Nghiên cứu ứng dụng của PLC trong hệ điều khiển máy nhựa ép phun

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM THỊ THẢO ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA PLC TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN MÁY NHỰA ÉP PHUN CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ XNCN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN VĂN KHANG H NI - 2004 Luận văn cao học - - Phạm Thị Thảo mục lục Nội dung Trang Danh mục hình vẽ .4 Mở Đầu ch-ơng 1:tổng quan công nghệ ép .6 Ch-ơng 2:công nghệ trang thiết bị máy nhựa ép phun 11 2.1:Giới thiệu 11 2.1.1: Phân loại máy nhựa ép phun 11 2.1.2: Các nguyên liệu thông dụng gia công máy ép phun 12 2.2: Công nghệ sơ đồ khối 13 2.2.1: Các khâu công nghệ .13 2.2.2:Yêu cầu điều khiển .15 2.2.3: Nguyên lý hoạt ®éng thủ lùc cđa m¸y nhùa Ðp phun………… 17 2.3: Trang thiết bị máy nhựa ép phun 20 2.3.1: Các cấu thuỷ lực 20 2.3.2: Các thiết bị khí 23 ch-ơng 3:thiết kế hệ thống điều khiển 34 3.1: Trang thết bị điều khiển 34 3.2:Yêu cầu thiết kế điều khiển 35 3.2.1: Các yêu cầu chế độ an toàn35 3.2.2: Yêu cầu hành trình điều khiển36 3.2.3: Thiết kế điều khiển van dầu 39 3.2.4: Thiết kế điều khiển động bơm dầu 40 3.2.5: Chọn ph-ơng án điều khiĨn………………………………………… 43 3.2.6: TÝnh chän thiÕt bÞ …………………………………………………… 44 3.2.7: Xây dựng cấu hình ph-ơng án điều khiển.49 G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Luận văn cao học - - Phạm Thị Thảo ch-ơng 4:Ch-ơng trình điều khiển giám sát 51 4.1:Ch-ơng trình điều khiển.51 4.1.1:Bố trí vào PLC 51 4.1.2:Bố trí đầu vào analog 53 4.1.3: L-u đồ ch-ơng trình điều khiển.53 4.2: Ch-ơng trình giám sát .62 4.2.1: L-u đồ ch-ơng trình giám s¸t…………… …………………………62 4.2.2: ThiÕt kÕ giao diƯn …………………………………………………… 64 Phơ lục ch-ơng 4:Ch-ơng trình điều khiển75 Kết luận 100 TàI liệu tham khảo 102 G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Luận văn cao học - - Phạm Thị Thảo Danh mục hình vẽ T Ký hiệu Tên hình Trang T H2.1 Máy ép phun trục vít 11 H2.2 Sơ đồ khối khâu công nghệ 13 H2.3 Thiết bị gia nhiệt máy ép nhựa 14 H2.4 ép định hình sản phẩm 15 H2.5 Sơ đồ cấu trúc máy ép nhựa 16 H2.6 Quá trình ép nhựa tiếp liệu 19 H2.7 Hoạt động thuỷ lực máy nhựa ép phun 21 H2.8 CÊu tróc van tiÕt l-u 23 H2.9 Sơ đồ khí tay kìm đóng khuôn 24 10 H2.10 Thiết bị gia nhiệt xilanh 25 11 H2.11 PhƠu tiÕp liƯu cã hƯ thèng sÊy kh« 30 12 H3.1 Sơ đồ cấu trúc máy ép nhựa 36 13 H3.2 Điêù khiển van áp suất tốc độ 40 14 H3.3 15 H3.4 PLC CPM2A 45 16 H3.5 KÕt nèi PLC qua cæng RS232 kÕt nèi 1:1 49 17 H3.8 Sơ đồ khối hệ điều khiển 50 18 H4.1 Bố trí đầu vào PLC 51 19 H4.2 Bố trí đầu PLC 52 20 H4.3 Bố trí đầu vào analog 53 Sơ đồ khởi động động mạch bảo vệ liên động G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang 42 Luận văn cao học - - Phạm Thị Thảo Mở Đầu Nhựa sản phẩm nhựa đ-ợc sử dụng rộng rãi công nghiệp nh- sống hàng ngày Sản phẩm nhựa đ-ợc sử dụng làm vỏ linh kiện, thiết bị máy móc có nhiều đặc tính tốt nh- chi phí thấp, nhẹ, cách điện tốt Những thiết bị sinh hoạt đồ dùng gia đình nhựa chiếm số l-ợng lớn nh-: bàn ghế nhựa, vỏ tivi , đài, đồ dùng nhựa vừa rẻ, vừa gọn, không cồng kềnh, đắt tiền nh- vật liệu khác nhựa đ-ợc sử dơng nhiỊu, réng r·i mäi lÜnh vùc v× vËy nghành công nghiệp sản xuất nhựa nghành quan trọng kinh tế quốc dân Nhựa sản phẩm phản ứng trùng hợp có khối l-ợng phân tử lớn từ hàng trăm nghìn đến hàng triệu đơn vị cacbon Từ loài ng-ời sản xuất đ-ợc nhựa, chất dẻo nh- PVC, PE dến có b-ớc tiến nhảy vọt kỹ thuật sản xuất nhựa, kỹ thuật sản suất vật liệu cao phân tử , polime sản phẩm nhựa thay vật liệu khác, chẳng hạn nh- kim loại vừa vừa đất tiền mà tính nhiều không -u việt nhựa Trong yêu cầu kỹ thuật, nhựa vật liệu thiếu đ-ợc, thay đ-ợc Khi công nghệ sản xuất nhựa đơn giản đến có công nghệ sản xuất đại tiên tiến hoàn toàn tự động nh- điều khiển lập trình máy tính hay điều khiển lôgic khả trình (PLC) Qua khẳng định nhựa sản phẩm thiết yểu để dùng công nghiệp còng nh- cc sèng cđa ng-êi G.V h-íng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Luận văn cao học - - Phạm Thị Thảo ch-ơng tổng quan công nghệ ép nhựa Cách 160 năm ng-ời ta dùng ph-ơng pháp đùn thổi vật liệu có độ nhớt cao Lần sử dụng ph-ơng pháp để gia công sản phẩm từ kim loại màu, sản xuất ni lông gạch xây dựng Tr-ớc tiên ng-ời ta dùng máy ép pittông truyền động sức ng-ời Vào kỷ 19, Anh Đức, máy ép pittông đ-ợc chế tạo hoàn chỉnh chuyển từ truyền động sức ng-ời sang truyền động học thuỷ lực học Máy ép pittông làm việc với chu kỳ không liên tục nên gia công đ-ợc sản phẩm nhỏ, ngắn đơn giản Để đáp ứng yêu cầu phát triển xã hội, sản phẩm chế tạo lớn hơn, phức tạp nên ng-ời ta chế tạo máy trục vít sử dụng để gia công chất dẻo Từ kỷ 20 đến nay, máy trục vít đ-ợc hoàn thiện không ngừng Từ máy học tuý đến máy thuỷ lực vµ ngµy thủ lùc hoµn toµn ViƯc gia nhiƯt cho máy không ngừng phát triển, từ n-ớc thay hoàn toàn điện Về hình thức máy không ngừng đ-ợc cải tiến để phù hợp víi thÈm mü cđa ng-êi ViƯc khèng chÕ c¸c thông số kỹ thuật đ-ợc tự động hoá đặc biệt tự động hoá trính sản xuất, giải phóng sức lao động ng-ời Trong khoảng thời gian không dài với lịch sử phát triển ng-ời, nghành chế tạo máy gia công vật liệu dẻo đ-ợc b-ớc dài Ngày máy gần nh- đáp ứng đầy đủ ý muốn ng-ời, ng-ời chế tạo sử dụng phải không ngừng hoàn thiện đến tối đa Trong trình thiết kế hoàn chỉnh máy ép đúc d-ới áp suất, nhà nghiên cứu di sâu vào lĩnh vực tự động hoá, tăng công suất máy theo vật đúc, tăng c-ờng thông số kỹ thuật kinh tế máy song gặp nhiều khó khăn Mãi đến xuất loại máy ép đúc có phận dẻo hoá G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Luận văn cao học - - Phạm Thị Thảo sơ vật liệu có tính kỹ thuật cao từ dó đ-a nghành chế tạo máy ép đúc tiến lên b-ớc lớn Trọng l-ợng vật đúc tăng rõ rệt Từ năm 1950 Mỹ sản xuất loại máy ép đúc d-ới áp suất có trọng l-ợng 8,5kg Pháp tới 12 kg Từ máy ép đúc d-íi ¸p st kiĨu trơc vÝt còng xt hiƯn M¸y Ðp ®óc kiĨu trơc vÝt ®êi cho phÐp ®óc sản phẩm từ loại vật liệu máy ép kiểu pittông không không sản xuất đ-ợc Máy ép đúc d-ới áp suất kiểu trục vít cho phép điều chỉnh chế độ kỹ thuật trình đúc Tính -u việt máy ép đúc d-ới áp st kiĨu trơc vÝt lµ lÜnh vùc sư dơng rÊt rộng Trọng l-ợng vật đúc máy ép đúc có phận dẻo hoá sơ đạt tới 30kg Vật liệu gia công máy ép đúc d-ới áp suất kiểu trục vít d-ới áp suất đ-ợc làm mềm đến trạng thái chảy nhớt xilanh phun làm lạnh khuôn (đối với nhựa nhiệt dẻo) gia nhiệt khuôn (đối với nhựa nhiệt rắn) Nhiệt độ xilanh khuôn đ-ợc điều chỉnh phụ thuộc tính chất vật liệu áp suất đúc phụ thuộc vào hình dáng thể tích đúc Quá trình ép, hiểu trình gia công mà vật liệu đ-ợc dẻo hoá sơ nung nóng sơ bộ, đ-ợc tạo viên, đ-ợc định l-ợng vào khoang khuôn , sau nhiệt độ dủ xác định sau khuôn đóng d-ới áp lực vật liệu ép đ-ợc tiến hành tạo l-ới thành sản phẩm Trong trình ép, l-ợng vật liệu đ-ợc định l-ợng vào khuôn ảnh h-ởng đến chất l-ợng sản phẩm, có khả định l-ợng xác cần phải thực nh- tránh đ-ợc gia công bổ trợ Vật liệu dẫn đến sản phẩm bị xốp, nhiều liều l-ợng gây baria không cần thiết Có hai cách định l-ợng th-ờng đ-ợc sử dụng là: * Định l-ợng theo thể tích: Ph-ơng pháp dễ thực nên hay đ-ợc sử dụng Tuy nhiên điều quan trọng tr-ờng hợp mật độ nóng chảy vật liệu phải ổn định, khuynh h-ớng vón cục phải nhỏ Có nhthế đảm bảo cho việc điền đầy cốc đong vật liệu đ-ợc đơn giản việc G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang - - Luận văn cao học Phạm Thị Thảo định l-ợng vào khuôn ổn định, dao động vật liệu định l-ợng loại trừ Xong ph-ơng pháp có hạn chế sử dụng nó, khoảng thời gian định l-ợng cần phải ngắn trình đổ vật liệu vào khoang khuôn, vật liệu tiếp xúc với phần nóng khuôn bắt đầu trình tạo l-ới, không nên đổ vật liệu vào ô khuôn theo thứ tự lần l-ợt khuôn có nhiều ô * Định l-ợng theo khối l-ợng: Ph-ơng pháp cho ta cách định l-ợng xác song chi phí nhiều ph-ơng pháp Ph-ơng pháp chủ yếu dùng cho việc gia công ép vật liệu có chất phối hợp thô nhsợi, vải vụn, giấy vụn, mà ph-ơng pháp định l-ợng theo thể tích không thực hịên xác đ-ợc Nếu vật liệu có mật độ ổn định (độ tơi xốp) với ph-ơng pháp tránh đ-ợc dao động điền đầy Dẻo hoá sơ Ph-ơng pháp đ-ợc sử dụng vòng 10-15 năm công nghệ ép chất dẻo nhiệt cứng Thiết bị dẻo hoá sơ thực chất giống nh- cụm dẻo hoá máy đúc phun Chỉ có điều vật liệu dẻo hoá sơ đ-ợc định l-ợng vào khuôn ép, -u điểm thiết bị dẻo hoá sơ trục vít chỗ việc tăng khả năng, dung l-ơng máy ép bảo vệ đ-ợc khuôn ép nhờ tính chất chảy đ-ợc hoàn thiện liệu mài mòn bé Trong trình ép không cần đến thoát khí trình dẻo hoá chất dễ bay bị loại ra, nh- chất l-ợng bề mặt sản phẩm tốt Thiết bị dẻo hoá sơ gá lắp với dây chuyền ép phun Tuỳ thuộc vào khoảng thời gian tạo l-ới sản phẩm, thiết bị dẻo hoá s¬ bé cã thĨ cung cÊp vËt liƯu cho nhiỊu m¸y Ðp cïng mét lóc G.V h-íng dÉn: TS Ngun Văn Khang Luận văn cao học - - Phạm Thị Thảo Nguyên công ép Trong phần ta nhắc đến trình ép, vật liệu ép thuận tiện cho việc tạo l-ới đ-ợc đổ vào khuôn có nhiệt độ phù hợp sau tạo l-ới đ-ợc hình thành d-ới áp lực vị trí khởi hành khuôn đ-ợc mở để đổ vật liệu vào khoang khuôn, hành trình đóng khuôn cần đ-ợc thực thời gian ngắn để cho thời gian tạo l-ới không áp lực vật ngắn tốt D-ới tác dụng nhiệt độ phần tử nung cấp, nhiệt độ vật tăng dần đến nhiệt độ cần thiết, khoảng thời gian định, trình tạo l-ới đ-ợc xảy sản phẩm đông cứng lại Quá trình tạo l-ới kết thúc, khuôn đ-ợc mở ra, sản phẩm đ-ợc tách khỏi khuôn Sau sản phẩm đ-ợc tách khỏi khuôn, cần thiết phải làm khuôn, sau trình gia công lại tiếp tục nguyên công đổ vật liệu vào khuôn, sản phẩm đ-ợc chế tạo cần thiết phải đ-ợc làm baria có Quá trình ép đơn giản xong thực tế phức tạp cần phải có kinh nghiệm sản xuất bổ trợ, ta nhắc đến tác dụng có ảnh h-ởng quan trọng nhất: Khâu nung sơ có ảnh h-ởng đáng kể đến thời gian tạo l-ới, đến độ mòn khuôn nh- đến chất l-ợng bề mặt sản phẩm Quá trình nung sơ tối -u làm giảm thời gian chu kỳ sản xuất tạo khả gia công đ-ợc sản phẩm có độ chênh lệch thành dày Quá trình ép chất dẻo ý nghĩa gia công ép th-ờng không kinh tế, so với đúc phun chẳng hạn Quá trình ép nhiệt dẻo tr-ớc tiên đ-ợc áp dụng để gia công dày sản phẩm có dạng khối, tr-ờng hợp sản xuất đ-ợc máy đùn máy cán ng-ời ta sử dụng nguyên công ép chủ yếu để gia công sản phẩm từ xóp chất dẻo, từ poliolêfin có phần tử l-ợng lớn (PE,PP), chất dẻo họ xenlulo Khi ép vật liệu nhiệt dẻo có dạng hạt bột đ-ợc đổ vào khoang khuôn nóng d-ới áp lực đ-ợc nung nóng lên Sau vật liệu chảy, G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Luận văn cao học - 10 - Phạm Thị Thảo ng-ời ta tăng áp lực để không khí rời khỏi khuôn, chất đẻo đ-ợc điền đầy khoang tạo hình Sự đông cứng sản phẩm đ-ợc tiến hành d-ới áp lực nhờ tác dụng trình làm nguội Tr-ờng hợp vật liệu kết tinh độ kết tinh phụ thuộc vào tốc độ làm nguội, độ kết tinh có ¶nh h-ëng ®Õn tÝnh chÊt cđa s¶n phÈm, thêi gian làm nguội lớn với sản phẩm, khuôn cần đ-ợc làm nguội Đợt gia công tiếp theo, khuôn lại cần nung nóng Do làm nguội nung nóng chậm nên ph-ơng pháp không suất Khi sản phẩm định hình, ph-ơng pháp ép đ-ợc sử dụng với ph-ơng pháp có suất khác sản phẩm gia công đ-ợc, chẳng hạn nh- vật liệu có phần tử l-ợng lớn cần đ-ợc sử dụng sản phẩm không cần định h-ớng Thời gian, áp lực nhiệt độ đ-ợc sử dụng định đến tính chất sản phẩm đ-ợc sản xuất Sự tạo l-ới không đầy đủ tạo độ cứng thấp, gây cong vênh khỏi khuôn bề mặt xốp Còn độ cứng mức gây vết dạn chân chim bề mặt sản phẩm Độ tạo l-ới lớn tính chất học sản phẩm đ-ợc hoàn thiện, xong tính chất điện học bị giảm sút Do chất l-ợng sản phẩm cần đ-ợc kiểm tra cách liên tục thích hợp G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Luận văn cao học - 88 - G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Phạm Thị Thảo Luận văn cao học - 89 - G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Phạm Thị Thảo Luận văn cao học - 90 - G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Phạm Thị Thảo Luận văn cao học - 91 - G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Phạm Thị Thảo Luận văn cao học - 92 - G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Phạm Thị Thảo Luận văn cao học - 93 - G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Phạm Thị Thảo Luận văn cao học - 94 - G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Phạm Thị Thảo Luận văn cao học - 95 - G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Phạm Thị Thảo Luận văn cao học - 96 - G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Phạm Thị Thảo Luận văn cao häc - 97 - G.V h-íng dÉn: TS Ngun Văn Khang Phạm Thị Thảo Luận văn cao học - 98 - G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Phạm Thị Thảo Luận văn cao học - 99 - G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Phạm Thị Thảo - 100 - Luận văn cao học Phạm Thị Thảo Kết luận Kết thúc khoá học, sau thực đầy đủ yêu cầu đặt trình häc tËp cđa mét häc viªn cao häc, em cã đủ điều kiện để đ-ợc nhận làm luận văn tốt nghiệp Ngày 16 / / 2004 em đựơc trung tâm đào tạo sau đại học, khoa điện, môn tự động hoá thầy hướng dẫn giao cho đề tài Nghiên cứu ứng dụng PLC hệ điều khiển máy nhựa ép phun Sau nhận đề tài, kiến thức đ-ợc trang bị, tham khảo tài liệu khoa học kỹ thuật đ-ợc h-ớng dẫn tận tình thầy giáo tiến sỹ Nguyễn Văn Khang thầy giáo môn tự động hoá giúp em hoàn thành nhiệm vụ Đến nay, sau tháng tích cực làm việc luận văn em hoàn thành thời hạn Nội dung luận văn cuă em gồm: Ch-ơng 1: Tổng quan công nghệ ép nhựa Ch-ơng 2: Công nghệ trang thiết bị máy nhựa ép phun Ch-ơng 3: Thiết kế hệ thống điều khiển Ch-ơng 4: Ch-ơng trình điều khiển giám sát Làm luận văn tốt nghiệp nhiệm vụ quan trọng, em cố gắng nh-ng thời gian trình độ có hạn nên nội dung luận văn em tránh khỏi thiếu xót xảy ra.Vậy em kính mong thầy giáo h-ớng dẫn, môn tự động hoá bạn đồng nghiệp thông cảm đóng góp ý kiến để luận văn cúa em đ-ợc hoàn thiện G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang Luận văn cao học - 101 - Phạm Thị Thảo Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy giáo - Tiến Sỹ Nguyễn văn Khang thầy cô môn giúp em hoàn thành luận văn Hà nội ngày 15/11/2004 Học viên Phạm Thị Thảo G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang - 102 - Luận văn cao học Phạm Thị Thảo Tài liệu tham khảo Tài liệu công nghệ Máy gia công vật liệu rắn dẻo: Hồ Lê Viên- NXB Khoa học Kỹ thuật Thuỷ lực truyền động thuỷ lực: Nguyễn Văn Tràng - ĐH Bách Khoa HN Lý thuyết dẻo ứng dụng: Đặng Việt D-ơng, Lê Quang Minh Thuỷ khí động lực học ứng dụng:PGS- TS Hoàng Bá Ch5 Thuỷ lực: TS Nguyễn Tài, TS Lê Bá Sơn Thuỷ lực máy thuỷ lực: ĐH THCN Tài liệu ®iỊu khiĨn Sysmac cqm1/cpm1/cpm1a/cpm2* Programmable Controllers NT – series Support Tool for Windows 95 Opration Manual G.V h-íng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang ... nghệ ép .6 Ch-ơng 2:công nghệ trang thiết bị máy nhựa ép phun 11 2.1:Giới thiệu 11 2.1.1: Phân loại máy nhựa ép phun 11 2.1.2: Các nguyên liệu thông dụng gia công máy ép phun 12 2.2: Công nghệ... đ-ợc điều khiển nhờ điều khiển nhiệt độ H2.3: Thiết bị gia nhiệt máy ép nhựa *ép định hình: Pittông đẩy trục xoắn ép nhựa đ-ợc gia nhiệt vào lòng khuôn Kết thúc trình ép phun, trục xoắn quay, nhựa. .. Van điều khiển pittông đóng mở khuôn - Van điều khiển pittông tiến lui đài - Van điều khiển pittông bơm ép nhựa - Van điều khiển môtơ dầu - Van điều khiển pittông đẩy sản phẩm Hai van analog điều