Bài tập lớn thiết kế nghiên cứu chương trình PLC cho hệ thống trộn hạt nhựa và ép đùn ống nhựa PVC bằng PLC. Bài tập này cung cấp cho sinh viên chi tiết cách tính toán, xây dựng và thiết kế hệ thống đo lường, giám sát và điều khiển tự động bằng PLC. Mong rằng tài liệu sẽ giúp các em tham khảo và làm bài hiệu quả
HỆ THỐNG TRỘN VÀ ÉP ĐÙN HẠT NHỰA PVC MỤC LỤC A LỜI NÓI ĐẦU B NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG TRỘN VÀ ÉP ĐÙN HẠT NHỰA PVC Tổng quan quy trình cơng nghệ sản xuất ống PVC: Tìm hiểu hệ thống trộn hạt nguyên liệu ép đùn: CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN MÁY TRỘN VÀ ÉP ĐÙN PVC 11 Giới thiệu PLC: 11 Chọn PLC cho hệ thống: 15 Sơ đồ thuật toán điều khiển PLC cho hệ thống trộn ép đùn PVC: 16 Thiết kế chương trình PLC cho hệ thống: 18 A LỜI NÓI ĐẦU Với công nghiệp phát triển vũ bão giới nói chung Việt Nam, việc ứng dụng khoa học công nghệ làm tăng suất sản suất, tiết kiệm thời gian sức người, tăng độ xác cải thiện chất lượng sản phẩm xu hướng hàng đầu nhà máy, xí nghiệp, tổ sản xuất Đo lường tự động hóa hệ thống điện mơn nghiên cứu chung hệ thống tự động hóa nhà máy điện, nhà máy xí nghiệp Giới thiệu phân tích hệ thống tự động hóa điển hình nhà máy điện, nhà máy cơng nghiệp, xí nghiệp Hệ thống tự động trạm phát điện dự phòng, hệ thống điện tự động hóa tịa nhà thơng minh Ứng dụng thiết bị khả trình lập trình hệ thống tự động hóa lượng Để hiểu kiến thức mơn khả thực hành lập trình kết nối thiết bị điều khiển logic khả trình PLC môi trường công nghiệp, việc thiết kế hệ thống đo lường điều khiển tự động hóa tực tế điều kiện cần thiềt Em mong thơng qua tập này, thầy góp ý cho em việc xây dựng thiết kế hệ thống thật Qua em nâng cao kỹ năng, tiến mảng thiết kế hệ thống tự động hóa mai sau Do kiến thức hiểu biết em chút hạn chế nên tập khơng tránh khỏi sai sót Em mong nhận đánh giá, nhận xét góp ý thầy để đồ án kiến thức em hoàn thiện Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo TS.Nguyễn Hữu Quyền hướng dẫn tận tình để em hồn thiện tập Hải Phòng, ngày tháng 10 năm 2020 B NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG TRỘN VÀ ÉP ĐÙN HẠT NHỰA PVC Tổng quan quy trình cơng nghệ sản xuất ống PVC: Hình 1.1 Dây chuyển sản xuất ống nhựa PVC Quy trình sản xuất ống nhựa PVC gồm công đoạn sau: B1: Trộn hạt nhựa : khâu quan trọng trình sản xuất ống việc trộn hạt nhựa theo tỉ lệ thường phụ thuộc vào bí kinh nghiệm nhà máy B2: Cấp nhiên liệu : hạt nhựa đưa đến phễu cấp liệu qua ống dẫn liệu nhờ bơm hút vào băng tải lò xo B3: Ép đùn tạo hình ống : từ phễu cấp liệu nguyên liệu rải xuống cửa hút máy ép đùn nhờ trục xít xoắn lai động xoay chiều => nguyên liệu gia nhiệt hóa lỏng => vùng tạo hình ống (khn) B4: Hút chân khơng làm mát : ống đưa làm mát Hút chân không tạo áp suất chênh lệch áp suất khí áp suất bể (nơi ống qua) => định hình kích thước ống chống biến dạng B5: In chữ : thường sử dụng máy cơng cụ CNC đặt ống lên máy băng chuyền đưa ống chạy dọc theo mắt mực máy mắt mực phun logo chữ lập trình lên ống B6: Kéo ống : cơng đoạn định độ dày mỏng ống qua việc điều chỉnh động lai B7: Nong ống (sx ống pvc), cuộn ống (sản xuất ống HDPE) : sau trình nong ống ống pvc cuộn ống ống HDPE nong ống ( dãn rộng đầu ông) thực máy nong => ống pvc gia nhiệt (2000 độ c) => đưa đầu nong (được định kích cỡ trước) Để cụ thể hóa làm trực quan quy trình sản xuất ống nhựa PVC, ta quan sát lưu đồ thuật tốn bên dưới: Hình 1.2 Lưu đồ thuật toán sản xuất ống nhựa PVC Tìm hiểu hệ thống trộn hạt nguyên liệu ép đùn: 2.1 Hệ thống trộn hạt nguyên liệu: Kết cấu hệ thống trộn nguyên liệu: - Máy trộn nguyên liệu Là loại máy trộn công nghiệp, chuyên dung để trộn nguyên liệu dạng hạt, ứng dụng rộng rãi sản xuất nhựa, gốm,… Máy có cơng suất lớn, hiệu cao, đảm bảo nguyên liệu trộn Hình 2.1.1 Máy trộn WSQF-1000 Cấu tạo máy trộn nguyên liệu: Hình 2.1.2 Cấu tạo máy trộn nguyên liệu - Chú thích: Motor pulley: Ròng rọc truyền động Electric motor: Động điện Vertical dump: Phễu đựng nguyên liệu Screw: Trục vít tải nguyên liệu Material outlet: Cửa nguyên liệu sau trộn Clearing compartment: Khoang trống Belt pulley: Đai truyền động Window: Cửa sổ Ladder: Thang sắt Access: Lối vào Electrical control box: Hộp điều khiển trường Cycle material outlet: ống trụ dẫn nguyên liệu sau trộn - Feeder hopper: Phễu nạp liệu Nguyên lý hoạt động: Khi ta cấp nguyên liệu (hỗn hợp hạt nhựa) vào phếu nạp liệu ấn Start, Động điện thông qua truyền động làm trục vít quay, trộn hút hạt nhựa rải phun từ đáy lên cao Q trình lặp lại tuần hồn thời fian cài đặt trước Nhờ trình này, hỗn hợp hạt nhựa chất phụ gia trộn với Khi thời gian tới hạn, động dừng, cửa xả liệu máy trộn mở ra, dẫn hỗn hợp trộn xuống máy ép đùn Sauk hi hồn thành q trình xả liệu, cửa xả lại đóng vào Nguyên liệu tiếp tục cấp cho máy trộn thông qua phễu cấp nguyên liệu, trình tiếp tục diễn Nguyên liệu để làm PVC bao gồm: Hạt nhựa PVC: nhà máy sản xuất từ trình trùng hợp nhũ tương Chất độn (bột đá): làm hạ giá thành sản phẩm, tăng độ cứng chịu áp lực Chất dẻo hóa: làm liền bề mặt, tạo độ trơn bóng cho sản phẩm Chất ổn định: tăng độ bền sản phẩn tiếp xúc với môi trường Chất tạo màu: giúp sản phẩm có màu sang đẹp Chất bơi trơn: kiểm sốt đặc tính ma sát, bám dính cảu hạt nhựa suốt q trình sản xuất Bảng thơng số động máy trộn tương ứng với công suất tải máy: - Hình 2.1.3 Bảng thơng số động điện máy trộn tương ứng với tải trọng máy 2.2 Hệ thống ép đùn trục vít: Kết cấu hệ thống ép đùn trục vít: Băng tải trục vít thuộc nhóm thiết bị định hình sản phẩm Nhiệm vụ thiết bị tạo áp lực đủ lớn để vật liệu qua khuôn Áp suất phụ thuộc vào cấu trúc hình học khn, tính chất dịng chảy vật liệu tốc độ chảy Ngồi chi tiết chính, máy cịn có đầu lọc thớt chặn chặn để lọc hạt nhựa chưa nóng chảy hết tạp chất ngồi Hình 2.2.1 Hệ thống ép đùn PVC trục vít Cấu tạo máy ép đùn trục vít: Hình 2.2.2 Cấu tạo máy ép đùn trục vít Chú thích: Drive Motor: Động điện Gear box: Hộp số truyền động Hopper: Phễu dẫn nguyên liệu Barrel: Xilanh Screw: Trục vít Heaters: điện trở gia nhiệt Cooling fans: quạt tản nhiệt Die: khn kéo ống Cấu tạo trục vít bao gồm phân vùng sau: Vùng cấp liệu: gồm 3-10 vịng ren đầu, đường kính lõi độ sâu ren không đổi - Vùng nén (vùng chuyển pha): dọc theo chiều dài, đường kính lõi tăng dần, độ sâu ren giảm dần Mục đích vùng nén nhựa, ép khí tạp chất khỏi nhựa gia nhiệt cho nhựa - Vùng định lượng: Đường kính lõi khơng đổi độ sâu ren nhỏ, mục đích vùng nấu nóng chảy nhựa, bảo đảm đồng hỗn hợp nhựa - Hình 2.2.3 Trục vít Ngun lý hoạt động: Sau nguyên liệu trộn (máy trộn), xả máy trộn dẫn hỗn hợp xuống phễu nguyên liệu máy ép đùn Động điện thông qua hộp số truyền - Khối trung tâm (CPU): Đóng vai trị đầu não, thực tồn nhiệm vụ điều khiển thời gian thực, truyền thơng, chuẩn đốn kiểm tra, quản lý thông tin, lưu trữ vảo vệ - Ngõ ra: Dùng để ghép nối với trang bị điều khiển có tính tương tự ngõ vào - Bộ nhớ: Đây phần có chức quan trọng PLC, có chức ghi nhớ lưu trữ liệu, thơng thường PLC có loại nhớ sau: +Bộ nhớ RAM: Dùng để nạp chương trình, điều chỉnh hay xóa thơng tin thời điểm được, nguồn cấp chẳng may bị phần nội dung RAM khơng lưu trữ, để tránh điều xảy cần trang bị pin khô +Bộ nhớ ROM: Tác dụng để nhớ lệnh đơn giản hàm mang tính chất tốn học, liệu ROM khơng bị đổi thay kể lúc nguồn cấp bị +Bộ nhớ EEPROM: Gắn bó chặt chẽ với truy xuất RAM, ổn định cao, việc lưu thay đổi nội dụng bị giới hạn +Bộ nhớ EPROM: Là nhớ dùng để đọc việc tác động để thay đổi nội dung được, nguồn cung cấp nội dung cịn cài máy, sản xuất nạp lưu trữ hệ điều hành từ trước Phương thức thực chương trình PLC: PLC thực chương trình cheo chu trình lặp Mỗi vịng lặp gọi vòng quét (scan) Mỗi vòng quét bắt đầu giai đoạn chuyển liệu từ cổng vào số tới vùng đệm ảo ngõ vào (I), giai đoạn thực chương trình Trong dịng qt, chương trình thực từ lệnh đến lệnh kết thúc Sau giai đoạn thực chương trình giai đoạn chuyển nội dung đệm ảo ngõ (Q) tới cổng số Vòng quét kết thúc giai đoạn truyền thông nội kiểm tra lỗi Một chu kỳ quét PLC thể hình 1.2, đó: Read Input (Đọc ngõ vào): PLC đọc trạng thái toàn ngõ vào chứa vào đệm ngõ vào Execute Program (Thực thi chương trình): PLC dựa vào trạng thái ngõ vào để thực thi theo chương trình lưu nhớ đệm ngõ Diagnostics Communications (Chẩn đốn truyền thơng): PLC tiến hành chẩn đốn lỗi kiểm tra q trình truyền thông Update Outputs (Xuất kết quả): PLC xuất kết vùng nhớ đệm ngõ để điều khiển thiết bị ngoại vi Hình 3.3 Nguyên lý hoạt động vòng quét PLC Thời gian cần thiết để PLC thực vòng quét gọi thời gian vịng qt (Scan time) Thời gian vịng qt khơng cố định, tức khơng phải vịng qt thực khoảng thời gian Có vịng qt thực lâu, có vịng qt thực nhanh tùy thuộc vào số lệnh chương trình thực hiện, vào khối lượng liệu truyền thông vịng qt Như việc đọc liệu từ đối tượng để xử lý, tính tốn việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có khoảng thời gian trễ thời gian vòng qt Nói cách khác, thời gian vịng qt định tính thời gian thực chương trình điều khiển PLC Thời gian quét ngắn, tính thời gian thực chương trình cao Chọn PLC cho hệ thống: PLC S7-200 Siemens: Cấu trúc tổng quát PLC S7.200 bao gồm thành phần sau: Nguồn cung cấp (Power Supply): Nguồn tích hợp sẵn bên PLC làm riêng bên ngồi Có nhiều cấp điện áp khác tùy loại PLC, gồm 110VAC 220VAC 24VDC (hiện có hai cấp điện áp thường sử dụng 24VDCvà 220V-AC Khối xử lý trung tâm CPU (Central Proceesoing Unit): Đây xử lý trung tâm làm việc máy tính, dùng để lưu trữ xử lý chương trình theo yêu cầu người lập trình Khối ngõ (Output): Các loại cấu chấp hành như: Bóng đèn, cuộn dây, vale, biến tần…được điều khiển PLC thông qua module Output Tùy vào đối tượng điều khiển cần tín hiệu số hay tương tự mà moudle ngõ PLC có hai loại module số ngõ (Digital Output Module) module ngõ tương tự (Analog Output Module) Đèn báo: Dùng để báo trạng thái PLC, gồm nguồn, chạy chương trình, lỗi hệ thống Các cảnh báo cần thiết chẩn đoán cố Đèn RUN-màu xanh: Chỉ định PLC chế độ làm việc thực chương trình nạp vào nhớ chương trình Đèn STOP-màu vàng: Chỉ định PLC chế độ STOP, dừng chương trình thực lại (các đầu chế độ off) Đèn SF-màu đỏ: Đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng có nghĩa lỗi phần cứng hệ điều hành Ở cần phân biệt rõ lỗi hệ thống với lỗi chương trình người dùng, lỗi chương trình người dùng CPU khơng thể nhận biết trước download xuống CPU, phần mềm lập trình làm nhiệm vụ kiểm tra trước dịch sang mã máy Đèn Ix.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off đầu vào Đèn Qx.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off đầu Sơ đồ thuật toán điều khiển PLC cho hệ thống trộn ép đùn PVC: Sơ đồ thuật toán điều khiển hệ thống trộn ngun liệu: Hình 5.1 Sơ đồ thuật tốn điều khiển máy trộn nguyên liệu Sơ đồ thuật tốn ép đùn PVC: Hình 5.2 Sơ đồ thuật tốn điều khiển máy ép đùn PVC Thiết kế chương trình PLC cho hệ thống: Bảng khai báo đầu vào/ra hệ thống điều khiển: Hình 6.1 Bảng khai báo đầu vào/ra chương trình điều khiển Mạch động lực hệ thống: Hình 6.2 Mạch động lực hệ thống Sơ đồ kết nối thiết bị vào PLC: Hình 6.3 Sơ đồ kết nối thiết bị vào PLC Chương trình PLC điều khiển hệ thống: Mơ chương trình: ... cứu chung hệ thống tự động hóa nhà máy điện, nhà máy xí nghiệp Giới thiệu phân tích hệ thống tự động hóa điển hình nhà máy điện, nhà máy cơng nghiệp, xí nghiệp Hệ thống tự động trạm phát điện dự... thông số động máy trộn tương ứng với cơng suất tải máy: - Hình 2.1.3 Bảng thông số động điện máy trộn tương ứng với tải trọng máy 2.2 Hệ thống ép đùn trục vít: Kết cấu hệ thống ép đùn trục... ngồi Hình 2.2.1 Hệ thống ép đùn PVC trục vít Cấu tạo máy ép đùn trục vít: Hình 2.2.2 Cấu tạo máy ép đùn trục vít Chú thích: Drive Motor: Động điện Gear box: Hộp số truyền động Hopper: Phễu