Nghiên cứu xây dựng mô hình tự động cắt ống tại nhà máy sản xuất thép

MỞ ĐẦU Lịch sử phát triển loài người gắn liền với phát triển công cụ sản xuất tìm kiếm vật liệu mới.Mỗi vật liệu người tìm với trí thồn minh lồi người sáng tạo cơng cụ lao động phù hợp,giúp từ chỗ phải chống chọi với thiên nhiên đến khống chế cải tạo nó.Mỗi vật liệu để lại dấu ấn riêng, vật liệu sau hữu dụng vật liệu trước đưa văn minh loài người tiến lên Trong cơng khai phá tìm kiếm kim loại sắt có vai trị đặc biệt, khơng thời xưa mà đến giữ vai trò quan trọng Nó phần khơng thể thiếu cơng trình xây dựng cơng nghiệp.Với vai trị quan trọng nên công nghiệp sản xuất thép phát triển mạnh mẽ từ lâu trở thành nghành công nghiệp trọng điểm quan trọng Đối với nước ta Đảng Nhà nước ta xác định nghành công nghiệp quan trọng công cơng nghiệp hố đại hố đất nước, nhà máy cán thép cơng trình xây dựng Đặc biệt từ đất nước mở với mặt, chủ trương đắn, với lợi nhân công giá rẻ, thị trường rộng lớn có nhu cầu lớn sản xuất thép cịn thiếu Do thu hút nhiều nhà đầu tư vào nghành thép từ sớm Trong nhà đầu tư sớm nhận thấy hội có hai tập đoàn thép Hàn Quốc, từ thập niên 90 họ lin doanh với tổng công ty thép Việt Nam xây dựng lên nhà máy sản xuất thép định ống thép, thép hình hộp chữ nhật …nhằm đáp ứng nhu cầu nghành công nghiệp, xây dựng,… Nội Dung Đề Tài Nghiên cứu xây dựng mơ hình tự động cắt ống nhà máy sản xuất thép Phƣơng pháp nghiên cứu Để xây dựng mô hình tự động cắt ống thép, đồ án sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: Kế thừa cơng trình nghiên cứu hệ trước sở lý thuyết phần mềm lập trình, cụ thể phần mềm lập trình simatic S7-200 Nghiên cứu quy trình cơng nghệ q trình sản xuất thực tế Thiết kế lựa chọn linh kiện, thiết bị thay cho mơ hình Nghiên cứu phần mềm lập trình máy tính Thay đổi phương pháp lập trình để tìm phương án đơn giản, dễ sử dụng hiệu Xây dựng chương trình điều khiển Kiểm chứng tính xác cách chạy thử mơ hình nhiều lần, kiểm tra phát lỗi mơ hình lỗi chương trình điều khiển, từ hồn thiện hệ thống CHƢƠNG TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT TRONG NHÀ MÁY Giới thiệu CÔNG TY ỐNG THÉP VIỆT NAM 1.1 Trụ sở: Cây số đường 5B – Quán Toan - Hồng Bằng - Hải Phịng Cơng ty thành lập sở liên doanh tổng công ty thép Việt Nam (VSC) với hai tập đoàn hàng đầu Hàn Quốc ( tập đoàn SeAH POSCO ) Tổng vốn đầu tư lên tới 10 triệu (USD), Việt Nam góp 50%, thời hạn liên doanh 20 năm Nhà máy bắt đầu vào hoạt động từ 1-8-1944 với nhiệm vụ chuyên sản xuất loại thép định hình phục vụ thị trường nước Với sản lượng thiết kế 30,00 sản phẩm năm, sản phẩm công ty sử dụng rộng rãi nhiều nghành, từ loại ống dẫn thường dùng cấp nước sinh hoạt thị, nước thải cơng nghiệp, đến dẫn vật liệu đặc biệt hóa lỏng, xăng dầu.Ngồi phần lớn sản phẩm cơng ty dùng xây dựng Với ưu điểm đặc biệt sản phẩm sử dụng làm khung nhà xưởng cơng nghiệp, trang trí cho cơng trình xây dựng vị trí lan can tay vịn cầu thang, đường dây dẫn điện môi trường ẩm… Hình 1.1: Quy trình sản xuất Đây mơ hình tổ chức có hầu hết cơng ty liên doanh nay.Hội đồng quản trị bao gồm đại diện nhà đầu tư, thông thường tỉ lệ số phiếu nhà đầu tư hội đồng phù hợp với tỉ lệ vốn họ góp vào liên doanh.Hoạt động hội đồng quản trị đề phương án hoạt động chung cho công ty Hội đồng năm năm họp lần đại hội đồng, đại hội đồng hội đồng quản trị đánh giá kết hoạt động sản xuất kinh doanh cơng ty để từ đưa biện pháp đầu tư hiệu đồng thời bầu tổng giám đốc công ty nhiệm kỳ ( thông thường công ty thép Việt Nam tổng giám đốc người Hàn Quốc, phó tổng giám đốc người Việt Nam ngược lại) Để điều hành nhà máy ban giám đốc có phịng nghiệp vụ chun mơn khác nhau, phịng đảm nhận nhiệm vụ cụ thể công ty nhằm cụ thể hóa kế hoạch sản xuất đề đến tận người lao động Cơ cấu tổ chức cụng ty thộp Vit Nam Hội đồng quản trị Tổng giám đốc Phó tổng giám đốc Phòng tổng hợp Phòng bán hàng Ban nhân Tổ bảo vệ Tổ tài vụ Tổ CKS đóng gói X-ởng sản xuất Các tổ sản xuất Tổ giao hàng Phòng kỹ thuật Tổ điện Tổ khí Công đoàn Ban đời sống Hỡnh 1.2: Sơ đồ cấu tổ chức công ty thép Việt Nam 1.2 Hoạt động sản xuất kinh doanh Là doanh nghiệp sản xuất mặt hàng ống thép miền Bắc, trải qua 10 năm hoạt động vượt qua nhiều khó khăn buổi đầu đưa sản phẩm chiếm lĩnh thị trường, với nỗ lực sản phẩm cơng ty chiếm lĩnh hầu hết thị trường miền Bắc Hoạt động kinh doanh phát triển với mức tăng trưởng hàng năm trung bình 10%, đóng góp đầy đủ nghĩa vụ nộp ngân sách cho nhà nước, đảm bảo mức thu nhập hàng tháng trung bình cơng nhân triệu/tháng Để đáp ứng nhu cầu thị trường sản xuất thép ống thép định hình tháng năm 2005 cơmg ty khánh thành thêm dây chuyền đón nhận chứng sản phẩm đạt tiêu chuẩn quản lý chất lượng ISO 9001- 2000 Trong thời gian tới ban lãnh đạo cơng ty xác định tình hình sản xuất kinh doanh xó nhiều thuận lợi khơng khó khăn Về thuận lợi: Tình hình kinh tế nước ta liên tục phát triển với tốc độ cao, nhu cầu sản phẩm công ty dồi Kinh nghiệm sản xuất kinh doanh 10 năm đội ngũ công nhân kỹ sư lành nghề nguồn lực to lớn giúp công ty phát triển mạnh mẽ thời gian tới Về khó khăn: Nguồn nhiên liệu để sản xuất thép cuộn phải hoàn toàn nhập phụ thuộc giá thị trương quốc tế Trên thị trường nước xuất nhiều nhà sản xuất cạnh tranh khốc liệt Từ nhận định khó khăn thuận lợi tồn công ty xác định phương hướng sản xuất kinh doanh: Tiếp tục giữ vững nhịp độ tăng trưởng, ngày nâng cao chất lượng sản phẩm Đảm bảo tốt đời sống công nhân, lao động sản xuất gắn liền với oan tồn lao động vệ sinh cơng nghiệp… 1.3 Hệ thống cung cấp điện bảo vệ thiết bị nhà máy 1.3.1 Hệ thống cung cấp điện Hình 1.3: Sơ đồ cung cấp điện Nguồn điện cung cấp cho nhà máy lấy từ trạm trung gian An Lạc cung cấp nguồn pha 35 KV, nguồn đưa đến cầu dao cách li CDL, qua thiết bị bảo vệ chống sét đưa đến máy cắt VCB-M 36KV-1200A, đằng sau đặt biến dịng, biến áp TU-TI để lấy tín hiệu đo lường bảo vệ.nguồn điện qua máy cắt đưa đến phía sơ cấp trạm biến áp 36KV/3.3KV)Y/∆,nguồn điện đưa dến biến áp nhỏ hạ áp xuống điện áp 380V 220V cung cấp cho phận như: HF hàn cao tần, ML động cán, UT phận khác như: cẩu mạ, văn phòng nhà máy… 1.3.2 Bảo vệ thiết bị nhà máy a Thiết bị bảo vệ TU biến áp đo lường, TI biến dòng đo lường UVR Rơle bảo vệ thấp, OVR Rơ le bảo vệ q áp ( có máy cắt VCB ) OVGR Rơle bảo vệ dòng OCGR Rơle bảo vệ dòng nối đất Nguyên tắc bảo vệ vào điều khiển Nhiệm vụ bảo vệ hệ thống điều khiển trạm nguồn tự động ngắt máy cắt có cố, hệ thống bảo vệ ngắt chỗ có cố Nguồn điều khiển cho máy cắt lấy từ nguồn ắc quy 110V qua atomat MCCB-2P COS ( local – Remote ) cơng tắc chọn chế độ đóng lại, chỗ chọn (L), hay từ xa chọn (R) Bấm nút ON muốn cấp nguồn điện khẩn cấp cho cuộn đóng máy cắt VCB Tiếp điểm thường đóng 86X(1-2) cấp điện cho cuộn dây máy cắt chính, tiếp điểm mở (rơle 86X có điện) bị cắt điện Rơle 86X có điện rơle trung gian : 51X, 51GX, 64X, 59X, 27X, 96B2X có đện Trong đó: Rơle 51X bảo vệ dòng pha R, S, T tác động Rơle 51GX bảo vệ dòng cham đất pha tác động Rơle 64X bảo vệ áp, rơle 27X bảo vệ thấp áp, rơle 96B2X bảo cố máy biến áp Như có cố đèn báo cố sáng đóng điện cho rơle 86X làm tiếp điểm thường đóng rơle 86X(1-2) mở cắt máy khỏi nguồn, đồng thời đóng tiếp điểm thường mở (3-4) đóng mạch cho chng kêu Khi máy cắt VCB-ML nhảy rơle thời gian T1 có điện sau thời gian từ 0-60 giây tiếp điểm T1(1-2) ngắt mạch bảo vệ cố Khi muốn đóng điện lại ta phải nhấn nút RESET Trên nguyên tắc bảo vệ cho khối thiết bị điện phận tạo ống bao tạo định cỡ ống Các khối thiết bị điện khác bảo vệ dựa nguyên tắc 1.4 Công nghệ sản xuất thép ống định hình Nguyên liệu để làm ống thép cuộn thép phơi cán nóng nhập từ Trung Quốc, Hàn Quốc, Thái Lan… Chúng có bề rộng từ 1-1.5m, dày từ 15mm, khối lượng 15-20 tấn.Những cuộn phôi đưa lên máy cắt phôi ( Slitter) xẻ thành dải nhỏ phù hợp với lọai ống, dải cuộn lại gọi Skeep Tùy theo kích kỡ cuộn phơi mà chúng đưa đến dây chuyền tạo ống khác Dây chuyền tạo ống (PM) bao gồm nhiều công đoạn: Un coiler ( mở cuộn phôi ), Forming ( tạo ống ), Up set ( hàn ống ), sizing ( định hình cỡ ống ) Hình 1.4: Sơ đồ cơng nghệ sản xuất ống thép Cơ cấu dẫn động hai động chiều công suất lớn, động kéo tạo ống 55 KW, động định cỡ ống 55 KW, truyền động qua giảm tốc tốc độ hai khâu điều chỉnh phù hợp với loại ống, tốc độ động khâu định cỡ ống điều chỉnh lớn tốc độ động tạo ống, Giữa hai khâu tạo định cỡ ống khâu hàn chập mạch cao tần ( tần số hàn lên tới 35KHz), dòng hàn điều chỉnh theo loại ống Tại phận tạo ống dải phơi cắt kích thước cán tròn dần, qua hàn cao tần hai đầu mép phôi hàn lại 10 70 CHƢƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH CẮT ỐNG 4.1 Tổng quan mơ hình cắt ống 4.1.1 Sơ đồ chức dây chuyền cắt ống Trên hình 4.1 sơ đồ chức dây chuyền cắt ống, hệ thống gồm: Hình 4.1: Sơ đồ chức dây chuyền cắt ống 71 Bắt đầu: Trước bắt đầu cho dây chuyền hoạt động ta đưa ống nhựa PVC vào thay cho ống thép thực tế đầu ống nhựa kẹp chặt ụ Roll Dây chuyền bắt đầu hoạt động có đủ nguồn điện cấp ta nhấn nút Start bảng điều khiển Khâu băng tải: Trên Hình 4.2 hình ảnh khâu băng tải Hình 4.2: Khâu băng tải 72 Khâu băng tải sử dụng: Một động kéo băng tải 3W 24V Dc tốc độ 100v/phút Các Roll chuyển động để dẫn hướng kéo ống Động kéo ống chạy làm cho ụ Roll quay theo thơng qua hệ thống dây xích bánh nối từ động tới ụ Roll Để ống không chạy nhanh đầu động có hộp số làm giảm tốc độ tăng momen Khâu đo chiều dài ống: Để đo chiều dài ống người ta sử dụng cơng tắc hành trình đặt khoảng cách mà ta cần lấy ống chạm vào cơng tắc cơng tắc đóng tác động vào PLC để PLC thực trình khâu cắt ống Khâu cắt ống: Trong khâu sử dụng hai loại động cơ: Động kéo bệ dao chiều 3W 12V có đảo chiều quay Động cắt ống xoay chiều 110V 20Wtốc độ 1500 vòng / phút Sau khâu băng tải kéo ống đủ chiều dài mong muốn khâu đo chiều dài phát tín hiệu báo đủ chiều dài ống PLC lúc PLC đưa lệnh điều khiển cho khâu cắt ống Quy trình cắt ống sử dụng hai động động 110V có gắn dao cắt trục động gắn cố định bệ dao, bệ dao trượt ngang ray bố trí phía Khi ống đủ chiều dài PLC đóng nguồn cấp điện cho động kéo bệ dao, bệ dao lúc chuyển động ngang qua ống cần cắt động cắt quay dap cắt với tốc độ lớn cắt phần ống mà dao qua Quá trình cắt dừng lại bệ dao chạm vào tiếp điểm hành trình ray Trên hình ảnh khâu cắt ống mơ hình 73 Hình 4.3: Khâu cắt ống Kết thúc: Kết thúc ta nhấn nút Stop bảng điều khiển toàn hệ thống dừng hoạt động trở trạng thái chờ Qua nghiên cứu quy trình cơng nghệ em nhận thấy công đoạn cắt ống công đoạn quan trọng tự động hóa hồn tồn phù hợp với khả xây dựng mơ hình đề tài Trong điều kiện cụ thể em xây dựng mơ hình cắt ống sở ứng dụng kỹ thuật PLC phần cơng đoạn cắt ống thực nhà máy 74 4.2 Các thiết bị xây dựng hệ thống tự động 4.2.1 Rơle Trong hệ thống rơle nhận tín hiệu từ cổng PLC để cấp nguồn cho cuộn dây rơle Các tiếp điểm thường mở rơle đóng vai trị cơng tắc nối nguồn điện vào động van, tín hiệu đóng lại có tiến hiệu PLC Thời gian đóng thời điểm đóng PLC định theo chương trình điều khiển Trên hình 4.3 hình ảnh Rơle Hình 4.3: Rơle 75 4.2.2 Động chều Hình 4.4: Động chiều Motor chiều ứng dụng rộng rãi thực tế có ưu điểm khởi động làm việc êm không gây tiếng ồn lớn động pha điều quan trọng đảo chiều quay động cách thay đổi chiều điện áp cấp cho động cách dễ dàng 4.2.3.Động xoay chiều 110v Trong mơ hình sử dụng động xoay chiều điệp áp 110V loại động có ưu điểm mơ men lớn vào tốc độ cao nên dùng để lắp dao cắt ống 4.2.4 Tiếp điểm hành trình Trên hình 4.5 hình ảnh tiếp điểm hành trình Hình 4.5: Tiếp điểm hành trình 76 Đây cơng tác hành trình chạm vào sắt thị tiếp điểm thường đóng cơng tắc mở ra, thường mở cơng tác đóng lại Thường cơng tác hành trình có chân chân chung, thường đóng thường mở 4.3 Chƣơng trình điều khiển dây chuyền cắt ống dùng S7-200 4.3.1 Sơ đồ thuật toán điều khiển Trên bảng đầu vào PLC Bảng1: đầu vào PLC Đầu vào PLC I0.0 Start I0.1 Tiếp điểm giới hạn chiều dài ống I0.2 Tiếp điểm giới hạn dao cắt theo chiều thuận I0.3 Tiếp điểm giới hạn dao cắt theo chiều ngược I0.4 Stop Đầu PLC Q0.0 Động kéo ống Q0.1 Động cắt ống Q0.2 Động kéo bệ dao theo chiều thuận Q0.3 Động kéo bệ dao theo chiều ngược Q0.4 Đèn start Trên hình 4.6 sơ đồ thuật tốn điều khiển PLC S7-200 Sơ đồ thuật toán điều khiển 77 Hình 4.6: Sơ đồ thuật tốn điều khiển S7-200 4.3.2.Ngun lý hoạt động sơ đồ thuật toán Khi nhấn nút Start tiếp điểm (I0.0 =1) tác động PLC bắt đầu làm việc Lúc PLC điều khiển hệ thống làm việc, PLC làm việc cổng (Q0.0 =1)cấp điện cho cuộn hút role băng tải đóng điện kéo ống thông qua ụ Roll (Q0.4=1) đèn báo chế độ hoạt động hệ thống bật lên PlC trì tín hiệu đầu Q0.0 đến có tín hiệu (I0.1=1) tiếp điểm đo chiều dài báo đủ chiều dài 78 PLC điều khiển dừng động kéo ống cổng (Q0.1=1) cấp điện cho cuộn hút rơle đóng nguồn điện cho động cắt ống đồng thồi cổng (Q0.2 =1)nguồn điện cấp cho động kéo bệ dao theo chiều thuận Tới chạm vào (I0.2=1) đóng cho PLC thi PLC điều khiển dừng động cắt ống động kéo dao theo chiều thuận đồng thời mở cổng (Q0.0 =1)để động kéo ống tiếp tục thực hiên việc kéo ống Khi ống chạm (I0.1=1)lần thứ PLC ngắt cổng (Q0.0 =0)động kéo ống dừng lại cổng (Q0.1=1) (Q0.3=1) cấp nguồn đóng cho rơle động dao cắt ống động kéo bệ dao theo chiều ngược trình cắt ống thực bêhdao chạm vào tiếp điểm (I0.3 =1)thì hai động dừng lại tình lại lặp lại ban đầu mioons dừng hệ thống ta nhấn nút Stop Trên hình 4.7 kết mơ hình xây dựng Hình 4.7: Mơ hình cắt ống tực tế 79 4.3.3 Chƣơng trình điều khiển S7-200 80 81 82 KẾT LUẬN Sau thực đồ án em giải vấn đề sau: Tìm hiểu quy trình cơng nghệ nhà máy đặc biệt công nghệ cắt ống nhà máy thép Tìm hiểu sử dụng có PLC S7-200 Xây dựng mơ hình vật lý dây chuyền cắt ống thép Em hiểu rõ học trường để vận dụng vào thực tế Trong trình làm đồ án rút kinh nghiệm học sau lần làm sai, hỏng em gặp nhiều bỡ gỡ nguyên nhân khách quan chủ quan với lỗ lực thân, giúp đỡ nhiệt tình thầy bạn bè khoa đặc biệt nhờ giúp đỡ GSTS Thân Ngọc Hoàn chủ nhiệm đề tài thầy giáo Ngơ Quang Vĩ hướng dẫn, em hồn thành đồ án xây dựng mơ hình mơ phần hệ thống sản xuất Trong thực đề tài khơng tránh khỏi sai sót em mong thầy cô ban cho em lời góp ý để đề tài hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mai Xuân Vũ – Nguyễn Thu Hiền Sổ tay hướng dẫn lập trình PLC Nhà Xuất trẻ 2003 [2] Nguyễn Doãn Phước- Phan Xuân Minh Tự Động hóa với Simatic S7-200 Nhà xuất nơng nghiệp – 2002 [3] Các tài liệu kỹ thuật điện công ty thép việt nam [4] Các trang wed www.tailieu.vn www.google.com.vn www.ebook.com 84 ...Nội Dung Đề Tài Nghiên cứu xây dựng mơ hình tự động cắt ống nhà máy sản xuất thép Phƣơng pháp nghiên cứu Để xây dựng mơ hình tự động cắt ống thép, đồ án sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: Kế thừa... tạo ống ), Up set ( hàn ống ), sizing ( định hình cỡ ống ) Hình 1.4: Sơ đồ cơng nghệ sản xuất ống thép Cơ cấu dẫn động hai động chiều công suất lớn, động kéo tạo ống 55 KW, động định cỡ ống 55... LG… Nắm bắt lợi ích to lớn tự động hóa, công ty ống thép Việt Nam đưa tự động hóa vào hầu hết cơng đoạn sản xuất nhà máy Bộ phận đóng vai trị chủ đạo tự động hóa nhà máy PLC K200s LG Đây loại