Ứng dụng plc để tự động hoá máy cắt sản phẩm trong nhà máy nhựa cubic thành phố vinh

bộ giáo dục đào tạo tr-ờng đại học mỏ - địa chất PHAN HAI NAM NG DUNG PLC ấ TỰ ĐỘNG HOÁ MÁY CẮT SẢN PHẨM TRONG NHÀ MÁ Y NHỰ CUBIC – THÀNH PHỐ VINH LUẬN VĂN THẠC S K THUT HA NễI -2013 giáo dục đào tạo tr-ờng đại học mỏ - địa chất PHAN HẢI NAM ỨNG DỤNG PLC ĐỂ TỰ ĐỘNG HÓA MÁY CẮT SẢN PHẨM TRONG NHÀ MÁ Y NHỰA CUBIC THÀNH PHỚ VINH Chun nghành: Mã số: Tự Động Hóa 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Đức Khoát HÀ NỘI - 2013 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, Việt Nam với điều kiện kinh tế , sở vật chất, trình độ người ở mơ ̣t số ngành nghề còn thấ p nên hệ thống dây chuyền sản xuất tự động sử dụng chưa mang tính chất đồng bộ, tính tự động hóa chưa cao, chưa sử dụng rộng rãi Vì việc nghiên cứu tìm hiểu, thiết kế, xây dựng hệ thống sản xuất tự động hóa hướng quan trọng chiến lược phát triển kinh tế, phát triển kỹ thuật công nghệ Việt Nam Xuất phát từ điều đó, giúp đỡ, định hướng thầy giáo hướng dẫn, PGS-TS Nguyễn Đức Khoát qua quá triǹ h sữa chữa thực tế ta ̣i nhà máy nhựa cubic tai TP Vinh – Nghê ̣ An , chọn thực đề tài “ Ứng dụng PLC để tự đơng hóa máy cắt sản phẩm nhà máy nhựa CUBIC- TP Vinh” nhằm nâng cao khả làm việc , hiê ̣u quả ,tính ổn định, đảm bảo tính tin cậy hệ thống, giảm thiểu cố xảy Mục đích phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài - Ứng dụng thiết bi công nghệ để nâng cao suất tính ổn định nhà máy - Tiết kiệm giảm thiểu cố trình sản xuất - Xây dựng phần mềm giám sát điều khiển cắt sản phẩm tự động 2.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu thực tế về máy cắ t sản phẩ m tự đô ̣ng tại nhà máy nhựa CuBic Thành phố Vinh – Nghệ An.để có hướng tự động hoá dây chuyền cắ t sản phẩ m tự đô ̣ng Phương pháp nghiên cứu - Thống kê, đo lường, thu thập số liệu phục vụ cho công tác nghiên cứu - Ứng dụng công nghệ tự động hố q trình giám sát, điều khiển Nội dung nghiên cứu - Giới thiệu máy cắt sản phẩm nhà máy nhựa CUBIC - Ứng dụng PLC S7 -200 để tự động hóa máy cắt sản phẩm nhựa CUBIC - Xây dựng dao diện giám sát điều khiển máy cắt sản phẩm tự động Ý nghĩa khoa học thực tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học Ứng dụng PLC để tự đông hóa máy cắt sản phẩm nhà máy nhựa CUBIC- TP Vinh” nhằm nâng cao khả làm việc, tính ổn định, đảm bảo tính tin cậy hệ thống, giảm thiểu cố xảy 5.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Đánh giá trạng , tự đô ̣ng hoá và giám sát điề u khiể n hệ thống máy cắ t sản phẩ m nhựa CuBic Cấ u trúc luâ ̣n văn Luận văn xây dựng làm chương : Chương : Tổng quan dây chuyề n công nghê ̣ nhà máy nhựa Cubic Chương : Máy cắt sản phẩm tự động Chương : Ứng dụng PLC S 7- 200 tự đô ̣ng hoá máy cắ t sản phẩ m và xây dựng giao diê ̣n giám sát điề u khiể n Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Học viên thực Phan Hải Nam Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TRONG NHÀ MÁY NHỰA CUBIC 1.1 Giới thiệu nhà máy sản xuấ t ̣a cubic Công ty CP công nghiê ̣p và phát triể n xây dựng miề n bắ c có tru ̣ sở chính ta ̣i ngã tư sân bay vinh phía bắc cách sân bay vinh 1km Phía đơng cách cảng cửa lò 7km Phía tây cách đường quốc lộ 1A là 1km đường xuố ng khu du lịch biể n cửa lò trang web công ty : http://vilaconic.com Là công ty sản xuất đa ngành sản phẩm nhựa cơng ty đánh giá cao có uy tín thi ̣trường các sản phẩ m nhựa , với đô ̣i ngũ cán b ộ kỹ thuật có kinh nghiệm lâu năm nhà máy không ngừng đầu tư mở rộng quy mô sản xuấ t nghiên cứu đổ i mới dây chuyề n công nghê ̣ hiê ̣n đa ̣i cho đời những sản phẩ m đa ̣t tiêu chuẩ n chấ t lươ ̣ng cao đảm bảo tiń h kỹ thuâ ̣t , mỹ thuật và sự đa dạng mẫu mã , màu sắc tự nhiên mang đến không gian sống sang trọng lịch lãm độc đáo Đặc biệt sản phẩm có ưu vượt trội : Cửa nhựa ri , ốp tường , tấ m trầ n nhựa là sự lự cho ̣n hàng đầ u cho hộ cao cấp ,các nhà biệt thư khu nghỉ dưỡng khách sạn văn phòng Bên ca ̣nh thế ma ̣nh về ngành nhựa công ty cò n phát triể n thêm nhiề u liñ h vực xây lắ p công trin ̀ h xây dựng giao thông và mở rô ̣ng phát tr iể n liñ h vực xuấ t khẩ u hàng hoá các mă ̣t hàng nông sản , nhựa đường , hố chất Cơng ty Tổ Chức Chứng Nhận VINACERT công nhận đạt chuẩn chất lượng ISO 9001:2008 1.2 Giới thiệu dây chuyền sản xuất nhà máy nhựa Cubic Nhà máy nh ựa Cubic gồ m nhiề u phân xưởng sản xuấ t với dây chuyền sau : Máy tạo hạt nhựa , dây chuyề n sản xuấ t tấ m nhựa , phào nhựa , dây chuyề n in và đóng gói sản phẩ m 1.2.1 Máy tạo hạt nhựa Qui trình cơng nghệ sản xuất hạt nhựa loại sau: Hình 1.1 Hình ảnh của máy tạo hạt nhựa: Bao bì nhựa PE,PP,PET Làm sạch bụi Máy nghiền Máy đùn Khn định hình Máy cắt Sấy khơ Thành phẩm Hình 1.2 Quy trình công nghê ̣ sản xuấ t Thuyết minh: Bao bì nhựa PE,PP,PET loại nhập từ nước về, đem làm sạch bụi cần thiết Ta chỉ làm sạch bụi bao bì mà độ vệ sinh không đảm bảo cho qua qui trình sản xuất Sau bao bì nhựa PE, PP,PET đạt vệ sinh cần thiết chuyển vào tổ hợp qui trình sản xuất sau: Đầu tiên bao bì nhựa đưa qua máy nghiền nhằm nghiền nhỏ bao bì thành phần tử nhỏ Sau dó phần tử nhỏ đưa vào máy đùn có gia nhiệt nhằm làm dẻo phần tử nhỏ từ bao bì nhựa tạo thành hỗn hợp nhựa dạng dẻo Tại máy đùn có cho chất phụ gia, chất tạo màu với tỉ lệ phù hợp theo yêu cầu khách hàng Tiếp theo hỗn hợp đưa vào khn định hình cắt thành hạt nhỏ tùy theo nhu cầu khách hàng Sau cắt hạt nhựa đưa qua nước để định hình hạt nhựa làm nguội hạt nhựa Cuối hạt nhựa sấy khô chuyển sang cơng đoạn đóng gói xuất xưởng có nhu cầu 1.2.2 Dây chuyền sản xuất nhựa Quy trình cơng nghệ dây chù n sản x́ t tấ m nhựa sau : Hê ̣ thố ng đẩ y sản phẩ m Hê ̣ thố ng lăn Hê ̣ thố ng cắ t sản phẩ m Hê ̣ thố ng làm mát Tạo khuôn Hê ̣ thố ng gia nhiêṭ Hê ̣ thố ng tủ điều khiể n Phiễu cấ p liêụ Hô ̣ p số Động vít tải Hình 1.3 Hình ảnh của dây chuyền sản xuất tấm nhựa Cấ p nguyên liê ̣u Máy ép đùn Hê ̣ làm mát Hê ̣ thố ng dàn kéo Máy cắt sản phẩ m Hê ̣ thố ng đẩ y sản phẩ m vào thùng chứa Hình 1.4 Quy trình dây chuyề n công nghê ̣ sản xuấ t 1.2.2.1.Phiễu cấ p liê ̣u Phễu cấp liệu đặt thân máy ép đùn Nguyên liệu đóng bao cơng nhân đổ vào phễu cấp liệu hoặc hút từ xi lô chứa nguyên liệu nhờ bơm hút qua đường ống (bên có băng tải lò xo ) Tại phễu cấp liệu nguyên liệu rải xuống hút máy ép đùn nhờ trục vít lai động khơng đồng ba pha rơto lồng sóc 1.2.2.2.May ep un Phễu cấp liệu Băng nhiệt Đầu hình Tủ điều khiển Động Hỡnh 1.5 May ep đùn Máy ép đùn có nhiệm vụ tạo sản phẩm nhựa từ hạt nhựa phụ gia Cấu tạo máy ép đùn gồm: Vỏ máy: vỏ máy(xilanh nhiệt) gồm hai lớp kim loại: Bên trong: lớp kim loại có khả chịu mài mòn cao Bên ngồi: chia thành khoang nhiệt tại bố trí băng nhiệt vòng dây điện trở lồng ống sứ, thân băng nhiệt có lỗ giắc để cắm nhiệt ngẫu (thermocouple) để cảm biến điều khiến giói hạn nhiệt độ cơng tác Với máy ép đùn sản xuất có trục vít Trục vít lai động chiều kích từ độc lập thông qua hộp số, bánh trung gian Trong lòng trục vít có đường dẫn dầu cân nhiệt trục vít trường hợp nhiệt độ 58 dụng, Runtime máy tính ta chọn WinCC flexible runtime hình Hình 3.15: Danh sách các loại màn hình WinCC flexible - Bước 3: Chọn điều khiển thiết lập truyền thơng Hình 3.16: Thiết lập conections 59 - Chọn Communication driver: S7-200 (đặt chế độ Online: on) - Chọn Interface: MPI/DP - Baud rate: 19200 - Address cho HMI : - Trong mục Type chọn simatic, access point: S7ONLINE - Address cho PLC : - Network (profile) : MPI 3.6.2 Xây dựng giao diện tổng thể, giao diện vận hành giám sát Vào mục Screen tạo hình đặt tên: - Màn hình chính: “MAIN” Hình 3.17: Thiết kế giao diện màn hình chính - Màn hình giao diện tổng thể: “MOHINH” 60 Hình 3.18: Thiết kế giao diện mô hình và vận hành - Màn hình giao diện giám sát trạng thái thiết bị: “TT THIẾT BỊ” Hình 3.19: Thiết kế giao diện giám sát 61 3.6.3 Lập trình gắn địa cho biến chạy Run time Vào mục tag communications thiết lập tag điều khiển hình sau: Hình 3.20: Thiết lập các tag điều khiển - Đặt tên biến mục name - Đặt kiểu liệu Address cho biến, cần ý wincc truy cập miền I S7-200 nên thay miền M, phải thay đổi chương trình PLC - Đặt acquisition cycle: 100ms Sau lập xong tag ta chạy Runtime vận hành cho dây chuyền 62 Hình 3.21: Màn hình giao diện chính 63 Hình 3.22: Màn hình giao diện mơ hình và vận hành 64 Hình 3.23: Màn hình giao diện giám sát trạng thái thiết bị 3.7 Nhâ ̣n xét Với hệ thống điều khiển phần đáp ứng yêu cầu công nghệ đặt ra, giúp người vận hành chủ động việc quản lý thiết bị, điều chỉnh tốc độ bàn cắt phù hợp với tốc độ đùn sản phẩm nhờ biến tần Tuy nhiên, để hệ thống vận hành cách xác cần lắp đặt hệ thống xác khí khí nén Để nâng cao khả tự động hóa cho dây chuyền thiết kế thêm giao diện giao tiếp người vận hành hệ thống, Khi việc quản lý trình làm việc thiết bị dễ dàng hơn, đặt số lượng sản phẩm theo đơn hàng Hệ thống điều khiển hy vọng đươ ̣c thực tại nhà máy nhựa CUBIC- Nghệ An, Mong rằ ng phần sẽ đáp ứng yêu cầu nhà máy Trong trình vận hành từ máy tình hoặc từ bàn điều khiển tay khơng có vấn đề xảy 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận Sau mô ̣t thờ i gian tìm hiểu thực tế tại nhà máy nhựa CuBic , tìm hiểu tài liê ̣u , phầ n mề m của bô ̣ môn liên quan và giáo mơn tự động hố đươ ̣c sự gúp đỡ của các thầ y cô – Trường đa ̣i ho ̣c Mỏ Điạ Chấ t , Đặc biệt thầ y giáo ,PGS.TS Nguyễn Đức Khoát Tác giả hoàn thành luận văn với những kế t quả đa ̣t đươ ̣c sau 1.Những vấ n đề đa ̣t đươ ̣c - Khảo sát hệ thống điện tại nhà máy nhựa CuBic dây chuyền sản xuấ t tấ m nhựa tự đô ̣ng - Nghiên cứu và sử du ̣ng phầ n mề m mô phỏng khí nén Festo Fluidsim - Nghiên cứu và sử du ̣ng phầ n mề m PLC - Wicc - Nghiên cứu cải tiế n theo hướng tự đô ̣ng hoá máy cắ t nhựa tự đô ̣ng sử du ̣ng PLC-S7-200 kế t hơ ̣p biế n tầ n OMRON và xây dựng giao diê ̣n giám sát điề u khiể n ̣ thố ng 2.Những vấ n đề cầ n giải quyế t - Nghiên cứu các giải pháp để tự đô ̣ng hoá toàn bô ̣ quá triǹ h dây chuyề n sản xuấ t tấ m nhựa tự đô ̣ng - Xây dựng giao diê ̣n người máy để kiể m soát chiń h xác quá triǹ h sản xuấ t đa ̣t hiê ̣u quả cao nhấ t và linh đô ̣ng quá triǹ h điề u khiể n II Kiến nghị Áp dụng kết nghiên cứu phục vụ công tác giảng dạy nhằm nâng cao chất lượng đào tạo nghiên cứu khoa học trường 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy NXB Hồng Đức Tự động hóa cơng nghiệp- Lập trình với S7 wincc Vũ Quang Hồi, Nguyễn Văn Chất, Nguyễn Thị Liên Anh Trang bị điện – Điện tử máy công nghiệp dung chung, NXB Giáo dục 2001 Nguyễn Dỗn Phước, Phan Xn Minh (1997) Tự động hóa với SIMATIC S7-200,ĐHBKHN Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Võ Thạch Sơn, Đào Văn Tân Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển NXB KHKT_HN, 2001 Truyền Động - Tự Động Khí Nén - Th S Phan Văn Khảo , Nxb KHKT, 2007 Thái Duy Thức Cơ sở truyền động điện tự động NXB GTVT, 2000 Hê ̣ thố ng khí nén thuỷ lực – Nguyễn Phúc Đáo ,Trường ĐHKTSP Hưng n 2007 Tạp chí tự động hóa ngày Tài liệu n hà máy nhựa CuBic TP Vinh 10 11 Siemens AG: Simatic S7-200 Programmable Controller System Manual Catalog đặc tính kỹ thuật loại biến tần hãng như: Siemens, Schneider, Hitachi, Omron, Altivar, Toshiba 67 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài 2.2 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học 5.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Cấ u trúc luâ ̣n văn Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TRONG NHÀ MÁY NHỰA CUBIC 1.1 Giới thiệu nhà máy sản xuấ t nh ựa cubic 1.2 Giới thiệu dây chuyền sản xuất nhà máy nhựa Cubic 1.2.1 Máy tạo hạt nhựa 1.2.2 Dây chuyền sản xuất nhựa 1.2.2.1.Phiễu cấ p liê ̣u 1.2.2.2.Máy ép đùn 1.2.2.3.Bể chân không và làm mát 1.2.2.4 Dàn kéo 10 1.2.2.5 Cụm máy cắt t ự đô ̣ng 11 1.2.2.6 Hê ̣ thố ng đẩ y sản phẩ m 12 1.2.3 Dây chuyền phủ màu đóng gói sản phẩm 13 Chương 2: MÁY CẮT SẢN PHẨM NHỰA TỰ ĐỘNG 14 2.1 Tìm hiểu máy cắt sản phẩm tự động loại cắt dọc 14 68 2.1.1 Phân tích quy trình cơng nghệ 14 2.1.2 Phân tích sơ đồ điều khiển có 16 2.1.3 Thông số kỹ thuật thiết bị 19 2.1.4 Phân tích ưu nhược điểm sơ đồ điều khiển tại 20 2.1.4.1 Khái niệm ph ương pháp điều khiển nối cứng ( Hard - wierd control ) 20 2.1.4.2 Phương pháp điều khiển lập trình 21 2.1.4.3 Ưu và nhược điể m ̣ thố ng hiê ̣n ta ̣i 22 2.2 Nhâ ̣n xét 23 Chương 3: ỨNG DỤNG PLC S7 – 200 TỰ ĐỘNG HOÁ CỤM CẮT SẢN PHẨM VÀ XÂY DỰNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN 24 3.1 Phân tích chọn phương án tự động hoá hệ thống cắt sản phẩm tự động 24 3.2 Lựa chọn thiết bị sử dụng cho dây chuyền 25 3.2.1 Bộ điều khiển lập trình PLC 25 3.2.2 Động kéo bàn cắt biến tần điều chỉnh tốc độ 28 3.2.2.1 Động kéo bàn cắt 28 3.2.2.2 Lựa chọn biến tần 28 3.2.3 Lựa chọn cảm biến 32 3.3 Xây dựng thuật toán điều khiển cho hệ thống 33 3.3.1 Lưu đồ thuật toán 33 3.3.2 Khai báo địa chỉ vào – cho hệ thống 34 3.4 Sơ đồ kết nối hệ thống 36 3.4.1 Thống kê thiết bị sử dụng hệ thống 36 3.4.2 Sơ đồ cấp khí cho xilanh 38 3.4.3 Sơ đồ kết nối PLC 38 3.5 Lập trình điều khiển cho dây chuyền cắt tự động 40 3.5.1 Giới thiệu phần mềm nguyên tắc lập trình PLC S7-200 40 69 3.5.2 Chương trình điều khiển hệ thống 44 3.5.3 Kết nối Microwin với PC download chương trình xuống PLC 55 3.6 Xây dựng giao diện giám sát điều khiển máy cắt sản phẩm tự động 57 3.6.1 Khái quát phần mềm điều khiển giám sát Wicc Flexible 57 3.6.2 Xây dựng giao diện tổng thể, giao diện vận hành giám sát 59 3.6.3 Lập trình gắn địa chỉ cho biến chạy Run time 61 3.7 Nhâ ̣n xét 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 I Kết luận 65 II Kiến nghị 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 70 DANH MỤC BẢNG TT Nội dung Trang Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật thiết bị hiê ̣n ta ̣i 19 Bảng 3.1: Cài đặt thông số cho biến tần 31 Bảng 3.2: Liệt kê tín hiệu đầu vào PLC 34 Bảng3.3: Liệt kê đầu PLC 35 Bảng 3.4:: Thống kê thiết bị đã cải tiế n 36 71 DANH MỤC HÌNH VẼ Nội dung Hình Trang Hình 1.1 Hình ảnh máy tạo hạt nhựa Hình 1.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất Hình 1.3 Hình ảnh dây chuyền sản xuất nhựa Hình 1.4 Quy trình dây chuyền sản xuất Hình 1.5 Máy ép đùn Hình 1.6 Bể chân khơng – làmmát Hình 1.7 Dàn kéo 10 Hình1.8 Máy cắt tự động 11 Hình1.9 Hệ thống lật sản phẩm 12 Hình1.10 Máy in sản phẩm 13 Hình2.1 Cụm cắt sản phẩm 14 Hình 2.2 Sơ đồ mạch khí nén máy cắt tại 16 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển máy cắt tại 16 Hình 2.4 Sơ đồ mạch động lực máy cắt tại 17 Hình 2.5 Phương pháp nối cứng 21 Hình 2.6 Phương pháp lập trình 22 Hình 3.1 Hình ảnh thực CPU 226 26 Hình3.2 Sơ đồ đấu dây CPU 226 loại DC/DC/DC 27 Hình3.3 Sơ đồ đấu dây CPU 226 loạiAC/DC/RLY 27 Hình3.4 Hình ảnh loại biến tần OMRON 29 Hình3.5 Sơ đồ đấu dây 3G3EJX 30 Hình3.6 Sơ đồ đấu dây cảm biến từ trường 32 Hình3.7 Lưu đồ thuật tốn điều khiển 33 Hình3.8 Sơ đồ đấu nối mạch khí nén 38 Hình3.9 Sơ đồ kết nối PLC 39 Hình3.10 Giao diện phần mềmMicrowin V4.0 40 72 Hình3.11 Set PG/PC cho cáp truyền thong máy tính 55 Hình3.12 Thiết lập System Block cho PLC 56 Hình3.13 Giaodiện chương trình trạng thái RUN 56 Hình3.14 Giao diện hình trongWinCC flexible 57 Hình 3.15 Danh sách loại hình trongWinCC flexible 58 Hình 3.16 Thiết lập Connection 58 Hình 3.17 Thiết kế giao diện hình 59 Hình 3.18 Thiết kế giao diện mơ hình vận hành 60 Hình 3.19 Thiết kế giaodiện giámsát 60 Hình 3.20 Thiết lập tag điềukhiển 61 Hình 3.21 Màn hình giao diện 62 Hình 3.22 Màn hình giaodiệnmơhìnhvàvậnhành 63 Hình 3.23 Màn hình giao diện giám sát trạng thái thiết bị 64 ... - Ứng dụng cơng nghệ tự động hố q trình giám sát, điều khiển Nội dung nghiên cứu - Giới thiệu máy cắt sản phẩm nhà máy nhựa CUBIC - Ứng dụng PLC S7 -200 để tự động hóa máy cắt sản phẩm nhựa CUBIC. .. diện giám sát điều khiển máy cắt sản phẩm tự động Ý nghĩa khoa học thực tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học Ứng dụng PLC để tự đơng hóa máy cắt sản phẩm nhà máy nhựa CUBIC- TP Vinh? ?? nhằm nâng cao khả làm... sữa chữa thực tế ta ̣i nhà máy nhựa cubic tai TP Vinh – Nghê ̣ An , chọn thực đề tài “ Ứng dụng PLC để tự đơng hóa máy cắt sản phẩm nhà máy nhựa CUBIC- TP Vinh? ?? nhằm nâng cao khả làm việc