Nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển bàn lật gạch trog dây truyền sản xuất gạch ceramic trên nền công nghệ plc

bộ giáo dục đào tạo trường đại học mỏ - địa chất PHM TH DIM HNG NGHIấN CU PH ÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÀN LẬT GẠCH TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT GẠCH CERAMIC TRÊN NỀN CÔNG NGHỆ PLC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT PHẠM THỊ DIỄM HƯƠNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÀN LẬT GẠCH TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT GẠCH CERAMIC TRÊN NỀN CÔNG NGHỆ PLC Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Khổng Cao Phong HÀ NỘI - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đề tài nghiên cứu Những kết số liệu luận văn nhận Nhà máy gạch ốp lát Sao Đỏ thuộc khuôn viên công ty cổ phần Trúc Thô n thuộc địa phận Phường Cộng Hồ –Thị Xã Chí Linh – Tỉnh Hải Dương không chép nguồn khác Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường cam đoan Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2015 Tác giả luận văn Phạm Thị Diễm Hương MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài .8 Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu Nhiệm vụ đề tài .8 Phương pháp nghiên cứu .8 Nội dung nghiên cứu .9 Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cấu trúc đề tài Chương 1:TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY GẠCH ỐP LÁT SAO ĐỎ 10 1.1 Giới thiệu nhà máy gạch ốp lát Sao Đỏ 10 1.1.1 Cơ cấu quản lý sản xuất Nhà máy 10 1.1.2 Địa Nhà máy gạch ốp lát Sao Đỏ 13 1.2 Giới thiệu công nghệ sản xuất gạch 14 1.2.1 Mô tả q trình cơng nghệ 14 1.2.2 Công nghệ sản xuất gạch 17 1.2.3 Sơ đồ hệ thống máy móc thiết bị dây chuyền sản xuất nhà máy 29 1.2.4 Giới thiệu công nghệ lật gạch 33 Chương 2:TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BÀN LẬT GẠCH VÀ BĂNG CHUYỀN ÉP SẤY 35 2.1 Bàn lật gạch 35 2.1.1 Chức bàn lật gạch 35 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 37 2.1.4 Yêu cầu công nghệ 39 2.2 Băng chuyền ép sấy 39 2.2.1 Chức băng chuyền ép sấy 39 2.2.2 Cấu trúc băng chuyền ép sấy 39 2.2.3 Nguyên lý hoạt động 40 2.2.4 Yêu cầu công nghệ 41 Chương 3:THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO BÀN LẬT GẠCH VÀ BĂNG CHUYỀN ÉP SẤY 42 3.1 Bàn lật gạch 42 3.1.1 Lựa chọn động 42 3.1.2 Lựa chọn Aptomat, Role bảo vệ nhiệt Công tắc tơ cho động 43 3.1.3 Lựa chọn cảm biến, nút nhấn công tắc 45 3.1.4 Sơ đồ mạch điện 47 3.2 Băng chuyền ép-sấy 50 3.2.1 Lựa chọn động 50 3.2.2 Lựa chọn van điện từ 50 3.2.3 Lựa chọn Aptomat, Role bảo vệ nhiệt Công tắc tơ 51 3.2.4 Lựa chọn cảm biến, nút nhấn công tắc 51 3.2.5 Sơ đồ mạch điện băng chuyền ép sấy 52 3.3 Tổng kết lại đầu vào đầu 54 3.4 Lựa chọn thiết bị điều khiển .55 3.5 Thiết kế sơ đồ điều khiển 58 3.5.1 Bàn lật gạch 58 3.5.2 Băng chuyền ép sấy………………………………………………… 60 Chương 4: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 64 4.1 Xây dựng lưu đồ thuật toán 64 4.1.1 Bàn lật gạch 64 4.1.2 Băng chuyền ép sấy 66 4.2 Xây dựng hàm logic chương trình Step7 .67 4.2.1 Khai báo phần cứng cho PLCS7 300 67 4.2.2 Bàn lật gạch 69 4.2.3 Băng chuyền ép sấy 83 4.3 Mô hệ thống WinCC 97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 KẾT LUẬN 99 KIẾN NGHỊ 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PHỤ LỤC 102 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Giải thích Ký hiệu PLC Viết tắt “Programmable Logic Controller” – Bộ điều khiển lập trình (khả trình) Start Khởi động Stop Dừng DC Điện chiều AC Điện xoay chiều Input Đầu vào Output Đầu CPU Viết tắt “Central Processing Unit” - Bộ xử lý trung tâm Timer Bộ định thời Run Hoạt động PS Viết tắt “ Power Supply” - Module nguồn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.2 Cơng nghệ sản xuất gạch ceramic 16 Hình 1.3 Đường cong lý thuyết nung gạch 26 Hình 1.4 Hệ thống máy móc, thiết bị sản xuất nhà máy 31 Hình 1.5 Bàn lật gạch 33 Hình 2.1 Cấu trúc bàn lật gạch 35 Hình 2.2 Vị trí đặt cảm biến SQ1 36 Hình 2.3 Động M6 cấu xoay bàn lật 38 Hình 2.4 Bàn lật gạch xoay 38 Hình 2.5 Cấu tạo băng chuyền ép sấy 39 Hình 3.1 Động bàn lật gạch 43 Hình 3.2 Nút nhấn START1 STOP1 46 Hình 3.4 Công tắc SA2 46 Hình 3.5 Cơng tắc dừng khẩn cấp SQF 47 Hình 3.6 Cơng tắc hành trình Feedback1 47 Hình 3.7 Sơ đồ mạch điện bàn lật gạch 48 Hình 3.8 Sơ đồ mạch điện băng chuyền ép sấy 53 Hình 3.9 Cấu trúc PLC S7-300 56 Hình 3.10 Tín hiệu vào điều khiển bàn lật gạch 58 Hình 3.11 Tín hiệu vào điều khiển bàn lật gạch 59 Hình 3.14 Tín hiệu vào module SM321 DI16x24VDC 62 Hình 3.15 Tín hiệu vào module SM323 DI16/DO16x24VDC 63 Hình 4.1 Lưu đồ thuật tốn bàn lật gạch 65 Hình 4.6 Đặt tên cho hoạt động chuyển tiếp băng chuyền ép sấy 83 Hình 4.7 Giao diện chạy Runtime mơ hình .98 Hình 4.8 Giao diện chạy Runtime gạch đến bàn lật 98 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần nguyên liệu sản xuất gạch ceramic 18 Bảng 1.2 Phối liệu khối lượng nguyên liệu sản xuất gạch 20 Bảng 1.3 Các thiết bị dùng công đoạn chuẩn bị phối liệu 20 Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật máy ép WK 2000 21 Bảng 1.5 Đặc tính kỹ thuật lò nung lăn F6L 26 Bảng 1.6 Thông số phân loại sản phẩm 28 Bảng 3.1 Thông số động bàn lật gạch 43 Bảng 3.2 Thông số contactor Siemens 44 Bảng 3.3 Các thiết bị mạch lực bàn lật gạch .49 Bảng 3.3 Các động băng chuyền ép sấy 50 Bảng 3.4 Van khí nén nâng hạ băng chuyền đai 50 Bảng 3.5 Thông số Contactor .51 Bảng 3.6 Các thiết bị mạch lực băng chuyền ép-sấy 54 Bảng 3.7.Tổng kết số lượng biến đầu vào số lượng biến đầu 54 Bảng 3.8 Các phận điều khiển hệ thống 58 Bảng 3.9 Phân cổng vào bàn lật gạch 59 Hình 3.13 Tín hiệu điều khiển băng chuyền ép sấy 61 Bảng 3.10 Phân công vào băng chuyền ép sấy 61 Bảng 4.1 Các chuyển tiếp hoạt động cho bàn lật gạch .69 Bảng 4.2 Các chuyển tiếp hoạt động cho băng chuyền ép sấy 83 Bảng 4.3 Bảng khai báo đầu vào đầu Wincc 97 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Sự phát triển kết hợp không ngừng công nghệ thông tin công nghiệp tự động hoá giai đoạn tạo phát triển vượt bậc cho ngành sản xuất công nghiệp Đối với hệ thống điều khiển tự động nhà máy sản xuất gạch Ceramic cần đầu tư thiết kế, trang bị đầy đủ với kết cấu khí xác dây chuyền sản xuất linh hoạt Vì việc nghiên cứu tìm hiểu, thiết kế, xây dựng hệ t hống sản xuất tự động hóa việc quan trọng Xuất phát từ điều đó, em chọn đề tài nhằm giúp em đánh giá khả tích luỹ kiến thức lâu nhà trường, từ mà nắm vững kiến thức chuyên ngành, áp dụng tốt linh hoạt vào thực t iễn Mục đích nghiên cứu đề tài Trong q trình thực đồ án phải tìm tịi, trao đổi kiến thức, tổng hợp để vận dụng vào thiết kế cho việc thiết kế hệ thống điều khiển bàn lật gạch đảm bảo kỹ thuật, phù hợp với yêu cầu thực tế Đối tượng nghiên cứu Hệ thống bàn lật gạch dây chuyền ép sấy nhà máy Nhà máy gạch ốp lát Sao Đỏ Nhiệm vụ đề tài Để thực mục đích nêu trên, đề tài cần giải nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống bàn lật gạch dây chuyền ép sấy Nhà máy gạch ốp lát Sao Đỏ - Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển cho bàn lật gạch băng chuyền ép sấy - Nghiên cứu hệ thống tự động hóa hệ thống bàn lật gạch dây chuyền ép sấy Phương pháp nghiên cứu Để giải nhiệm vụ đề tà i, tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp sau: 96 97 4.3 Mô hệ thống WinCC Từ chương trình điều khiển bàn lật gạch băng chuyền ép sấy ta thiết kế giao diện giám sát Wincc với bảng khai báo biến đầu vào đầu sau: Bảng 4.3 Bảng khai báo đầu vào đầu Wincc 98 Xây dựng giao diện Wincc: Hình 4.7 Giao diện chạy Runtime mơ hình Hình 4.8 Giao diện chạy Runtime gạch đến bàn lật 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu, làm việc thực tế viết đồ án, với giúp đỡ nhiệt tình TS Khổng Cao Phong thầy mơn Tự động hóa mỏ Trường ĐH Mỏ địa chất, đồng chí giáo viên trường Đại Học Sao Đỏ đồng chí trưở ng phân xưởng điện Nhà máy gạch ốp lát Sao Đỏ đến luận văn với đề tài: “Nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển bàn lật gạch dây chuyền sản xuất gạch Ceramic công nghệ PLC” hồn thành theo nhiệm vụ thiết kế luận văn đặt Ở tác giả nghiên cứu, phát triển hệ thống điều khiển công đoạn sản xuất bàn lật gạch băng chuyền sấy ép Nhưng qua việc nghiên cứu nắm toàn q trình xây dựng hệ thống hồn thiện cho nhà máy Sau hoàn thành đề tài tác giả đạt số kết lý thuyết thực nghiệm sau: Về mặt lý thuyết: - Nghiện cứu, tìm hiểu nắm vữn g sở kỹ thuật hệ thống điều khiển bàn lật gạch - Nghiên cứu công nghệ sản xuất, qui trình vận hành nhà máy sản xuất gạch C eramic - Từ sở nghiên cứu thiết kế hệ thống điều ển cho số nhà máy khác Về mặt tực tiễn: - Sử dụng phần mềm Step WinCC thiết lập cấu hình, thiết kế giao diện mơ hệ thống đo lường điều khiển bàn lật gạch băng chuyền ép -sấy Giúp người đọc nắm chức nguyên lý hoạt động phần mền điều khiển giám sát tổng thể toàn hệ thống - Tác giả tham gia khảo sát thực tế hệ thống đo lường điều khiển nhà máy gạch ốp lát Sao Đỏ 100 KIẾN NGHỊ Hệ thống điều khiển bàn lật gạch nhà máy sản xuất gạch chiếm vị trí quan trọng Việc tìm hiểu phương pháp thiết kế, xây dựng ứng dụng vào thực tế yêu cầu ngày trở lên cấp thiết giai đoạn Luận văn đưa phương pháp thiết kế gi ám sát hệ thống bàn lật gạch băng chuyền ép sấy Hiện nhiều dự án lớn thường nhập đồng từ nước ngoài, từ phần cứng đến phần mềm Các hệ thống nói chung hoạt động ổn định tin cậy Tuy nhiên doanh nghiệp muốn nâng cấp, mở rộng sản xuất, đổi công nghệ phải lệ thuộc vào nhà cung cấp ban đầu Điều gây nhiều khó khăn Để chủ động trước khó khăn việc tập trung nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động, tìm giải pháp kỹ thuật ch o việc từ thiết cải tạo nâng cấp việc làm có nhiều ý nghĩa ngồi việc tiết kiệm lượng ngoại tệ lớn cịn tiếp thu cơng nghệ đại chủ động tình sản xuất Bên cạnh giải pháp kỹ thuật cần tăng cường công tác kiểm tra giám sát nhằm đảm bảo an toàn cho hệ thống bàn lật gạch hoạt động tốt Cùng với phải quan tâm đến việc tổ chức, học tập bồi dưỡng nâng cao hiệu vận hành cho hệ thống bàn lật gạch dây chuyền ép sấy để nâng cao trình sản xuất 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO Các tài liệu kỹ thuật hệ thống bàn lật gạch Nhà máy gạch ốp lát Sao Đỏ Ngô Quang Hà, Trần Văn Trọng, Kỹ thuật điều khiển lập trình , Đại học sư phạm kỹ thuật Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh (1997), Tự động hóa với simatic S7-200, NXB Nông nghiệp, Hà Nội Trần Thị Hà, Trần Thị Hồng Oanh,Trần Quang Huy(2008), Tự động hóa cơng nghiệp với S7 PROTOOL, NXB Hồng Đức, Hà Nội Trần Văn Thịnh, Hà Xn Hịa (2010), Tự động hóa điều khiển thiết bị điện , Nhà xuất Giáo Dục Thái Duy Thức, Phan Minh Tạo (2001), Cơ sở lý thuyết truyền động điện tự động, NXB giao thông vận tải Hà Nội Thái Duy Thức, Phan Minh Tạo (2000), Thiết kế truyền động điện tự động , NXB giao thông vận tải Hà Nội Tài liệu Siemens: ( www Siemens.com, http://support.automation.siemens.com) - Simatic S7 Catalog 2007 - PLC Manaul - Simatic Net catalog - Simatic HMI catalog - MicroCoputing Manual - Win CC Flexible 2007 Manual 102 PHỤ LỤC Phương pháp lập trình theo lưu đồ thuật toán (FLOWCHART BASED DESIGN) Nội dung phương pháp: Một q trình có bước xử lý thích hợp sử dụng lưu đồ để thiết kế chương trình Các bước lưu đồ thực theo trình tự đơn giản Các khối nối với mũi tên nhằm r a bước thực Các khối khác diễn tả lệnh khác Chương trình PLC ln bắt đầu khối Start sử dụng khối Stop chương trình ln chạy liên tục Các bước thực phương pháp lập trình theo lưu đồ thuật toán : Bước Xây dựng lưu đồ thuật toán Xây dựng lưu đồ thuật toán thực theo bước sau: Bước 1.1:Tìm hiểu trình hoạt động hệ thống Bước 1.2: Xác định hoạt động chính, biểu diễn dạng lưu đồ Bước 1.3: Xác định trình tự hoạt động, biểu diễn liên kết mũi tên Bước 1.4: Khi trình tự hoạt động hay đổi, sử dụng khối kiểm tra (Decision) để thực rẽ nhánh Bước Lập trình Trong phần chia thành bước nhỏ Bước 2.1: Đặt tên cho khối lưu đồ thuật toán Mỗi khối đánh số chuyển thành Lader Mỗi khối lưu đồ chuyển thành khối logic bậc thang Có thể sử dụng set, reset hoạt động khối khối thực chuơng trình SBR Bước 2.2: Viết logic lader cho trạng thái khởi động PLC Bước 2.3: Viết logic lader cho khối chức lưu đồ thuật tốn 103 Ví dụ: Hệ thống điều khiển thùng nước Sơ đồ công nghệ hệ thống điều khiển thùng nước Khi nhấn nút khởi động nước đổ vào thùng van xả đầu khóa lại Khi bể đầy nút dừng đ ược nhấn van xả đầu mở nước vào ngừng 104 Bước Biểu diễn toán dạng lưu đồ Lưu đồ điều khiển thùng nước 105 Bước 2: Lập trình Bước 2.1 Đặt tên cho khối lưu đồ thuật toán ưu đồ đồ ối trong llưu ên cho cho các kh khối Đặt tên 106 Bước 2.2 Viết logic Ladder cho trạng thái đầu (khởi động) PLC Bước 2.3 Viết logic ladder cho khối chức lưu đồ thuật tốn 107 108 Ngồi phần lập trình sử dụng bít để lập tr ình Đặt tên cho khối chuyển tiếp Đặt tên cho khối lưu đồ 109 Lập giản đồ thang cho chuyển tiếp Lập giản đồ thang cho trạng thái lưu đồ thuật toán đầu hệ thống 110 ... - Công nghệ sản xuất gạch Ceramic - Các thiết bị hệ thống bàn lật gạch dây chuyền ép sấy - Giới thiệu hệ thống bàn lật gạch dây chuyền ép sấy - Phân tích thiết kế điều khiển cho hệ thống bàn lật. .. ? ?Nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển bàn lật gạch dây chuyền sản xuất gạch ceramic công nghệ PLC? ?? 35 Chương TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BÀN LẬT GẠCH VÀ BĂNG CHUYỀN ÉP SẤY 2.1 Bàn lật. .. ĐỊA CHẤT PHẠM THỊ DIỄM HƯƠNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÀN LẬT GẠCH TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT GẠCH CERAMIC TRÊN NỀN CÔNG NGHỆ PLC Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60520216