Nghiên cứu, nâng cấp hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất gạch tuynel

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các kết trình bày luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tôi cam đoan số liệu kết đƣợc trình bày luận văn sát với thực tế có nguồn gốc rõ ràng Hải Phòng, ngày 15 tháng năm 2015 Tác giả Lai Xuân Bình i LỜI CẢM ƠN Lời cho phép đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc PGS.TS Lƣu Kim Thành tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn, cung cấp tài liệu động viên trình nghiên cứu, hoàn thiện luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy, cô giáo, cán Viện đào tạo sau đại học Hàng Hải Việt Nam bạn đồng nghiệp giúp đỡ, dẫn tận tình trình hoàn thành luận văn ! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY VÀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT GẠCH 1.1.Tổng quan Nhà máy 1.2 Tổng quan dây chuyền sản xuất 1.2.1 Dây chuyền sản xuất sản phẩm gạch tuylen 1.2.2 Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất gạch tuynel nhà máy 1.2.3 Đánh giá sản phẩm gạch tuynel gạch thƣờng: 1.2.4 Các hệ thống cấu máy dây chuyền sản xuất .11 1.2.5 Hầm sấy - lò nung tuynel: 21 1.2.6 Một số hình ảnh sản phẩm nhà máy .23 CHƢƠNG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY 27 2.1 Sơ đồ điều khiển hệ thống 27 2.1.1 Sơ đồ khối dây chuyền sản suất gạch mộc .27 2.1.2 Sơ đồ cấp điện cho dây chuyền sản xuất gạch mộc .27 2.1.3 Trung tâm điều khiển .27 2.1.4 Thiết bị chấp hành 29 2.1.5 Lƣu đồ thuật toán dây chuyền công nghệ chế biến tạo hình 29 2.2 Phân tích , đánh giá hệ thống dây chuyền sản xuất 31 2.2.1 Hệ thống cấp liệu thùng 31 2.2.2 Hệ thống cán thô 31 iii 2.2.3 Hệ thống máy cán mịn 33 2.2.4 Hệ thống máy nhào thái 34 2.2.5 Hệ thống máy cán mịn 35 2.2.6 Hệ thống máy nhào đùn ép liên hợp 36 2.2.7 Hệ thống cắt tự động 37 2.3 Hệ thống điều khiển Hầm lò tuynel 38 2.3.1 Nguyên lý hoạt động Hầm sấy .39 2.3.2 Nguyên lý hoạt động lò nung 40 2.4 Lƣu đồ thuật toán điều khiển hầm sấy lò nung 40 2.5 Nhận xét đánh giá hệ thống 43 CHƢƠNG GIẢI PHÁP NÂNG CẤP HỆ THỐNG VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA DÂY CHUYỀN 45 3.1 Xây dựng giải pháp nâng cấp hệ thống .45 3.1.1 Mục đích 45 3.1.2 Đề xuất giải pháp .45 3.2 Giải pháp công nghệ nâng cấp hệ thống dây chuyền 47 3.2.1 Điều khiển lập trình PLC S7 – 300 cho dây chuyền sản xuất .47 3.2.2 Mô hoạt động dây chuyền phần mềm WINCC 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Giải thích CB1 Cảm biến đầy máy cán mịn đất CB2 Cảm biến đầy thùng nguyên liệu than CB3 Cảm biến đầy thùng nguyên liệu đất CB4 Cảm biến mức thấp thùng nguyên liệu than CB5 Cảm biến mức thấp thùng nguyên liệu đất CB6 Cảm biến độ ẩm khởi động máy bơm nƣớc CB7 Cảm biến độ ẩm dừng máy bơm nƣớc BT1 Băng tải BT2 Băng tải BT3 Băng tải BT4 Băng tải BT5 Băng tải BT6 Băng tải MCN1 Máy cán mịn MCT Máy cán thô MNT Máy nhào thái MCM2 Máy cán mịn MN2 Máy nhào MĐ Máy đùn HCK Máy hút chân không MCG Máy cắt gạch Start Nút khởi động Stop Nút dừng BT1T Trạng thái băng tải thời gian T BT2T Trạng thái băng tải thời gian T BT3T Trạng thái băng tải thời gian T BT4T Trạng thái băng tải thời gian T BT5T Trạng thái băng tải thời gian T v BT6T Trạng thái băng tải thời gian T BT1T+1 Trạng thái băng tải thời gian T+1 BT2T+1 Trạng thái băng tải thời gian T+1 BT3T+1 Trạng thái băng tải thời gian T+1 BT4T+1 Trạng thái băng tải thời gian T+1 BT5T+1 Trạng thái băng tải5 thời gian T+1 BT6T+1 Trạng thái băng tải thời gian T+1 MCTT Trạng thái máy cán thô thời gian T MCM1T Trạng thái máy cán mịn thời gian T MNTT Trạng thái máy nhào thái thời gian T MCM2T Trạng thái máy cán mịn thời gian T MN2T Trạng thái máy nhào thời gian T MĐT Trạng thái máy đùn thời gian T HCKT Trạng thái máy hút chân không thời gian T MCGT Trạng thái máy cắt gạch thời gian T MCN1T+1 Trạng thái máy cán mịn thời gian T+1 MCTT+1 Trạng thái máy cán mịn thời gian T+1 MNTT+1 Trạng thái máy nhào thái thời gian T+1 MCM2T+1 Trạng thái máy cán mịn thời gian T+1 MN2T+1 Trạng thái máy nhào thời gian T+1 MĐT+1 Trạng thái máy đùn thời gian T+1 HCKT+1 Trạng thái máy hút chân không thời gian T+1 MCGT+1 Trạng thái máy cắt gạch thời gian T+1 Start2 Tín hiệu start chậm sau thời gian 2 so với từ ấn start Start23 Tín hiệu start chậm sau thời gian 23 so với từ ấn start Van1 Van xả đất máy can thô Van2 Van xả thùng định lƣợng than Van3 Van xả thùng định lƣợng đất Van4 Van xả máy cán mịn vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 1.1 So sánh số tiêu chất lƣợng hai loại sản phẩm 10 1.2 Một số thông số kỹ thuật sản phẩm gạch nung tuylen 11 1.3 Thông số kỹ thuật lò tuylen 23 3.1 Bảng so sánh hai hệ thống cũ 45 3.2 Bảng phân công tín hiệu vào 56 3.3 Bảng trạng thái làm việc băng tải 59 3.4 Bảng trạng thái làm việc băng tải 60 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Hình ảnh tổng quan nhà máy Gạch Gồ Công Hải Phòng 1.2 Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất gạch tuylen 1.3 Cấu tạo cấu máy cấp liệu thùng 12 1.4 Cấu tạo băng tải 13 1.5 Cấu tạo cấu máy cán thô 14 1.6 Cấu tạo cấu máy cán mịn 15 1.7 Cấu tạo cấu máy nhào thái 16 1.8 Cấu tạo cấu máy cán mịn 17 1.9 Cấu tạo cấu máy nhào đùn ép liên hợp 19 1.10 Máy cắt gạch 20 1.11 Sơ đồ công nghệ lò nung tuylen 22 1.12 Bãi nguyên liệu đất 24 1.13 Gạch mộc băng tải 24 1.14 Gạch mộc phơi nhà kính 24 1.15 Goòng xếp gạch 24 1.16 Gạch mộc chuẩn bị lên goòng 24 1.17 Gạch mộc vào hầm sấy 24 1.18 Xe phà 25 1.19 Gạch lấy từ lò 25 1.20 Sân sản phẩm gạch mộc 25 2.1 Sơ đồ khối dây chuyền công nghệ 26 2.2 Trung tâm điều khiển 26 2.3 Kết cấu trung tâm điều khiển 27 2.4 Lƣu đồ thuật toán điều khiển dây chuyền công nghệ 29 2.5 Hệ thống cấu máy cấp liệu 30 2.6 Hệ thống máy cán thô 31 2.7 Hệ thống máy cán mịn 32 2.8 Hệ thống máy nhào thái 33 viii 2.9 Hệ thống máy cán mịn 34 2.10 Hệ thống nhào đùn ép liên hợp 35 2.11 Hệ thống máy cắt tự động 36 2.12 Hệ thống theo dõi nhiệt độ lò nung 37 2.13 Lƣu đồ thuật toán điều khiển hầm sấy 40 2.14 41 3.2 Lƣu đồ thuật toán điều khiển lò nung Lƣu đồ thuật toán định lƣợng nguyên liệu bẳng cảm biến đầy Lƣu đồ thuật toán hoạt động dây chuyền chế biến tạo hình 3.3 Tạo S7 project 54 3.4 Chọn Hardware 54 3.5 Chọn cấu hình CPU 55 3.6 Chọn modul vào/ra 55 3.7 Lƣu cấu hình phần cứng PLC 64 3.8 Biểu tƣợng WinCC 64 3.9 Cài đặt WinCC 64 3.10 Chọn công cụ WinCC 65 3.11 Tạo file 65 3.12 Biểu tƣợng file 65 3.13 Chọn chế độ Project 66 3.14 Đặt tên lƣu file vừa tạo 66 3.15 Giao diện WinCC sau tạo 66 3.16 Thao tác mở cửa sổ Tag 67 3.17 Chọn giao thức liên kết 67 3.18 Tạo liên kết cho MPI 67 3.19 Đặt tên cho liên kết 68 3.20 Thao tác mở hộp thoại thiết lập thông số liên kết 68 3.21 Hộp thoại thiết lập kết nối PLC 68 3.22 Thiết lập Tag 69 3.23 Mở hộp thoại định địa cho Tag 69 3.24 Định địa cho Tag 69 3.1 ix 49 50 3.25 Khởi tạo Picture 70 3.26 Thao tác đặt tên cho Picture 70 3.27 Cửa sổ thiết kế Picture 71 3.28 Thiết lập toolbars 71 3.29 Thiết lập chế độ view 72 3.30 Thƣ viện máy công cụ 72 3.31 Thƣ viện hình ảnh 73 3.32 Thƣ viện loại ống 73 3.33 Hệ thống sau thiết kế 74 3.34 Kết nối đối tƣợng với Tag 74 3.35 Chọn đối tƣợng đổi thuộc tính 74 3.36 Thay đổi thuộc tính đối tƣợng 75 3.37 Giao diện hình chạy mô 75 x Hoặc từ Taskbar chọn Start > All apps > Simatics Automation > WinCC Explorer: Hình 3.9: Cài đặt WINCC Sau khởi động WinCC, hộp thoại WinCC Explorer xuất hiện: Hình 3.10: Chọn công cụ WINCC Từ trình đơn, nhấp chọn biều tƣợng New: 65 Hình 3.11: Tạo file Hoặc vào File > New: Hình 3.12: Biểu tƣợng tạo file Một cửa sổ nhỏ ra, ta chọn Single-User Project: Hình 3.13: Chọn chế độ Project 66 Hộp thoại Create New Project xuất hiện, đặt tên chọn đƣờng dẫn để lƣu file cần tạo Click Create: Hình 3.14: Đặt tên lƣu file vừa tạo Cửa sổ giao diện WinCC Explorer xuất nhƣ hình dƣới: Hình 3.15: Giao diện WINCC sau khởi tạo Trong khung bên trái, nhấp click đúp click chuột phải vào mục Tag Management sau chọn Open: Hình 3.16: Thao tác mở cửa sổ Tag Management 67 Sau cửa sổ Tag Management xuất Tại đây, ta click chuột phải vào Tag Management > Add new driver > SIMATIC S7 Protocol Suite: Hình 3.17: Thao tác chọn giao thức liên kết Tiếp đó, click chuột phải vào mục MPI > New Connection: Hình 3.18: Tạo liên kết cho MPI Tiếp theo, tên mục đặt tên tùy ý: VD: S7-300_MrBinh: Hình 3.19: Đặt tên cho liên kết 68 Tiếp theo, click chuột phải vào mục đặt tên chọn Connection Parameters: Hình 3.20: Thao tác mở hộp thoại thiết lập thông số kết nối Hộp thoại Connection Parameter – MPI xuất để thiết lập thông số kết nối: Hình 3.21: Hộp thoại thiết lập thông số kết nối với PLC Các thông số phải với thông số cấu hình hệ thống để kết nối đƣợc WINCC với PLC, sau nhấp OK để hoàn thành Tạo Tag cho chƣơng trình Nhấp chọn MPI cửa sổ WinCC, nhấp chuột phải vào MrBinh.Pdl, đây, ta có giao diện để thêm Tag, chọn kiểu liệu cho Tag 69 Hình 3.22: Thiết lập Tag Tiếp theo kéo sang cột Address > click chọn vào biểu tƣợng chấm Hình 3.23: Thao tác mở hộp thoại định địa cho Tag Hộp thoại Address properties mở ra, chọn kiểu data address nhƣ bên PLC cho Tag: Hình 3.24: Hộp thoại định địa cho Tag 70 Tạo giao diện hình ảnh Trên cửa sổ WinCC Explorer, chọn Graphics Designer, từ menu chọn New picture: Hình 3.25: Khởi tạo Picture Chọn Rename picture click chuột phải vào mục để đặt tên : Hình 3.26: Thao tác đặt tên cho Picture 4.Tạo hình ảnh Click đúp vào mục vừa tạo: MrBinh.Pdl cửa sổ Graphics Designer tạo giao diện thiết kế theo quy trình 71 Hình 3.27: Cửa sổ thiết kế Picture Nếu không thấy menu công cụ ta vào: View > Toolbars chọn công cụ cần dùng: Hình 3.28: Thiết lập Toolbars cho cửa sổ Graphics Chọn mục Library để thiết lập chế độ View: Hình 3.29: Thiết lập chế độ view 72 Tại Library, thƣ viện hình ảnh máy công cụ, bơm, băng tải, van, … Chỉ cần click đúp mục có phần Library chọn mở kéo thả hình cần sử dụng vào khung giao diện Ta dùng đƣờng dẫn sau: - Máy công cụ: Global Libraly chọn Symbol Library 1.4.1 > Material Handling: Hình 3.30: Thƣ viện hình ảnh máy công cụ - Các băng tải: Global Libraly > Symbol Library 1.4.1> Conveyors, Misc: Hình 3.31: Thƣ viện hình ảnh băng tải 73 - Các loại ống dẫn: Global Libraly > Symbol Library 1.4.1 > Pipes: Hình 3.32: Thƣ viện hình ảnh loại ống Sau lựa chọn ta chỉnh sửa ghép, xếp lại theo cấu trúc hình ảnh mong muốn Nhƣ trên giao diện Graphics Designer có đƣợc giao diện dùng để giám sát, điều khiển WinCC Kết giao diện hệ thống đƣợc tạo chỉnh sửa ghép lại nhƣ sau Hình 3.33: Hệ thống sau đƣợc thiết kế 74 Tạo thuộc tính cho đối tƣợng Để đối tƣợng hình ảnh hoạt động (hình vẽ biểu trƣng) nhƣ máy, van, bơm, băng tải… hình ảnh đối tƣợng lựa chọn phải kết nối với Tag: Clich chuột phải vào đối tƣợng > Linking > Tag Connections: Hình 3.34: Kết nối đối tƣợng với Tag Tạo hiệu ứng hoạt động cho đối tƣợng đối tƣợng ta thay đổi thuộc tính Kích chuột phải vào đối tƣợng cần thay đổi > Properties: Hình 3.35: Chọn đối tƣợng thay đổi thuộc tính Hộp thoại Object Properties xuất hiện: 75 Hình 3.36: Thay đổi thuộc tính đối tƣợng Có thể thay đổi màu sắc (colors) hình dạng củađối tƣợng hộp thoại Objiect Properties: chọn flashing Background Active cột static >yes Chạy chƣơng trình mô hệ thống Sau file ảnh đƣợc tạo thuộc tính, tiến hành chạy mô Để chạy mô tranh cửa sổ WinCC Explorer nhấp phải biểu tƣợng máy tính bên phải cửa sổ nhấn chuột phải, chọn Properties Hộp thoại computer Properties mở ra, Tại khung thuộc tính Window Attributes kéo trƣợt nhấp chọn: “Title”, “Maxximize” “Adapt picture” Tại khung Start Picture, nhấp chọn Browse chọn tranh chạy sau khởi động Sau thực chạy mô phỏng, giao diện thiết kế nhƣ hình sau: 76 Hình 3.37: Giao diện hình chạy mô hệ thống 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A Kết luận Qua trình tìm hiểu nghiên cứu thực nghiệm để làm luận văn Nội dung luận văn đƣa đƣợc giải pháp ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật vào dây chuyền công nghệ sản xuất nhằm nâng cao suất, chất lƣợng sản phẩm, giảm chi phí, tiết kiệm nhiên liệu, xây dựng hệ thống sản xuất an toàn có quy trình vận hành thuận lợi, không bị gián đoạn, điều khiển linh hoạt, hạn chế cố, giới hóa hệ thống góp phần nâng cao thu nhập ngƣời lao động, phát triển kinh tế địa phƣơng Đề tài thu đƣợc số kết nhƣ: Nghiên cứu tổng quan dây chuyền công nghệ ,về nhà máy tình hình sản xuất gạch địa bàn thành phố Qua phân tích, đánh giá quy trình công nghệ sản xuất gạch tuynel nhà máy Gạch Gò Công Hải Phòng Lựa chọn đề xuất phƣơng án, giải pháp nâng cấp phù hợp với sở nhà máy, nâng cao suất, chất lƣợng sản phẩm Trong giải pháp luận văn tâp trung nghiên cứu nâng cấp số khâu dây chuyền nhƣ: - Nâng cấp hệ thống định lƣợng nguyên liệu đầu vào nhằm khắc phục nhƣợc điểm trình trộn hỗn liệu phƣơng pháp thủ công , đảm bảo điều chỉnh tỷ lệ hỗn liệu phù hợp với loại sản phẩm, nâng cao chất lƣợng - Xây dựng chƣơng trình điều khiển tự động cho dây chuyền sản xuất gạch mộc PLC S7-300 nhằm giới hóa trình sản xuất B Kiến nghị Kết đề tài sở khuyến khích nhà máy nâng cấp áp dụng kỹ thuật vào sản xuất, Đầu tƣ trang bị thiết bị tiên tiến nhƣ sử dụng Biến tần để điều khiển động giúp tiết kiệm lƣợng nâng cao hiệu suất động điện Đồng thời cải tiến nâng cấp hệ thống hầm sấy để rút ngắn thời gian phải phơi gạch nhà kính giúp ngắn thời gian hoàn thiện sản phẩm Do kiến thức thời gian hạn chế nên đề tài tránh khỏi thiếu sót Rất mong đƣợc đóng góp ý kiến Thầy Cô giáo đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện Xin trân trọng cám ơn! 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt TS Nguyễn Nhƣ Hiền , TS Nguyễn Mạnh Tùng 2007, “Điều khiển logic PLC” , Nhà xuất Khoa học tự nhiên công nghệ Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phƣớc, Vũ Văn Hà (2000), “Tự động hóa Simatic S7, 300”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật TS Nguyễn Thị Phƣơng Hà (2005), “Điều khiển tự động”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Tài liệu WinCC tiếng Việt hãng Siemens Tài liệu hƣớng dẫn thực hành PLC hãng Siemens Tài liệu nhà máy Gạch Gò Công Hải Phòng Tiếng Anh S7-300 Programmable Controller Installation and Hardware (2003) 4-Manual_WinCC_e.doc (2001), Siemens AG Một số trang Web: [9] http://www.webdien.com [10].http://www.123.doc.org [11].http://www.tailieu.vn 79 ... phát triển, thực tế dây chuyền công nghệ sản xuất gạch tuynel đề tài: “ Nghiên cứu, nâng cấp hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất gạch tuynel ” để đáp ứng nhu cầu đặt Mục đích nghiên cứu: - Khảo... quan nhà máy Gạch gò Công Hải Phòng 1.2 Tổng quan dây chuyền sản xuất 1.2.1 Dây chuyền sản xuất sản phẩm gạch tuylen Dây chuyền sản xuất gạch tuynel dây chuyền sản xuất theo công nghệ Châu Âu nhằm... liệu cung ứng cho sản xuất đất sét từ núi hệ thống máy dây chuyền công nghệ có điều chỉnh cho phù hợp so với hệ thống sản xuất nhà máy khác 11 Hệ thống dây chuyền sản xuất nhà máy Gạch Gò Công Hải