức năng của phần mềm Step 7 26 4.2. Các b-ớc thực hiện để viết một ch-ơng trình điều khiển 26 4.3. Hệ lệnh của phần mềm Step 7 26 4.3.1. Nhóm lệnh logic tiếp điểm 27 4.3.2. Lệnh đọc, ghi và đảo vị trí bytes trong hai thanh ghi ACCU1 và ACCU2 3 2 4.3.3. Các lệnh logic thực hiện trên thanh ghi ACCU 33 4.3.4. Nhóm lệnh tăng giảm nội dung thanh ghi ACCU 35 4.3.5. Nhóm lệnh dịch chuyển nội dung thanh ghi ACCU 35 4.3.6. Nhóm lệnh so sánh số nguyên 16 bits 37 4.3.7. Nhóm lệnh so sánh 2 số nguyên 32 bits 38 4.3.8. Nhóm lệnh so sánh 2 số thực 32 bits 39 4.3.9. Các lệnh toán học 39 4.4. Bộ thời gian (Timer) 42 4.4.1. Nguyên tắc hoạt động 42 4.4.2. Khai báo sử dụng 42 4.4.3. Đọc nội dung thanh ghi T-Word (CV) 43 4.5. Bộ đếm (Counter) 43 4.5.1. Nguyên tắc hoạt động 43 4.5.2. Khai báo sử dụng 43 4.5.3. Đọc nội dung thanh ghi C-Word 44 4.6. Ph-ơng pháp lập trình 44 4.6.1. Lập trình tuyến tính 44 4.6.2. Lập trình có cấu trúc 45 4.7. Các khố OB đặc biệt và ham FCS trong quản lý đồng bộ hệ thống 49 4.7.1. Các khối OB đặc biệt 49 Ch-ơng 5. Ch-ơng trình điều khiển hệ thống nhiệt độ lò nung dùng PLC S7- 300 53 5.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống lò nung 53 5.2. Nguyên lý làm việc của lò nung 53 5.2.1. Thao tác sấy, đốt lò nung sản phẩm 53 5.2.2. Thao tác ngừng lò 56 5.3. Quy định vào ra của ch-ơng trình điều khiển 57 5.3.1. Bảng phân công đầu vào 57 5.3.2. Bảng phân công đầu ra 58 5.4. L-u đồ thuật giải các ch-ơng trình 60 5.4.1. Ch-ơng trình sấy bằng nhiệt bức xạ 60 4.2.2. Ch-ơng trình nung 64 4.2.3. Ch-ơng trình ngừng hoạt động lò 68 CHƯƠNg1 giới thiệu về lò Nung 1.1.Cấu tạo hệ thống lò nung công nghiệp. Lò lung công nghiệp là loại lò dùng nhiên liệu khí gas, kích th-ớc và khối l-ợng lớn. Cấu tạo của lò gồm 3 bộ phận chính : + Vỏ lò ( phần cơ khí). + Lớp bảo ôn. + Hệ thống đ-ờng ống dẫn khí và đầu đốt. Kích th-ớc khuôn khổ của lò: Dài x rộng x cao = a x b x h = 59 x 1,2 x 2 (m). trong đó: a- Chiều dài của lò. b- Chiều rộng của lò. h- Chiều cao của lò. Nhiệt độ nung: T max =1300 0 C , T min = 300 0 C. Thời gian nung của lò có thể liên tục nhiều giờ mà vẫn đảm bảo độ an toàn lao động cũng nh- các chỉ số an toàn nói chung của một lò nung. Phần vỏ lò làm bằng thép có kích th-ớc và khối l-ợng lớn nhất bao quanh toàn bộ lò, do làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất lớn, nên trong lòng của lò đ-ợc bọc một lớp bảo ôn. Lớp bảo ôn này bao gồm gạch chịu lửa và bông thuỷ tinh, đây là một loại vật liệu hoá học chịu đ-ợc nhiệt độ cao, khi làm việc ngọn lửa từ các đầu đốt sẽ phun vào lòng lò lúc đố nhiệt độ trong lòng lò rất cao (trên 1300 0 C). Lớp bảo ôn còn có tác dụng giữ nhiệt độ của lò luôn ổn định không bị thoát nhiệt ra vỏ lò, chiều dầy của lớp bảo ôn là d=300 (mm). Về cơ bản vỏ lò nung công nghiệp đ-ợc cấu tạo bởi 4 phần chính là: Thân lò(1), buồng điều hoà (2), ống khói (3), hệ thống đ-ờng ống dẫn khí và nhiên liệu(4). Trong 4 cụm này thì cụm thân lò có khối l-ợng và kích th-ớc lớn nhất đồng thời đây cũng là cụm chi tiết quan trọng nhất, vì tất cả các chi tiết khác sẽ đ-ợc lắp lên cụm thân lò. 1.1.1. Cấu tạo cụm thân lò TL-01-00-00. Thân lò là cụm chi tiết chính dùng để lắp toàn bộ các cụm chi tiết khác nh-: buồng điều hoà, ống khói, toàn bộ đ-ờng ống dẫn khí và nhiên liệu. Chính vì vậy cụm thân lò sẽ chịu nhiệt độ cao và tải trọng lớn nhất, trên hình 1.1 sẽ giới thiệu về cụm thân lò. 2700 575 600 600 600 600 600 600 600 600 875 600 600 6600 2400 600 600 600 600 600 1300 700 2000 300 Hình 1.1- Cụm thân lò. Kích th-ớc khuôn khổ của cụm thân lò là: a x b x h = 59 x 1,2 x 2 (m). trong đó: a- Chiều dài thân lò. b- Chiều rộng thân lò. h- Chiều cao thân lò. Thân lò có dạng hình khối rỗng, xung quanh là các thành vách, trong đó phần chịu lực là phần khung chế tạo bằng thép định hình dạng hộp H50x50x3, sau đó đ-ợc bọc bằng thép tấm dầy T=2mm. Cụm thân lò làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, nên toàn bộ trong lòng cụm thân lò đ-ợc xây gạch chịu lửa và bọc bông thuỷ tinh chịu nhiệt (gạch chịu lửa và bông thuỷ tinh còn gọi là lớp bảo ôn), lớp bảo ôn này có chiều dầy d= 300 mm. Do cụm thân lò có khối l-ợng và kích th-ớc lớn, gồm nhiều cụm chi tiết, mỗi cụm này khi chế tạo lại đòi hỏi những quy trình công nghệ khác nhau. Về mặt công nghệ chế tạo máy, ta có thể chia cụm thân lò thành 6 cụm chi tiết sau đây: Cụm thành lò phải -TL-01-01-00. Cụm thành lò trái -TL-01-02-00. Cụm nóc lò-TL-01-03-00. Cụm l-ng lò-TL-01-04-00. Cụm xe lò-TL-01-05-00. Cụm cửa lò-TL01-06-00. Cụm thành lò phải. 600 600 600 600 700 575 600 600 600 600 600 600 600 600 875 1300 2 300 150 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 2400 5950 6600 Hình 1.2- Cụm thành lò phải. Thành lò phải có cấu tạo đơn giản bao gồm khung thép định hình dạng hộp H50x50x3, sau đó bọc tôn, cấu tạo cụm thành lò phải là một mặt phẳng d-ới chân có ghế đẩu (kết cấu cụm chi tiết có dạng hình ghế đẩu) nhô ra làm bệ, sau này xây gạch chịu lửa. Trên thành lò phải có 9 mặt bích dùng để lắp đầu đốt trong đó có 4 mặt bích 120 ở trên và 5 mặt bích 140 ở d-ới, ngoài ra để theo dõi sự hoạt động của các đầu đốt trên thành phải có 9 ống thăm 32. Khi các đầu đốt hoạt động, ng-ời công nhân đứng bên thành lò phải sẽ quan sát đ-ợc đầu đốt bên thành lò trái và ng-ợc lại, khi đứng bên thành trái sẽ quan sát đ-ợc các đầu đốt bên thành lò phải. Trên hình 1.3.a.b.c d-ới đây là các mặt bích và ống thăm. 141 117 215 215 R 5 4 4 260 260 R 10 a. Mặt bích to 140 b. Mặt bích nhỏ 120 75 1x45 1x45 60 c. ống thăm 32 Hình 1.3- Mặt bích và ống thăm. Nh- vậy trong cụm thành lò phải gồm có 9 chi tiết. Cụm thành lò trái . Thành lò trái có cấu tạo giống thành lò phải chỉ khác nhau ở vị trí các đầu đốt và ống thăm, nh- đã giới thiệu về công dụng của ống thăm ở trên. Theo đó thì tâm đầu đốt bên thành lò phải sẽ trùng tâm ống thăm bên thành lò trái và ng-ợc lại, trên hình 1.4 d-ới đây sẽ giới thiệu thành lò trái. 2 150 300 2 575 600 600 600 600 600 600 600 600 875 1300 5950 6600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 700 Hình 1.4- Cụm thành lò trái. Nh- vây cụm này có 6 chi tiết, thành lò phải và cụm thành lò trái là hai cụm chi tiết có nhiệm vụ để lắp các mặt bích của đầu đốt và ống thăm, đây cũng là cơ sở để bọc lớp bảo ôn chịu nhiệt sau này. Cụm nóc lò. Nóc lò hay còn gọi là trần lò, đóng vai trò là miền giới hạn giữa thân lò và buồng điều hoà. Nóc lò đ-ợc làm bằng khung hộp sau đó lắp thép l-ới, phần thép l-ới làm bằng tôn đột lỗ để buộc bông thuỷ tinh. Trên hình 1.5 d-ới đây là cụm nóc lò. Cụm này gồm có ba chi tiết đó là: 1000 850 1000 900 TL-01-03-01 TL-01-03-02 TL-01-03-03 2700 6600 Hình 1.5- Nóc lò. Cụm l-ng lò . L-ng lò có cấu tạo giống hai thành lò nh-ng chỉ là phần bọc kín thân lò chứ không có chi tiết nào khác. Cũng giống với hai thành lò, kết cấu cụm l-ng lò gồm khung hộp H50x50x3, sau đó bọc thép tấm. Trong cụm l-ng lò có ghế đẩu nhô ra để làm cơ sở xây lớp bảo ôn sau này. Toàn bộ cụm l-ng lò đ-ợc giới thiệu trên hình 1.6. 2 300 150 750 1050 650 2300 2600 Hình 1.6- Cụm l-ng lò. 1.1.2.Cụm xe lò. Xe lò đóng vai trò là đáy lò, sở dĩ nh- vậy vì trong điều kiện nhiệt độ cao 1300 0 C ng-ời công nhân không thể trực tiếp vào lòng lò mà phải gián tiếp thông qua xe lò. Điều này cũng tiết kiệm đ-ợc nhiên liệu đốt cho lò, vì bỏ qua đ-ợc công đoạn đợi cho lò nguội để chuyển sang mẻ nung mới. Tức là đáy lò sẽ đ-ợc chế tạo rời. Trên hình 1.8 d-ới đây sẽ giới thiệu về xe lò. 866 5 1 2 3 4 50 1780 1000 Hình 1.7- Xe lò. 1- gạch chịu nửa 2- khung xe lò 3- cùm bánh xe 4- bánh xe 5- trục bánh xe Cấu tạo xe lò gồm phần khung làm bằng thép định hình chữ U 100x46x5 (mm) sau đó bọc thép tấm dày l=2mm, xe lò chạy trên thanh ray nhờ bánh xe (3) (trên bản vẽ chung). Gồm có 3 xe, mỗi xe có bốn bánh. Kích th-ớc khuôn khổ của mỗi xe là: dài x rộng x cao = a x b x h = 2000 x 1780 x 257 (mm). Xe lò đ-ợc xây gạch chịu lửa khít với hai bên thành lò, đảm bảo hơi nóng sẽ không thoát ra ngoài đ-ợc. Khi lò không hoạt động, xe lò đ-ợc đ-a ra ngoài, đến khi hoạt động, sản phẩm đ-ợc xếp đầy lên xe và đ-a vào lò. [...]... mức các bon quá cao s ảnh h-ởng đến quá trình tạo s 1.6 Quy trình nung gốm, s * Đặc điểm gốm s Gốm s là một mặt hàng đòi hỏi về mẫu mã cũng nh- tính mỹ thuật cao, nhiệt độ nung gốm lại rất cao (trên 10000C) nh-ng lại dễ vỡ và sinh ra khuyết tật trong quá trình nung S thay đỗi nhiệt độ đột ngột và cũng s dẫn tới hậu quả là gốm bị nứt, vỡ hay sinh ra khuyết tật Do đó thời gian nung một mẻ gỗm mất... các thiết bị phụ trợ khác : - Bộ phận tích khí thải Bộ phận tích khí đầu vòi Các van khí - Các quạt gió Các bộ phận truyền động và các động cơ khác 1.3 Hệ thống cấp gas và gió 1.3.1 Cung cấp gas - Dùng LPG tạo nhiệt độ lò - áp lực đầu vào của lò hệ thống điều khiển gas 1,0 1,2 bar Các phụ tùng và thiết bị sau đ-ợc đặt trong hệ thống điều khiển gas của lò: - Van ngắt chính ở đầu vào của gas - Lọc gas... khi gốm đ-ợc nung xong Quá trình tính từ khi gốm đã chín nhiệt độ lò cũng đ-ợc duy trì và giảm theo từng thang nhiệt độ + Thao tác 4: Trong quá trình đợi gốm chín ng-ời công nhân phải xếp gốm vào xe lò khác để khi mẻ gốm trong lò đã chính ta s tiến hành ngay vào nung mẻ khác Làm nhvậy s tiết kiệm đ-ợc thời gian nung và nhiệt độ hao tổn ch-ơng 2 GIớI THIệU Về Bộ ĐIềU KHIểN LậP TRìNH PLC 2.1 Các bộ điều. .. động, sau đó nhìn qua ống thăm kiểm tra xem có đầu đốt nào không cháy Nếu phát hiện thấy có những s cố nói trên phải ngắt cầu dao, đóng van khí để s a chữa + Thao tác 3: Sau khi đã kiểm tra xong cho lò hoạt động và điều chỉnh nhiệt cho nhiệt độ lò ở 5500C, giữ nhiệt độ này trong 3h Để gốm đ-ợc khô đều, sau đó nâng tiếp nhiệt độ lên 11200C và giữ trong 3h, quá trình thay đổi nhiệt độ và giữ nhiệt độ. .. cho các panel điều khiển bằng mạch in - Điều khiển tự động, bán tự động, bằng tay các máy và các quá trình * Điều khiển dẫy: - Các phép toán s học - Cung cấp thông tin - Điều khiển liên tục (nhiệt độ, áp suất ) - Điều khiển các thiết bị chấp hành * Điều khiển liên tục: - Điều hành các quá trình, báo đông - Phát hiện lỗi và xử lí - Ghép nối với các máy tính thông qua cổng RS232 - Mạng tự động hoá xí... hiện ra s chuyển từ ON sang OFF ở đầu vào tín hiệu của nó INPUT DIFU DIFD Hình 2.3- Giản đồ on/off của lệnh DIFU và DUFD ch-ơng 3 Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền PLC S7 300 3.1 Giới thiệu về PLC S7 300 3.1.1 Các module của PLC S7 300 Là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông(RS485) và có thể còn có 1 vài cổng vào ra s Các... áp lực GAS Đồng hồ báo áp lực gió Hệ thống ống dẫn Xe nguyên liệu T-ờng lò Buồng đốt Van 10: Đèn báo 1.2 Các trang thiết bị chính của lò nung s Hệ thống lò nung là hệ thống gồm nhiều thiết bị nhằm tạo ra s n phẩm Hệ thống gồm các phần chính sau: - Các ống dẫn gas và gió - Buồng đốt - Buồng làm nguội - Buồng ôxi hoá khử Máy đẩy thuỷ lực - Bộ phận cấp gas, gió trong các quá trình cháy trong lò Ngoài... của quy trình nung gỗm, s + Thao tác 1: Gốm đ-ợc xếp lên xe lò theo từng lớp một, mỗi lớp s đ-ợc kê bằng một tấm đệm làm bằng Fe2O3 tấm đệm này chịu đ-ợc nhiệt độ trên 2000C Gốm đ-ợc xếp đúng vị trí sao cho khi xe đẩy xếp khít vào lò gốm không tiếp s c trực tiếp với ngọn lửa từ đầu đốt Nếu không tuân thủ nguyên tắc này s n phẩm s không đ-ợc nung đều + Thao tác 2: Để quá trình nung gốm không bị gián... áp lực gas có van ngắt an toàn để tác động lại áp lực (tối đa 100 mbar) và áp lực gió quá thấp (tối thiểu 10 bar) và để ngắt nguồn gas chính Các van cơ giới ngắt an toàn dùng để cắt nguồn cấp gas vào lò khi áp lực gas quá cao hoặc quá thấp, việc ngắt này đ-ợc điều chỉnh bởi hai công tắc áp lực gas Hệ thống an toàn đ-ợc nối với các van cơ giới này Tr-ớc khi điều khiển gas, hệ thống s l-ợng gas đ-ợc đo... Ch-ơng 4 Phần mềm STEP7 4.1 Chc n ng c a ph n m m STEP 7 - Khai báo cấu hình cứng cho một trạm PCL thuộc họ Simatic S7 -300/ 400 - Xây dựng cấu hình mạng gồm trạm PLC S7 -300/ 400 cũng nh- thủ tục truyền thông giữa chúng - Soạn thảo và cài đặt ch-ơng trình điều khiển cho một hoặc nhiều trạm - Quan s t viêc thực hiện ch-ơng trình điều khiển trong một trạm PLC và gỡ rối ch-ơng trình - Ngoài ra Step 7 cũng có