Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho máy hàn nhựa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM VIỆT CƯỜNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHO MÁY HÀN NHỰA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM VIỆT CƯỜNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHO MÁY HÀN NHỰA Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Vũ Thị Thúy Nga Hà Nội - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, có hỗ trợ giảng viên hướng dẫn TS Vũ Thị Thúy Nga Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực chưa công bố cơng trình khác Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Trường đại học Bách khoa Hà Nội không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây q trình thực (nếu có) Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả Phạm Việt Cường MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: VAI TRỊ, NHIỆM VỤ CƠNG NGHỆ HÀN NHỰA TRONG THỰC TẾ 1.1 vai trò công nghệ hàn nhựa thực tế 1.2 Nhiệm vụ công nghệ hàn nhựa thực tế CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN NHỰA 2.1 Nhựa nguyên tắc hàn nhựa 2.1.1 Nhựa 2.1.2 Nguyên tắc hàn nhựa 2.2 Các phương pháp hàn nhựa (Plastic Welding) 2.2.1 Hàn Siêu Âm 2.2.2 Hàn laser 15 2.2.3 Hàn ma sát 22 2.2.4 Hàn gia nhiệt 29 2.2.5 Nhận xét 31 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHO MÁY HÀN NHỰA 33 3.1 Đặt vấn đề 33 3.2 Thuyết minh nguyên lý hoạt động 35 3.2.1 Chu kỳ hàn 36 3.2.2 Hệ thống gia nhiệt khống chế nhiệt 37 3.2.3 Khi xảy cố reset hệ thống: 37 3.2.4 Lưu đồ thuật toán 38 3.3 Giải pháp kỹ thuật 39 3.3.1 Xây dựng thuật toán điều khiển PID 39 3.3.2 Viết chương trình điều khiển PLC S7-1200 phần mềm TIA PORTAL 45 3.3.3 Thiết kế giao diện điều khiển WinCC 59 3.4 Chạy mô 63 3.5 Sản phẩm hàn 63 3.5.1 Túi nhựa LDPE 63 3.5.2 Túi nhựa PP 64 3.5.3 Túi màng phức hợp OPP 66 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 70 Chương 1: Vai trị, nhiệm vụ cơng nghệ hàn nhựa thực tế LỜI NÓI ĐẦU Máy hàn nhựa dùng phổ biến nhà máy sản xuất bao bì đóng gói, đơn vị sử dụng bao bì đóng gói bảo quản như: Cơng ty sản xuất bao bì nhựa Yến Phát, Cơng ty TNHH - SX Bao bì nhựa Vĩnh Phát, Cơng Ty TNHH Phân Bón Hàn Việt, … Việc ứng dụng thuật toán điều khiển cho máy hàn nhựa nâng cao chất lượng số lượng sản phẩm, đưa lại hiệu kinh tế rõ rệt cho công nghiệp nước ta Lý chọn đề tài Là doanh nghiệp thường xuyên phải đóng gói bảo quản loại sản phẩm khác sau sản xuất với số lượng lớn Hiện việc đóng gói bảo quản sản phẩm đơn vị thực phương pháp hàn gia nhiệt Quá trình điều khiển khống chế nhiệt độ cách điều khiển khởi động từ đóng/cắt nguồn cho phận gia nhiệt (theo phương pháp ON/OFF) dựa nhiệt độ đặt “bộ khống chế nhiệt” tín hiệu phản hồi (nhiệt độ thực tế) Cách thức sản xuất thực thủ cơng Tồn thao tác sản phẩm vào túi, gá vào khuân đưa vào vị trí hàn qua cửa chắn an tồn; tiếp cửa chắn an tồn đóng lại người vận hành dùng chân tác động lên bàn đạp, bàn đạp qua cấu khí ép phận gia nhiệt xuống tiến hành hàn theo thời gian công nghệ quy định; sau hết thời gian quy định, người công nhân mở cửa chắn an toàn lấy sản phẩm chuyển chặng tiếp theo, tiếp lại cho sản phẩm khác túi bảo quản tiếp tự chu trình đề thực thủ cơng Vì việc đại hóa q trình sản xuất, giảm giá thành sản phẩm, tăng suất lao động phải đảm bảo đảm yêu cầu chất lượng mối hàn tốt an toàn cho người lao động đợn vị cần thiết Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, học viên đề xuất thực Được bảo cô giáo TS Vũ Thị Thúy Nga, tác giả tiến hành nghiên cứu đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho máy hàn nhựa” Chương 1: Vai trò, nhiệm vụ công nghệ hàn nhựa thực tế Mục đích nghiên cứu - Nghiêm cứu “Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho máy hàn nhựa” - Xây dựng đầy đủ phương pháp luận để phân tích, tổng hợp, thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho máy hàn nhựa - Nghiên cứu sử dụng phận điều khiển PID điều khiển phận gia nhiệt máy hàn nhựa - Kiểm chứng kết mô phần mềm Đối tượng phạm vi nghiên cứu * Đối tương nghiêm cứu: - Các phương pháp hàn nhựa công nghiệp - Ứng dụng lý thuyết điều khiển vào thực tế * Phạm vi nghiêm cứu: Luận văn thạc sĩ: “Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho máy hàn nhựa” - Điều khiển nhiệt độ phận gia nhiệt máy hàn - Mô phần mềm mô Phương pháp nghiên cứu - Gắn lý thuyết với đối tượng thực tế - Dùng máy tính với phần mêm mơ Cấu trúc Luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận kiến nghị, danh mục tài liệu tham khảo phụ lục, nội dung luận văn chia thành chương: Chương 1: Vai trị, nhiệm vụ cơng nghệ hàn nhựa thực tế Chương 2: Tổng quan công nghệ hàn nhựa Chương 3: Thiết kế mô hệ thống điều khiển tự động cho máy hàn nhựa Đề tài hoàn thành thời hạn hướng dẫn tận tình TS Vũ Thị Thúy Nga bạn đồng nghiệp nỗ lực thân Tác giả xin chân thành cám ơn cô giáo hướng dẫn, thầy cô giáo thuộc trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp tác giả trình học tập trình nghiên cứu thực luận văn Chương 1: Vai trò, nhiệm vụ cơng nghệ hàn nhựa thực tế Vì điều kiện khách quan khả thân, luận văn hồn thành chắn cịn nhiều thiếu sót Rất mong góp ý thầy giáo bạn đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả Phạm Việt Cường Chương 1: Vai trị, nhiệm vụ cơng nghệ hàn nhựa thực tế CHƯƠNG VAI TRỊ, NHIỆM VỤ CƠNG NGHỆ HÀN NHỰA TRONG THỰC TẾ 1.1 Vai trị cơng nghệ hàn nhựa thực tế Vật liệu dẻo nói chung hữu hàng ngày sống người Vật liệu dẻo sử dụng sản xuất từ vật dụng đời sống sản phẩm công nghiệp, gắn liền với sống đại người Chúng vật liệu có khả bị biến dạng chịu tác dụng nhiệt, áp suất giữ biến dạng thơi tác dụng Vật liệu dẻo sử dụng rộng rãi để thay cho sản phẩm làm từ vải, gỗ, da, kim loại, thủy tinh…v chúng có đặc tính bền, nhẹ, khó vỡ, dễ tạo hình đa dạng màu sắc Mặc dù mục tiêu nhà thiết kế việc đúc nên sảm phẩm đơn, có nhiều sản phẩm phức tạp để tạo khn Do đó, việc sản xuất chi tiết nhỏ để lắp ráp thành sản phẩm quan trọng cho việc sản xuất hàng loạt sản phẩm Các phương pháp để kết hợp thành phần nhựa chia thành ba loại chính: Gia cơng khí, keo dính hàn (xem Hình 1) Hình 1.1 Các phương pháp lắp ráp chi tiết nhựa Chương 1: Vai trò, nhiệm vụ công nghệ hàn nhựa thực tế Gia công khí bao gồm việc sử dụng ốc vít riêng biệt, chẳng hạn ốc vít kim loại ốc vít nhựa cứng, dựa vào phận kết hợp đúc thành phận, chẳng hạn khớp nối khớp nối ép Trong mối liên kết dính, vật liệu (keo dính) đặt phận (vật dính), nơi đóng vai trò vật liệu nối phận truyền tải qua khớp Trong hàn liên kết nhiệt hạch, nhiệt sử dụng để làm tan làm mềm bề mặt cho phép khuếch tán liên phân tử bề mặt liên kết để tạo nên chắn khớp nối Như biết đầu ngành nhựa ngành bao bì đóng gói, vật liệu xây dựng cơng nghiệp chế tạo Với đặc tính hóa lý trội (khả tái sử dụng) giá thành thấp so với loại chất dẻo khác, nhựa nhiệt dẻo chiếm lĩnh 75% cấu sử dụng chất dẻo tồn cầu Nhựa nhiệt dẻo nung nóng chảy mềm nguội đóng rắn lại, với loại nhựa nhiệt dẻo khác có điểm nóng chảy khác Do yêu cầu hàn nhựa khắt khe Từ chất lượng mối hàn, độ kín mối hàn, độ bền độ thẩm mỹ mối hàn ngày địi hỏi cao vai trị cơng nghệ hàn ngày quan trọng ngành công nghiệp nhựa 1.2 Nhiệm vụ công nghệ hàn nhựa thực tế Theo thống kê VPA, nước có khoảng 2.000 cơng ty tham gia hoạt động sản xuất kinh doanh nhựa, chủ yếu công ty nhỏ vừa Số lượng công ty lớn việc phân tán khiến gia tăng áp lực cạnh tranh ngành Bên cạnh giá nguyên liệu đầu vào phụ thuộc nhiều vào biến động giá giới yếu tố đầu vào tác động chung lên lợi nhuận công ty Để đảm bảo mức sinh lời, nhiệm vụ đặt cho cơng ty nhựa trì gia tăng thị phần đầu cách nâng cao chất lượng cơng suất, giảm chi phí đầu tư Để làm điều phải cải tiến nâng cao cơng nghệ sản xuất, cơng nghệ công nghệ hàn nhựa Vậy nhiệm vụ đặt cho công nghệ hàn nhựa là: nâng cao chất lượng hàn, suất giảm chi phí tiêu thụ điện Nâng cao chất lượng hàn: nhựa có nhiệt độ nóng chảy thấp nhiều so với kim loại, đồng thời kết cấu vật lý hóa học nhựa dễ bị biến đổi nhiệt độ cao nên yêu cầu trình hàn khắc khe nhiều Vậy nhiệm vụ đặt hệ + Network 9: Điều khiển Xinh lanh đóng cửa an toàn + Network 10: Điều khiển Xinh lanh cấp phôi sản phẩm + Network 11: Điều khiển Xinh lanh tiến hành hàn sản phẩm + Network 12: Điều khiển Xinh lanh chuyển sản phẩm đến vị trí chuẩn bị 73 + Network 13: Điều khiển Xinh lanh chuyển sản phẩm + Chu kỳ gián đoạn lấy mẫu điều khiển nhiệt độ hàn “Cyclic interrupt [OB30]” + Khối chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ hàn từ analog sang tín hiệu số “read temp [FC1]”: 74 + Khối điều khiển nhiệt độ hàn PID “PID temp [FC2]”: 75 + Chương trình đặt giám sát số lượng sản phẩm cần hàn: - Đối với sản phẩm SP1 - Đối với sản phẩm SP2 - Đối với sản phẩm SP3 76 - Bảng Tags PLC Name start stop run cb1 cb2 cb3 cb4 cb5 cb6 cb7 cb8 cb9 cb10 cb11 cb12 cb13 lamp xl1 xl2_in xl2_out xl3 xl4 xl5 duy_tri reset T_han xl1_re xl4_re xl5_re T_xl2_in T_xl2_out T_xl3 T_xl4 cbnhiet pv_temp sp_temp out sum solid sp_dat Path Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Data Type Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Int Real Real DWord DWord Int Int 77 Logical Address %M0.0 %M0.1 %M0.2 %M0.3 (I0.3) %M0.4 (I0.4) %M0.5 (I0.5) %M0.6 (I0.6) %M0.7 (I0.7) %M1.0 (I1.0) %M1.1 (I1.1) %M1.2 (I1.2) %M1.3 (I1.3) %M1.4 (I1.4) %M1.5 (I1.5) %M1.6 (I1.6) %M1.7 (I1.7) %Q0.0 %Q0.1 %Q0.2 %Q0.3 %Q0.4 %Q0.5 %Q0.6 %M2.0 %M2.1 %M2.2 %M3.0 %M3.1 %M3.2 %M3.3 %M3.4 %M3.5 %M3.6 %IW64 %MD200 %MD204 %MD208 %MD150 %QW96 %MW200 sp_thuc T_dat T_dat1 T_thuc nut1 nut2 nut3 set_sp1 set_sp2 set_sp3 nhap_sp1 nhap_sp2 nhap_sp3 exit Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Default tag table Int Time DInt Time Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool 78 %MW204 %MD100 %MD104 %MD108 %M4.0 %M4.1 %M4.2 %M4.3 %M4.4 %M4.5 %M4.6 %M4.7 %M5.0 %M5.1 Phụ lục II (Khởi tạo dự án) - Từ giao diện WinCC ta vào File  New ấn phím tắt Ctrl+N để tạo dự án - Tiếp theo ta chọn Single-User Project - Gõ tên dự án vào mục Project name 79 - Giao diện sau khởi tạo dự án 80 Phụ lục III (Khai báo tag WinCC) Từ giao diện ta chọn Tag Management - Trong giao diện quản lý Tag, ta click chuột phải vào Tag Management chọn Add new driver  SIMATIC S7-1200, S7-1500 Channel 81 - Click chuột phải vào OMS+ chọn New Connection - Tiến hành đặt tên cho Connection 82 - Chuột phải vào tên Connection vừa tạo chọn Connection Parameters - Tiến hành cài đặt thông số - Click chuột phải vào tên Connection chọn New Group để tạo nhóm Tag 83 Các nhóm Tags dùng 84 Cụ thể Tag khai báo Group - Tags khai báo tín hiệu đầu vào - Tags khai báo tín hiệu điều khiển đầu 85 - Tags gán thông số - Tags mô - Tags bảng nhập thông số 86 - Tags biến trung gian - Tags xuất tín hiệu hiển thị 87 ... khiển có thị trường 32 Chương 3: Thiết kế mô hệ thống điều khiển tự động cho máy hàn nhựa CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHO MÁY HÀN NHỰA 3.1 Đặt vấn đề Là doanh nghiệp... nghệ đặt cho máy hàn nhựa tự động tính tốn thiết kế luận văn 34 Chương 3: Thiết kế mô hệ thống điều khiển tự động cho máy hàn nhựa 3.2 Thuyết minh nguyên lý hoạt động Vị trí ban đầu (khi hệ thống. .. thống điều khiển tự động cho máy hàn nhựa? ?? Chương 1: Vai trị, nhiệm vụ cơng nghệ hàn nhựa thực tế Mục đích nghiên cứu - Nghiêm cứu ? ?Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho máy hàn nhựa? ?? - Xây