Bộ giáo dục đào tạo Trường Đại học mỏ - địa chất Hà Nội Bùi xuân khương Nghiên cứu ứng dụng điều khiển nâng cao chất lượng điều khiển giám sát dây chuyền công nghệ ép nhựa bao bì màng mỏng công ty tnhh toàn mỹ- hải phòng Chuyên ngành : Tự động hóa Mà số : 60.52.60 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học PGS.TS đào văn tân Hà Nội - 2009 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình riêng Tôi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Bùi Xuân Khương Lời cảm ơn Luận văn Nghiên cứu ứng dụng điều khiển nâng cao chất lượng điều khiển giám sát dây chuyền công nghệ ép nhựa bao bì màng mỏng Công ty TNHH Toàn Mỹ, Hải Phòng hoàn thành với nỗ lực nghiêm túc thân, giúp đỡ thầy giáo hướng dẫn bạn đồng nghiệp Tôi xin trân trọng cảm ơn Thầy giáo PGS.TS Đào Văn Tân đà hướng dẫn, định hướng cho Tôi trình thực luận văn Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Thầy giáo Bộ môn Tự đông hoá xí nghiệp Mỏ Dầu khí, Khoa Cơ - Điện, Trường Đại học Mỏ - Địa chất đà tận tình hướng dẫn đóng góp ý kiến trình Tôi thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ, công nhân viên, đặc biệt Ông Nguyễn Sĩ Nghĩa Phó giám đốc Công ty TNHH Toàn Mỹ, Hải Phòng đà giúp đỡ Tôi trình tìm hiểu, thu thập sè liƯu tõ thùc tÕ vỊ øng dơng c¸c bé điều khiển đại dây chuyền ép nhựa bao bì màng mỏng Công ty TNHH Toàn Mỹ, Hải Phòng Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Thầy giáo, Cô giáo Bộ môn Tự động hoá, Khoa Điện, Ban giám hiệu Trường đại học công nghiệp Quảng Ninh đà tạo điều kiện thuận lợi thời gian động viên cổ vũ Tôi trình Tôi thực đề tài Với thời gian kiến t hức có hạn chắn luận văn nhiều thiếu sót, kính mong thầy, cô bạn đồng nghiệp góp ý để luận văn hoàn thiện Tác giả luận văn Bùi Xuân Khương -1- Mục lục Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Bảng kí hiệu chữ vi ết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị Mở đầu 10 Chương 12 Tổng quan dây chuyền công nghệ ép nhựa bao bì màng 12 mỏng Công ty TNHH Toàn Mỹ, Hải Phòng 1.1.Các kiểu máy ép nhựa có thị trường 12 1.1.1.Máy ép nhựa kiểu nằm - hệ thống điều khiển thuỷ lực (hình 1.1) 12 1.1.2.M¸y Ðp nhùa kiĨu n»m - hƯ thèng điều khiển điện (hình 1.2) 14 1.1.3.Máy ép nhựa kiểu n»m - hƯ thèng ®iỊu khiĨn ®iƯn - thủ lùc (hình 14 1.3 ) 1.1.4.Máy ép nhựa kiểu đứng - hệ thống điều khiển điện (hình 1.4) 15 1.1.5.Máy ép nhùa kiĨu ®øng - hƯ thèng ®iỊu khiĨn thủ lùc (hình 1.5) 15 1.2.Trang thiết bị thuỷ lực - khí nén cho hệ thống điều khiển chấp 16 hành máy ép nhựa 1.3.Cấu tạo máy ép nhựa 17 1.4.Công nghệ ép nhựa bao bì màng mỏng Công Ty TNHH Toàn Mỹ 19 Chương 24 Phân tích đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển 24 dây chuyền công nghệ ép nhựa bao bì màng mỏng Công ty TNHH Toàn Mỹ, hải Phòng 2.1 Hệ thống máy ép nhựa bao bì màng mỏng 24 2.1.1 CÊu t¹o cđa mét sè bé phËn chÝnh 24 -2- 2.1.2.Nguyên lý hoạt động 28 2.2 Hệ thống máy cắt nhựa bao bì màng mỏng Công ty TNHH Toàn 29 Mỹ 2.2.1 Nguyên lý hoạt động máy cắt nhựa màng mỏng 29 2.2.2 Cấu tạo phận 30 2.2.3.Nguyên lý hoạt động 31 2.2.4.Các loại cảm biến 34 2.2.5 Quá trình công nghệ điều khiển máy cắt bao bì màng mỏng 37 2.3.Thiết bị lập trình PLC 38 2.3.1.Giới thiệu PLC 38 2.3.2.Vai trò PLC 39 2.3.3.Cấu tạo PLC 40 2.3.4.CÊu tróc phÇn cøng cđa hƯ thèng PLC S7 -300 41 2.3.5.CÊu tróc bé nhí cđa CPU cđa S7 -300 43 2.3.6.Vòng quét chơng trình 45 2.3.7.Kỹ thuật lập trình 46 Chương 57 Nhận dạng hệ thống, xây dựng sơ đồ cấu trúc mô 57 hệ thống điều khiển ổn định nhiệt độ dây chuyền công nghệ ép nhựa bao bì màng mỏng 3.1.Công nghệ thông số th ực nghiệm lò nhiệt điện trở 57 3.2 Nhận dạng hệ thống lò nhiệt điện trở 58 3.2.1 Lý thut nhËn d¹ng hƯ thèng 58 3.2.2 Nhận dạng hệ thống lò điện trở 66 3.3 Các phương pháp điều khiển lò nhiệt 67 3.3.1 Điều khiển On/Off 67 3.3.2 Bé ®iỊu khiĨn tû lƯ 67 3.3.3 Bộ điều khiển tỷ lệ vi phân 68 3.3.4.Bộ ®iỊu khiĨn tû lƯ - tÝch ph©n - vi ph©n 69 3.3.5.Bộ điều khiển tỷ lệ - tích phân PI 69 -3- 3.4 Cơ sở lý thuyết băm xung áp xoay chiều 69 3.5.Xây dựng mô hình Matlap hệ thống ổn định nhiệt độ lò điệ n trở 74 tổng hợp điều khiển PID 3.5.1.Lựa chọn phương pháp tổng hợp tham số PID 74 3.5.2.Xây dựng mô hình cấu trúc Matlab 83 3.5.3 Kết mô Matlab Simulink 84 3.6.Môdule PID phần mềm Step7 -300 85 Chương 94 Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát máy ép nhựa 94 bao bì màng mỏng sử dụng phần mềm Wincc 4.1 Hệ thống điều khiển SCADA 94 4.1.1 Định nghĩa SCADA 94 4.1.2 Phân loại hệ thống SCADA 94 4.1.3 Những chuẩn đánh gi¸ mét hƯ SCADA 95 4.1.4.CÊu tróc chung cđa hƯ SCADA 96 4.2 Mô hình phân cấp chức 97 4.2.1 Mô hình phân cấp 97 4.2.2 Chức nhiệm vơ cđa tõng cÊp 99 4.3 Giíi thiƯu phÇn mỊm WinCC 101 4.3.1 Các bước thao tác 102 4.3.2 Soạn thảo hình ảnh trình 102 4.3.3 Hiển thị biến trình 102 4.3.4 Thiết lập thông báo hệ thống 103 4.4 Kết mô hệ thống điều khiển giám sát dùng WinCC 103 KÕt ln 104 KiÕn nghÞ 106 Phơ lơc 107 -4- Danh mục ký hiệu chữ viết tắt STT Ký hiệu Giải thích 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 TNHH QC P KH KCS VD AT Wincc PLC S7-300 AI AO DI DO CPU PC XC LCD DI DO LAD IFM A/D SCADA Trách nhiệm hữu hạn Quy cách Phòng kế hoạch Kiểm định chất lượng Ví dụ áptomat Windows control center Programmable Logic Control Step7 -300 Analog Input Analog Output Digital Input Digital Output Central Processing Unit Personal Computer Xung Cheng Liquid Crystal Display Digital Input Digital Output Ladder Intergated Function Module Analog/Digital Supervisory Control And Data Acquisition 23 HMI Human Machine Interface 24 OP Operator Panel 25 TP Touch Panel 26 CDC Compact Digital Controller 27 RTU Remote Teminal Unit 28 MES Manufacturing Excution System 29 ERP Enterprise Resource Planning -5- Danh mục bảng STT Bảng Nội dung Trang Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật động điện máy sấy 22 Bảng 2.1 Máy ép nhựa màng mỏng DONGFENG 24 Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật phát nhiệt 27 Bảng 2.3 Màn hình hiển thị bảng điều khiển 33 Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật cảm biến tiếp liệu 36 Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật cảm biến hàn cắt túi in 37 Bảng 3.1 Bảng số liệu đo thực tế hoạt động lò 58 Bảng 3.2 Bng 3.3 Bảng thông số tiêu chuẩn Ziegler Nichols 82 10 Bảng 3.4 Mô t tham s ca b iu khin 88 Sè liƯu nhiƯt ®é theo thêi gian ®iƯn áp hiệu dụng đặt vào 220V 66 -6- Danh mục hình vẽ đồ thị Stt Hình Nội dung Trang Hình 1.1 Máy ép nhựa kiểu nằm - Hệ thống điều khiển thuỷ lực 13 Hình 1.2 Máy ép nhựa kiểu nằm - Hệ thống điều khiển điện 14 Hình 1.3 Máy ép nhựa kiểu nằm - hƯ thèng ®iỊu khiĨn ®iƯn thủ lùc 14 Hình 1.4 Máy ép nhựa kiểu đứng - hệ thống điều khiển điện 15 Hình 1.5 Máy ép nhựa kiĨu ®øng - hƯ thèng ®iỊu khiĨn thủ lùc 15 Hình 1.6 Van điều khiển piston 16 Hình 1.7 Các thiết bị thuỷ lực khác cho máy ép nhựa hÃng Festo 16 Hình 1.8 Máy Ðp nhùa dïng hƯ thèng ®iỊu khiĨn thđy lùc 17 Hình 1.9 Máy ép nhựa dùng hệ thống điều khiĨn ®iƯn - thủ lùc 18 Chi tiÕt bé phËn chế biến cấp nhựa nóng 19 10 Hình1.10 (a,b,c,d) 11 Hình 1.11 Quy trình sản xuất thử nhà máy 20 12 Hình 1.12 Sơ đồ công nghệ ép nhựa màng mỏng 20 13 Hình 1.13 Lô in hoạ tiÕt 22 14 H×nh 2.1 25 15 H×nh 2.2 16 Hình 2.3 Bếp nhiệt 26 17 Hình 2.4 Đường khí nén máy 27 18 19 20 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Trục vít phận liên quan Biểu đồ thị mối quan hệ kích thước khuôn thổi độ dày màng Sơ đồ nguyên lý hoạt động m áy đùn ép nhựa màng mỏng Sơ đồ mạch lực chế độ điều khiển chỗ máy ép nhựa bao bì màng mỏng (phụ lục 1) Sơ đồ mạch điều khiển chế độ điều khiển chỗ máy ép nhựa bao bì màng mỏng (phụ lục 2) 26 28 107 109 -7- 21 Hình 2.8 Hình ảnh máy cắt XUNG CHENG CONTROL 30 22 Hình 2.9 Bộ phận đột dập 31 23 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy cắt nhựa màng mỏng 31 24 Hình 2.11 Bàn điều khiển máy cắt 32 25 Hình 2.12 NLLV cảm biến tiếp cận 34 26 Hình 2.13 Chu kỳ phát cảm biến 35 27 Hình 2.14 Cảm biến quang phát xạ 36 28 Hình 2.15 Cảm biến quang phát xạ 36 29 30 Hình 2.16 Hình 2.17 Sơ đồ mạch lực chế độ điều khiển chỗ máy cắt nhựa bao bì màng mỏng (phụ lục 3) Sơ đồ mạch điều khiển chế độ điều khiển chỗ máy cắt nhựa bao bì màng mỏng (phụ lục 4) 111 112 31 Hình 2.18 Mô hình hệ thống điều khiển PLC 39 32 Hình 2.19 Sơ đồ bố trí trạm PLC S7-300 43 33 Hình 2.20 Quá trình hoạt động vòng quét 45 34 Hình 2.21 Sơ đồ khèi kiĨu lËp tr×nh tun tÝnh 47 35 H×nh 2.22 Sơ đồ kiểu lập trình có cấu trúc 47 36 Hình 3.1 57 Công nghệ lò điện trở Xác định quan hệ ban đầu bậc đa thức tử số 37 Hình 3.2 đa thức mẫu số thông qua giá trị hàm độ 60 h(t) điểm t=0 Một số dạng hàm độ đối tượng mà mô hình 38 Hình 33 39 Hình 3.4 40 Hình 3.5 Một số dạng hàm độ minh häa cho kÕt luËn 61 41 H×nh 3.6 Mét số dạng hàm độ minh họa cho kết luận 62 42 Hình 3.7 Dạng hàm độ có số điểm cực trị phân bố cách 62 (3.1) cđa nã cã bËc tư sè lín h¬n bËc cđa mẫu số Xác định thành phần (P, I, D) có mô hình (3.1) thông qua hàm độ t 60 60 - 127 - A A( O O ) AN AN AN AN AN AN AN = Q 1.0 M Q 0.6 1.1 M I I I I I I Q 0.5 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 4.0 1.1 Network 23: Dong dien cho quat nhiet A Q 0.0 A I 0.6 AN I 3.4 AN I 3.5 AN I 3.6 AN I 3.7 AN I 4.0 = Q 1.2 Network 24: Chuyen gia tri nhiet gia nhiet vao MD14 A Q 0.0 A Q 1.2 JNB _007 L PIW 12 T MD 14 _007: NOP Network 25: Chuyen gia tri nhiet nhiet so thuc A Q 0.0 A Q 1.2 JNB _008 L MD 14 DTR T MD 16 _008: NOP Network 26 : So sanh nhiet cua nhiet voi gia tri nhiet cat nhiet 1: 70do A Q 0.0 A Q 1.2 A( - 128 - L MD 16 L 7.000000e+001 >=R ) = M 0.7 Network 27: So sanh nhiet cua nhiet voi gia tri nhiet dong nhiet 1: 50do A Q 0.0 A Q 1.2 A( L MD 16 L 5.000000e+001