KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐỊNH LƯỢNG PHA SƠN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG CHẾ BIẾN SƠN NƯỚC

BỘ GIÁO DỤC VÀ DÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐỊNH LƯỢNG PHA SƠN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG CHẾ BIẾN SƠN NƯỚC Họ tên sinh viên: VÕ HUY THỊNH Ngành hoc: ĐIỀU KHIỂN TỰ DỘNG Niên khoá: 2007-2011 Tháng 6/2011 KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐỊNH LƯỢNG PHA SƠN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG CHẾ BIẾN SƠN NƯỚC Tác giả VÕ HUY THỊNH Khoá luận đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành Điều Khiển Tự Động Giáo viên hướng dẫn: ThS: NGUYỄN BÁ VƯƠNG Tháng năm 2011 i LỜI CẢM ƠN Lời em cảm ơn thầy cô Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh truyền đạt cho em kiến thức bổ ích suốt thời gian học tập trương Em xin gởi lời cảm ơn đến môn Điều Khiển Tự Động tồn thể thầy Khoa Cơ Khí giảng dạy kiến thức chuyên môn để em thực đề tài Đặc biệt, trình thực đề tài nhà máy sơn Petrolimex Paints em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hướng dẫn giáo viên hướng dẫn làm đề tài ThS Nguyễn Bá Vương ThS Nguyễn Văn Cơng Chính Một lần em xin cảm ơn thầy cô bạn lớp giúp đỡ em thực đề tài Kính chúc Thầy Cơ sức khỏe thành đạt sống TP.HCM, tháng năm 2011 Sinh viên thực Võ Huy Thịnh ii TĨM TẮT Mỗi q trình sản xuất sử dụng lượng nguyên, nhiên liệu ban đầu để sản xuất sản phẩm mong muốn Bên cạnh sản phẩm, trình sản xuất đồng thời phát sinh chất thải Khác với cách tiếp cận truyền thống môi trường xử lý chất thải phát sinh, sản xuất (SXSH) hướng tiếp cận hướng tới việc tăng hiệu suất sử dụng tài nguyên, giảm thiểu phát thải tổn thất môi trường Chính vậy, việc áp dụng dây chuyền sản xuất tự động nhằm tăng suất, chất lượng đồng thời kiểm soát chặt chẽ, giảm thiểu lượng chất thải môi trường ý đầu tư nhiều lĩnh vực sản xuất, đặc biệt ngành sản xuất sơn Trên tinh thần đó, Cơng ty trách nhiệm hữu hạn thành viên (TNHH MTV) Sơn Petrolimex vừa nhập dây chuyền sản xuất sơn nước hoàn tồn tự động từ châu Âu, với qui trình cơng nghệ xanh, không chứa thành phần gây ảnh hưởng đến sức khỏe môi trường sinh thái Việc khảo sát, tìm hiểu cách đầy đủ hệ thống để làm chủ cơng nghệ, điều hành cơng tác bảo trì, sửa chữa sau cần thiết đặt Xuất phát từ nhu cầu đó, đề tài “Khảo sát hệ thống định lượng pha sơn tự động hệ thống chế biến sơn nước Nhà máy Sơn Petrolimex” tiến hành nhằm mục đích: khảo sát, tìm hiểu hệ thống định lượng pha sơn tự động hệ thống chế biến sơn nước, phân tích, đề nghị giải pháp cải tiến cho phù hợp với điều kiện sản xuất thị trường Việt Nam Sau trình thực hiện, đề tài đạt kết sau:  Nắm bắt quy trình sản xuất sơn nước  Kết khảo sát phân tích kết cấu, nguyên lý hoạt động hệ thống thành phần toàn dây chuyền sản xuất  Kết khảo sát hệ thống tự động sử dụng dây chuyền  Đề xuất giải pháp cải tiến iii MỤC LỤC TRANG TỰA i  LỜI CẢM ƠN ii  TÓM TẮT iii  MỤC LỤC .iv  Chương MỞ ĐẦU 1  2.1.  Đặt vấn đề 1  2.2.  Mục tiêu đề tài 2  2.3.  Giới hạn đề tài 2  Chương TỔNG QUAN 3  2.1.  Sơ lược nhà máy Sơn Petrolimex 3  2.2.  Sản xuất sơn hệ nước 4  2.2.1.  Khái niệm sơn 4  2.2.2.  Nguyên liệu sơn 4  2.2.3.  Quy trình sản xuất sơn nước 5  2.3.  Các thiết bị dây chuyền sản xuất sơn nước 6  2.3.1.  Máy khuấy trộn (Mixer) 6  2.3.2.  Máy phân tán (Disperser/Dissolver) 8  2.3.3.  Máy khác trình sản xuất sơn 8  2.4.  Thiết bị đo lực cân tự động 9  2.4.1.  Nguyên lý Loadcell 9  2.4.2.  Phân loại Loadcell [5] 11  2.4.3.  Ứng dụng loadcell đo lường 13  2.4.4.  Loadcell cân bồn tỉnh 14  2.4.5.  Loadcell cân bồn khuấy trộn 15  2.5.  Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu (SCADA) 15  Chương PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 18  3.1.  Thời gian nghiên cứu .18  3.2.  Đối tượng nghiên cứu 18  3.3.  Phương pháp thực 18  3.4.  Phương tiện thưc 18  Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 20  4.1.  Quy trình sản xuất sơn nhũ tương gốc nước Nhà máy Sơn Petrolimex .20  4.2.  Giới thiệu dây chuyền thiết bị sản xuất sơn nhũ tương gốc nước Nhà máy Sơn Petrolimex 22  4.2.1.  Sơ đồ hệ thống thiết bị 22  4.2.2.  Sơ đồ hệ thống SCADA điều khiển hoạt động dây chuyền thiết bị 24  4.2.3.  Quá trình định lượng 30  4.3.  Q trình điều khiển cơng đoạn phân tán .31  4.4.  Q trình điều khiển cơng đoạn phối trộn 35  iv Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 38  5.1.  Kết Luận 38  5.2.  Đề nghị : 38  TÀI LIỆU THAM KHẢO 40  A.  Tài liệu nước 40  B.  Tài liệu nước 40  C.  Trang web 40  PHỤ LỤC .41  v DANH SÁCH HÌNH   Hình 2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất sơn nhũ tương gốc nước [2] 5  Hình 2.2 Các dạng cánh khuấy 6  Hình 2.3 Các dạng máy khuấy 7  Hình 2.4 a)Máy khuấy đơn mẻ; b) Máy khuấy liên tục 7  Hình 2.5: Các dạng máy cánh phân tán 8  Hình 2.6: Mối tương quan lực biến dạng 9  Hình 2.7: Phương pháp đo lực đơn giản 10  Hình 2.8 Cấu tạo loadcell 11  Hình 2.9 Cầu Wheatstone cơng thức tính .11  Hình 2.10 Canister Loadcell .11  Hình 2.11 Bending Beam Loadcell 12  Hình 2.12: Double-Ended Bending Beam Loadcell .12  Hình 2.13: S- Beam Loadcell 13  Hình 2.14: Sơ đồ khối ứng dụng loadcell đơn giản 13  Hình 2.15: Ứng dụng Loadcell cân bồn tỉnh 14  Hình 2.16: Loadcell chuyên dụng cho cân bồn khuấy 15  Hình 2.17: Cấu trúc hệ thống SCADA đơn giản [6] .16  Hình 4.1: Quy trình sản xuất sơn nước Nhà máy Sơn Petrolimex 20  Hình 4.2: Sơ đồ hệ thống thiết bị sản xuất sơn nhũ tương gốc nước Nhà máy Sơn Petrolimex 23  Hình 4.3: Sơ đồ hệ thống SCADA .25  Hình 4.4: Một phần giao diện phần mềm SCADA 27  Hình 4.5: Một số PLC, biến tần, relay khởi động từ hệ thống .27  Hình 4.6: Giao diện đầu .28  Hình 4.7: Giao diện lưu báo lỗi hệ thống 28  Hình 4.8: Giao diện đồ thị trình 29  Hình 4.9: Giao diện thiết lập cơng thức .29  Hình 4.10: Nguyên lý cấu tạo máy phân tán đa trục DS1 .32  Hình 4.11: Hình ảnh thực tế máy phân tán đa trục DS1 .33  Hình 4.12: Giao diện HMI máy phân tán đa trục DS1 34  Hình 4.13: Nguyên lý cấu tạo bồn khuấy MT1 36  Hình 4.14: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo kết nối đường ống từ DS1 đến MT1÷MT8 36  Hình 4.15: Hình ảnh thực tế hệ thống máy khuấy MT1÷MT8 37  Hình : Sơ đồ lắp đặt loadcell DS-1 41  Hinh : Bồn LPS-1   Hình : Sơ đồ lắp đặt loadcell   Hình : Cấu tạo bồn MT-3 , MT-4   Hinh : Vị trí lắp loadcell MT-3, MT-4   Hình : Cấu tạo bồn MT-7 , MT-   vi Hình Sơ đồ công nghệ sản xuất sơn dung môi   vii Chương MỞ ĐẦU 2.1 Đặt vấn đề Ngành sản xuất sơn Việt Nam hình thành từ năm 30 kỷ XX, từ sở dầu thực vật dầu lanh, dầu chẩu, dầu cao su sẵn có nước Ở thời kỳ này, sản lượng sơn ít, chủng loại hạn chế, sản phẩm chủ yếu sơn dầu cung cấp cho lĩnh vực xây dựng Đến nay, từ chỗ sản xuất vài loại sơn thông dụng, chất lượng thấp, ngành sản xuất sơn Việt Nam sản xuất nhiều loại sơn đặc chủng, có chất lượng cao sơn trang trí, sơn dân dụng, sơn dầu, sơn nước, sơn nhũ tương, sơn bột,…và loại sơn kỹ thuật sơn môi trường nước biển (sơn tàu biển, dàn khoan), sơn giao thông (sơn mặt đường, sơn phản quang), sơn chống thấm, sơn chịu nhiệt phục vụ cho yêu cầu đặc thù thị trường Cùng với phát triển mạnh công nghệ để đáp ứng nhu cầu đa dạng thực tế sản xuất, việc ứng dụng hệ thống thiết bị đại, đặc biệt áp dụng dây chuyền sản xuất tự động, ngành sơn nước đầu tư lớn nhằm mục đích nâng cao hiệu sản xuất thuận lợi chuyển đổi sản xuất theo dòng sản phẩm Hiện nay, đa số dây chuyền nhập từ nước ngoài, sở khí nước chưa đáp ứng Tuy nhiên việc nghiên cứu nắm bắt công nghệ, kỹ thuật dây chuyền sản xuất bước chuẩn bị ban đầu để đưa sản xuất nước nhà tiếp cận với công nghệ giới, làm sở tiến xa tương lai Được cho phép khoa Cơ khí – Cơng nghệ trường đại học Nơng Lâm thành phố Hồ Chí Minh, hướng dẫn thầy thạc sỹ Nguyễn Bá Vương, thực đề tài: “Khảo sát hệ thống định lượng pha sơn tự động hệ thống chế biến sơn nước Nhà máy Sơn Petrolimex” 2.2 Mục tiêu đề tài Khảo sát hệ thống định lượng pha sơn tự động hệ thống chế biến sơn nước Nhà máy Sơn Petrolimex Trên sở khảo sát, phân tích đánh giá hệ thống, đồng thời đề giải pháp cải tiến cho phù hợp với điều kiện sản xuất Việt Nam 2.3 Giới hạn đề tài Vì dây chuyền thiết bị nhà máy Sơn Petrolimex trình sản xuất, đồng thời thời gian thực đề tài có hạn nên đề tài giới hạn nội dung: - Chỉ khảo sát chi tiết phận dễ tiếp cận - Việc bố trí, theo dõi q trình điều khiển thực theo kế hoạch sản xuất chung nhà máy Nắp cấp liệu tay sử dụng máng cấp liệu tự động gặp cố nạp nguyên liệu với khối lượng nhỏ, ngồi q trình sản xuất sử dụng để quan sát lấy mẫu Vỏ bồn gồm lớp, có nước làm mát nhằm mục đích hệ thống điều khiển nhiệt độ phân tán bồn thông qua việc ngưng/cấp nước giải nhiệt áo giải nhiệt Loadcell sử dụng để định lượng xác thành phần đưa vào bồn, lắp đặt góc lệch 120o Cánh khuấy làm nhiệm vụ trộn vận tốc tiếp tuyến nhỏ 16m/s làm nhiệm vụ phân tán vận tốc tiếp tuyến lớn 20m/s Cánh vét bên cạnh nhiệm vụ trộn cánh khuấy có chức vét ngun liệu q trình khuấy bị lắng xuống đáy bồn dính thành bồn nhằm vệ sinh bồn Motor chịu trách nhiệm điều khiển hoạt động cánh khuấy cánh vét Máng cấp liệu tự động nạp nguyên liệu vào bồn thơng qua vít tải Hình 4.11: Hình ảnh thực tế máy phân tán đa trục DS1 Bồn phân tán có dung tích 5m3 tải trọng lên đến 12 Tốc độ quay cánh phân tán từ 100 đến 1450 vòng/phút, vận tốc tiếp tuyến cánh từ đến 30m/s Quy trình sản xuất mill-base : tùy theo loại sơn mà có cơng thức quy trình khác Trong đề tài ví dụ có cơng thức/quy trình sản xuất mill-base bảng dưới: 33 Thành phần hóa học khối lượng (kg) Công đoạn muối ủ Nước 2000 nhựa Latex 2000 TouchDisper CaCO3 2000 TiO2 3000 Cao lanh 1000 Ngưng máy ủ nhiệt độ 50-55 oC Chạy máy Nạp từ từ chạy máy với tốc độ khuấy trộn 500v/p, với nhiệt độ ≤55 oC Công đoạn phân tán Mở máy chạy máy với tốc độ phân tán 1400v/p, với nhiệt độ ≤55 oC Cho tới độ mịn hạt ≤15µm Khi cài đặt công thức vào hệ thống SCADA giao diện hình 4.9 Sau gởi liệu công thức vào nhớ HMI PLC cách lựa chọn công thức nhấn nút “Send of data to PLC” Khi có đủ nguyên liệu bột hopper, phụ gia, nhựa nước bồn chứa Lúc cho máy chạy, cách khởi động máy giao diện HMI hình 4.12 Chọn chế độ Automatic chọn tên cơng thức (VD: G124M) sau chọn OK, máy tự động cân định lượng, tự động điều chỉnh nhiệt độ… hoàn thành     Hình 4.12: Giao diện HMI máy phân tán đa trục DS1 Trong trình chạy, nguyên liệu nước máy bật bơm từ bồn nước đồng thời mở van nước vào bồn phân tán DS1, gần đạt khối lượng cần thiết bơm giảm tốc độ, đồng thời van đóng/mở liên tục khối lượng đạt 34 Tương tự vậy, hóa chất phụ gia hay nhựa định lượng Riêng với ngun liệu bột, vít tải chuyển bột từ hopper xuống bồn phân tán, tới gần đạt khối lượng vít tải chạy chậm đạt khối lượng Nhận xét: ưu điểm hệ thống là, nạp định lượng lúc khuấy trộn phân tán, đảm bảo trình đồng sản phẩm tạo sản phẩm chất lượng tốt Hệ thống hồn tồn kín, khơng bốc mùi, bay gây nhiễm mơi trường, vi khuẩn khó sâm nhập vào hệ thống Giảm thiểu lao động thủ cơng Hệ thống kiểm sốt điều khiển nhiệt độ, định lượng xác đảm bảo chất lượng ổn định tốt so với hệ thống thủ cơng 4.4 Q trình điều khiển cơng đoạn phối trộn Công đoạn thực bồn khuấy MT1 đến MT8 Hình 4.13 cấu tạo bồn MT1 Sau hoàn thành mill-base, tùy theo số lượng, dung tích loại sơn thành phẩm mà bơm mill-base từ DS1 sang bồn MT1÷MT8 Hình 4.14 thể mối tương quan kết nối DS1 với MT1÷MT8 35 Nắp cấp liệu tay Cánh khuấy Cánh vét Loadcell Motor Vỏ bồn T-1:.Đường ống dẫn nước T-2 : Đường ống dẫn hóa chất LPS-1 : Đường ống dẫn phụ gia DS-1 : Đường ống dẫn mill-base Hình 4.13: Nguyên lý cấu tạo bồn khuấy MT1   Hình 4.14: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo kết nối đường ống từ DS1 đến MT1÷MT8   36      Hình 4.15: Hình ảnh thực tế hệ thống máy khuấy MT1÷MT8 Tại cơng đoạn này, cài cơng thức vào hệ thống SCADA, sau gửi liệu đến PLC giao diện HMI để khởi động cho máy Quá trình điều khiển tự động định lượng bồn khuấy tương tự bồn phân tán DS1 Nhận xét: ưu điểm hệ thống nạp định lượng lúc khuấy trộn pha loãng, đảm bảo trình đồng sản phẩm tạo sản phẩm chất lượng tốt Hệ thống hoàn toàn kín, khơng bốc mùi, bay gây nhiễm mơi trường vi khuẩn xâm nhập vào hệ thống, giảm thiểu lao động thủ công Hệ thống kiểm sốt điều khiển định lượng xác đảm bảo chất lượng ổn định tốt so với hệ thống thủ công Thời gian pha màu nhanh so với pha màu thủ công 37 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết Luận Sau thời gian thực đề tài, rút kết luận sau: - Đề tài hoàn thành mục tiêu đề ban đầu khảo sát hệ thống định lượng pha sơn tự động hệ thống chế biến sơn nước nhà máy sơn Petrolimex - Kết khảo sát cho thấy hệ thống định lượng pha sơn nói chung dây chuyền sản xuất sơn nước nói riêng nhà máy sơn Petrolimex hoạt động ổn định, xác, thuận lợi cho đội ngũ vận hành - Việc ứng dụng hệ SCADA điều khiển giám sát mang lại nhiều hiệu kỹ thuật, kinh tế xã hội: + Chất lượng sản phẩm ổn định, suất hiệu suất sản xuất cao loại bỏ số nguyên nhân ảnh hưởng đến sản xuất như: tay nghề, sức khỏe, tác phong tính chủ quan người cơng nhân + Giảm thiểu ảnh hưởng mơi trường, hóa chất hầu hết truyền tải đường ống, thiết bị kín + Giải phóng tối đa sức lao động người + Phát xử lý nhanh cố dây chuyền sản xuất Trong trình thực đề tài này, em có nỗ lực để thực tốt đề tài khơng mắc thiếu sót định Vì em mong đươc góp ý q thầy bạn để đề tài hồn thiện để rút kinh nghiệm cho công việc sau 5.2 Đề nghị : Trong trình sản xuất sơn có nhiều mill-base, để giảm thiểu hao hụt thay đổi mill-base linh hoạt trình sản 38 xuất Nhà máy Sơn Petrolimex nên đầu tư thêm hệ thống bồn lưu trữ mill-base tương ứng Để mill-base đảm bảo chất lượng bồn lưu trữ millbase phải có cánh khuấy để chống lắng thời gian dài; phải có nắp kín đường ống kín để tránh bị nhiễm vi sinh, nấm mốc 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tài liệu nước [1] DƯƠNG THẾ HY – Bài giảng: Công nghệ sơn – vecni, khoa hóa, ĐH Bách Khoa, Đà Nẵng [2] HỢP PHẦN SẢN XUẤT SẠCH HƠN TRONG NGÀNH SƠN MỰC IN – Chương trình hợp tác phát triển Việt Nam – Đan Mạch môi trường, Bộ Công thương, Hà Nội, 2009 [3] ĐOÀN THỊ THU LOAN – Bài giảng: Kỹ thuật hóa học hữu cơ, khoa hóa, ĐH Bách Khoa, Đà Nẵng B Tài liệu nước [4] DIETER STOYE, WERNER FREITAG (Second Editors) – Paints, Coatings and Solvents, WILEY-VCH, Weinheim, New York, 1998 [5] LOAD CELL HANDBOOK, A Comprehensive Guide to Load Cell Theory, Construction and Use, Rice Lake WEICHING SYSTEM, USA, 2008 [6] Bentley System, Incorporated “The Fundamentals of SCADA”, 2006 C Trang web http://www.google.com http://www.loadcelltheory.com/loadCellTheory.html http://www.anyload.ca 40 PHỤ LỤC A Vị trái lặp đặt loadcell cấu tạo bồn LPS-1 , MT-3 MT-4 , MT-7 MT- Vị trí lắp loadcell bồn MT-1 Hình : Sơ đồ lắp đặt loadcell DS-1 Bồn LPS-1 : i Cấu tạo nhiệm vụ Bồn LPS-1 nhận phụ gia từ bồn phụ gia đinh lượng sau chuyển lương phụ gia vào DS1 41 Hinh : Bồn LPS-1 Bồn MT1 :  Vị trí lắp đặt loadcell : Hình : Sơ đồ lắp đặt loadcell MT3-MT4: i Cấu tạo Hình : Cấu tạo bồn MT-3 , MT-4 Cánh vét 2.Loadcell 3.Cánh khuấy Vỏ bồn Nắp nạp liệu tay T-1:.Đường ống dẫn nước T-2 : Đường ống dẫn hóa chất LPS-1 : Đường ống dẫn phụ gia DS-1 : Đường ống dẫn chất ( Paste ) ii Chức nguyên lý hoạt động : Các phận cấu tạo MT-3 , MT-4 có chức giống bồn MT-1 Chỉ khác cách lắp đặt loadcell theo Hinh , thể tích bồn V= 2-6m3 Hinh : Vị trí lắp loadcell MT-3, MT-4 MT7-MT8 i Cấu tạo : Hình : Cấu tạo bồn MT-7 , MT- 8    Cánh vét 2.Loadcell 3.Cánh khuấy Vỏ bồn Nắp nạp liệu tay T-1:.Đường ống dẫn nước T-2 : Đường ống dẫn hóa chất LPS-1 : Đường ống dẫn phụ gia DS-1 : Đường ống dẫn chất ( Paste ) ii Nhiệm vụ nguyên lý hoạt động cách bố trí loadcell Giống MT-3 MT-4 Sơ đồ quy trình sản xuất sơn : Hình Sơ đồ công nghệ sản xuất sơn dung môi ... biệt áp dụng dây chuyền sản xuất tự động, ngành sơn nước đầu tư lớn nhằm mục đích nâng cao hiệu sản xuất thuận lợi chuyển đổi sản xuất theo dòng sản phẩm Hiện nay, đa số dây chuyền nhập từ nước... chuyền thiết bị sản xuất sơn nhũ tương gốc nước Nhà máy Sơn Petrolimex 22  4.2.1.  Sơ đồ hệ thống thiết bị 22  4.2.2.  Sơ đồ hệ thống SCADA điều khiển hoạt động dây chuyền... phân tích kết cấu, nguyên lý hoạt động hệ thống thành phần toàn dây chuyền sản xuất  Kết khảo sát hệ thống tự động sử dụng dây chuyền  Đề xuất giải pháp cải tiến iii MỤC LỤC TRANG TỰA