Nghiên cứu cải tạo hệ thống điều khiển cho máy mạ chân không của xí nghiệp quang điện 23 tổng cục công nghiệp quốc phòng

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học Mỏ-Địa chÊt NGUYỄN ĐỨC DŨNG NGHIÊN CỨU CẢI TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY MẠ CHÂN KHƠNG CỦA XÍ NGHIỆP QUANG ĐIỆN 23 - TỔNG CỤC CƠNG NGHIỆP QUỐC PHỊNG Luận Văn Thạc Sĩ kỹ thuật Hà nội - Nm 2010 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học Mỏ-Địa chất NGUYN C DNG NGHIấN CU CI TO H THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY MẠ CHÂN KHƠNG CỦA XÍ NGHIỆP QUANG ĐIỆN 23 - TỔNG CỤC CÔNG NGHIỆP QUỐC PHềNG Chuyên ngành: Điện khí hoá mỏ Mà số: 60.52.52 Luận Văn Thạc S kỹ thuật người hướng dẫn khoa học pgs.TS PHAN XUN MINH Hà nội - Năm 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trỡnh nghiờn cu ca riờng tụi Cỏc kết nghiên cøu, thiÕt kÕ luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 16 tháng năm 2010 Tác giả luận văn Ngun §øc Dịng Mơc lơc Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục hình vẽ Danh mục bảng Mở đầu.1 Chương 1: Giới thiệu công nghệ mạ chân không 1.1 Giới thiệu công nghệ mạ chân kh«ng 1.1.1 Mạ bốc bay nhiệt điện trở 1.1.2 M¹ bèc bay b»ng tia ®iƯn tư 1.1.3 Mạ chân không phương pháp bắn phá iông ca tốt 1.1.3.1 Phún xạ cao áp chiều: 1.1.3.2 Phún xạ cao tần 1.1.3.3 Phón x¹ magnetron 1.2 Giíi thiƯu vỊ c¸c thiết bị mạ chân không công nghệ mạ có đơn vị10 1.3 Giới thiệu thiết bị mạ chân không số sở nước 10 1.4 Thiết bị mạ công nghệ lựa chọn đưa vào nghiên cứu cải tiến 11 Chương 2:Nghiên cứu đánh giá trạng hệ thống điều khiển mạ chân không 13 2.1 Giới thiệu máy mạ chân không BY2M 13 2.2 Các hệ thống phụ trợ máy mạ chân không BY2M 16 2.2.1 HÖ thèng chÝnh 16 2.2.2.C¸c hƯ thèng phơ trỵ 16 2.3 Chức hệ thống phụ trợ máy mạ chân không .16 2.3.1 Hệ thống hút chân không 16 2.3.1.1 C¸c thiÕt bị hệ thống hút chân không 16 2.3.1.2 Nguyên lý làm việc hệ thống hút chân không 19 2.3.1.3 ưu nhược điểm hệ thống hút chân không 27 2.3.2 Hệ thống đo hiển thị chân kh«ng 28 2.3.2.1 Các thiết bị hệ thống đo hiển thị chân không 28 2.3.2.2 Nguyên lý làm việc hệ thống đo hiển thị chân không 29 2.3.2.3.ưu nhược điểm hệ thống đo hiển thị chân không .31 2.3.3 Hệ thống sấy 32 2.3.3.1 Các thiết bị hệ thống sấy .32 2.3.3.2 Nguyên lý làm viÖc 33 2.3.3.3 ưu nhược điểm hệ thống sấy chân kh«ng 34 2.3.4 HƯ thèng khư t¹p chÊt 34 2.3.4.1 Các thiết bị hệ thống khư t¹p chÊt 34 2.3.4.2 Nguyên lý làm việc 35 2.3.4.3 ưu nhược điểm hệ thống sấy chân không .37 2.3.5.Hệ thống đốt thuốc mạ (kiểu nhiệt điện trở) 37 2.3.5.1 Các thiết bị hệ thống đốt thuốc mạ 38 2.3.5.2 Nguyên lý làm việc 39 2.3.5.3.ưu, nhược điểm 39 2.3.6.HÖ thống đóng mở chắn 40 2.3.6.1 Các thiết bị hệ thống đóng mở chắn 40 2.3.6.2 Nguyên lý làm việc 40 2.3.6.3 ưu nhược điểm 41 2.3.7.Hệ thống quay gá sản phẩm 41 2.3.7.1.Các thiết bị hệ thống quay gá sản phẩm .41 2.3.7.2 Nguyên lý làm việc 42 2.3.7.3 ưu nhược điểm 43 2.3.8 Hệ thống đo chiều dày lớp mạ 43 2.3.8.1.C¸c thiÕt bị hệ thống đo chiều dày lớp mạ .43 2.3.8.2 Nguyên lý làm việc 44 2.3.8.3 ­u nhược điểm 45 2.3.9 Hệ thống bơm nước làm mát 45 2.3.10 HÖ thèng cung cÊp khÝ nÐn 45 2.4 Qui trình công nghệ mạ chân không 46 2.4.1.Trước mạ sản phẩm 46 2.4.2.Tiến hành mạ 46 2.4.3 Dừng trình mạ 46 2.5 Đánh giá trạng thiết bị 47 2.5.1 HƯ thèng ®iỊu khiĨn 47 2.5.2 Các cấu chấp hành 47 Chương 3: Nghiên cứu đề xuất phương án cải tạo hệ thống điều khiển máy mạ chân không 48 3.1 Lùa chän cÊu h×nh cho hƯ thèng ®iỊu khiĨn .48 3.1.1 Tổng quan hệ thống điều khiển PLC 48 3.1.2 GhÐp nèi vµo/ra thiết bị trình PLC 54 3.1.2.1 Các tín hiệu vào PLC cấp ®iƯn ¸p 120VAC 54 3.1.2.2 C¸c tín hiệu vào PLC cấp điện áp 24VDC 58 3.1.2.3 C¸c tÝn hiƯu ë cấp điện áp 120VAC .63 3.1.2.4 Các tín hiệu cấp điện áp 24VDC .66 3.1.2.5 CÊu h×nh hƯ thèng ®iỊu khiĨn 71 3.1.2.6 Địa Vào/Ra cho cổng biểu diễn bảng địa hình thức sau: .73 3.2 Thiết kế chương trình điều khiển 83 3.2.1 ThiÕt kÕ chương trình (OB1) 84 3.2.1.1 Yêu cầu điều khiển 84 3.2.1.2 L­u ®å thuËt to¸n .85 3.2.2 Thiết kế chương trình FC2 ( chương trình chế độ tự động) 85 3.2.2.1 Yêu cầu điều khiển 85 3.2.2.2 Lưu đồ thuật toán .86 3.2.3 Thiết kế chương trình FC4 (Đo, hút, sấy chân không 88 3.2.3.1 Yêu cầu điều khiển 88 3.2.3.2 Lưu đồ thuật toán .89 3.2.4 Thiết kế chương trình FC5 ( iông hoá đốt tạp chất) 92 3.2.4.1 Yêu cầu điều khiển 92 3.2.4.2 L­u ®å thuËt to¸n .92 3.2.5 Thiết kế chương trình FC6 (quay gá sản phẩm, đốt thuốc, đo chiều dày lớp mạ) 94 3.2.5.1 Yêu cầu điều khiển 94 3.2.5.2 L­u ®å thuËt to¸n .94 3.3 Viết chương trình điều khiển .97 3.3.1.Bảng địa PLC thiết bị trình 97 3.3.2 Chương trình điều khiển 100 3.3.3.Chương trình điều khiÓn FC1 .104 3.3.4.Chương trình điều khiển FC2 .109 3.3.5.Chương trình điều khiển FC4 .110 3.3.6.Chương trình điều khiển FC5 .111 3.3.7.Ch­¬ng trình điều khiển FC6 .112 3.3.8.Chương trình điều khiển FC3 .113 Kết luậnvà kiến nghị . .120 Tài liệu Tham Khảo...122 Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Sơ đồ hệ phóng điện cao áp chiều (DC- sputter)..6 Hình 1.2 Sơ đồ phóng điện cao tần có tụ điện chặn Hình Sơ đồ nguyên lý bẫy điện từ từ tr­êng .8 H×nh 1.4 ThiÕt bị mạ trường Đại hoc KHTN thành phố HCM 11 Hình 2.1 Mặt trước máy mạ chân không BY2M 13 Hình 2.2 Máy mạ chân không BY2M cửa buồng chân không mở .14 Hình 2.3 Mặt sau máy mạ chân không 15 Hình 2.4 : Buồng chân không mở. 17 Hình 2.5: Bảng điều khiển hệ thống hút chân không17 Hình 2.6 Bơm chân không sơ 18 Hình 2.7 Bơm khuyếch tán 18 Hình 2.8: Các van điện từ đóng mở khí nén..19 Hình 2.9 : Sơ đồ hút chân không 19 Hình 2.10: Sơ đồ động lực bơm hút chân không 21 Hình 2.11 Sơ đồ mch điều khiển hút chân không 21 Hình 2.12: Bộ hiển thị chân không28 Hình 2.13: Cảm biến chân không thấp 29 Hình 2.14: Cảm biến chân không cao 29 Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý hiển thị đo chân không 29 Hình 2.16: Mặt sau hiển thị chân không 30 Hình 2.17: Bộ điều khiển dòng khống chế nhiệt độ.32 Hình 2.18: Các điện trở gia nhiệt32 Hình 2.19: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy 33 Hình 2.20: Bộ điều khiển khử tạp chất 34 Hình 2.21: Bộ iông hoá.35 Hình 2.22: Mạch động lực.35 Hình2.23: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển36 Hình 2.24: Bộ điều khiển 38 Hình 2.25: Dây điện trở vonfram (máng chứa thuốc mạ).38 Hình 2.26: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 39 Hình 2.27: Tấm chắn.40 Hình 2.28: sơ đồ nguyên lý 40 Hình 2.29: Bộ điều khiển.41 Hình 2.30: Động chiều gá quay42 Hình 2.31: Sơ đồ nguyên lý 43 Hình 2.32: Bộ đo chiều dày lớp mạ 44 Hình 2.33: Sơ đồ nguyên lý 44 Hình 2.34: Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp khí nén45 Hình 3.1: Cấu hình hệ thống điều khiển72 Hình 3.2: Cấu trúc chương trình điều khiển 84 Hình 3.3: Lưu đồ chương trình chính85 Hình 3.4: Lưu đồ chương trình FC2 87 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý hút chân không 88 Hình 3.6: Lưu đồ chương trình FC4 92 Hình 3.7: Lưu đồ chương trình FC5 93 Hình 3.8: Lưu đồ chương trình FC6 96 Danh mục bảng Bảng 2.1 Bảng kí hiệu phần tử tên ...23 Bảng 3.1: Các module vào tương tự S7 300 .49 Bảng 3.2: Họ CPU S7 300 có tích hợp thêm giao diện. 50 Bảng3.3: Các module vào số CPU S7 300 51 Bảng 3.4:Các module số CPU S7 300 ..52 Bảng 3.5:Các module Rơle CPU S7 300 ..53 Bảng 3.6: Các module vào tương tự CPU S7 300 .53 Bảng 3.7: Các mod tương tự CPU S7 300 54 Bảng 3.8 Các tín hiệu v PLC cấp điện áp 120VAC 55 Bảng 3.9 Các tín hiệu vào PLC cấp điện ¸p 24VDC ………………………… 58 B¶ng 3.10 C¸c tÝn hiƯu cấp điện áp 120VAC .63 Bảng 3.11 Các tín hiệu v PLC cấp điện áp 24VDC 66 Bảng 3.12: Địa cổng vào 73 Bảng 3.13: Địa cổng 78 108 109 3.3.4 Chương trình điều khiển FC2 110 3.3.5 Chương trình điều khiển FC4 111 3.4.6 Chương trình điều khiển FC5 112 3.3.7 Chương trình điều khiển FC6 113 3.3.8 Chương trình điều khiển đèn báo lỗi FC3 114 115 116 117 118 119 120 KẾT LUẬN kiến nghị Kết luận Sau tháng nghiên cứu, làm việc thực tế viết đồ án, với giúp đỡ nhiệt tình PGS.TS Phan Xuân Minh, thầy cô môn điện khí hoá mỏ Trường ĐH Mỏ địa chất, đồng chí lÃnh đạo huy, cán kỹ thuật phòng ®iƯn XÝ nghiƯp quang ®iƯn 23- Tỉng cơc c«ng nghiƯp quốc phòng Đến luận văn Nghiên cứu cải tạo hệ thống điều khiển cho máy mạ chân không Xí nghiệp quang điện 23 Tổng cục công nghiệp quốc phòng đà hoàn thành theo tiến độ kế hoạch đề Trong nội dung luận văn đà cung cấp kiến thức lý thuyết thực nghiệm sau: Về mặt lý thuyết - Tìm hiểu qui trình công nghệ mạ thiết bị mạ chân không BY2M Xí nghiệp quang điện 23 Tổng cục công nghiệp quốc phòng - Tìm hiểu nguyên lý làm việc máy mạ chân không BY2M - Nghiên cứu thực trạng máy mạ chân không BY2M để cải tạo lại hệ thống ®iỊu khiĨn - Nghiên cứu thiết bị phần cứng thuộc hệ SIMATIC S7 – 300 Simen bao gồm: PLC S7 -300, Modul mở rộng, thiết bị hiển thị thường sử dụng thực tế làm sở xây dựng cấu trúc phần cứng, đồng thời tìm hiểu thơng số, tính quan trọng thiết bị sử dụng hệ thống Về mỈt thực tế: - Đà hiểu rõ qui trình công nghệ, phân tích làm rõ ưu, nhược điểm hệ thống máy mạ chân không - Đà đưa giải pháp thiết kế phù hợp với công nghệ, hệ thống điều khiển thiết bị thiết kế linh hoạt gọn nhẹ, đảm bảo độ tin cậy an toàn cao vận hành - Luận văn có ý nghĩa thùc tiƠn cao, cã thĨ øng dơng vµo thùc tế đơn vị 121 Kiến nghị - LÃnh đạo huy Xí nghiệp quang điện 23 cho phép ứng dụng vào thực tiến đơn vị sau luận văn bảo vệ thành công - Cần thay điều khiển như: đo chân không, đo chiều dày lớp mạ, khống chế nhiệt độ, điều khiển động chiều để đạt độ xác cao - Tiếp tục nghiên cứu để đưa việc quản lý giám sát vào trình mạ - Cải tiến mặt công nghệ để mạ sản phẩm có yêu cầu kỹ thuật cao mạ gương từ cho điều khiển thông minh Sau thời gian nghiên cứu, thân em đà nỗ lực, cố gắng nhiều, thông qua luận văn đà giúp em củng cố cã kiÕn thøc hƯ thèng ®iỊu khiĨn tù ®éng, đồng thời có kiến thức sâu công nghệ thiết bị mạ chân không để giúp em ứng dụng vào thực tế đơn vị, đà nghiên cứu khảo sát kỹ phương án giải pháp thiết kế, xong thời gian có hạn, kiến thức điều khiển tự động hạn chế nên đồ án số thiếu xót Em mong dự bảo giúp đỡ thầy cô Một lần xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến cô giáo Phan Xuân Minh đà tận tình hướng dẫn giúp đỡ em trình thực luận văn nµy Rất mong đánh giá nhận xét thầy cô bạn bè đồng nghiệp 122 TÀI LIU THAM KHO 1, Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy (năm 2007), tự động hoá công nghiệp với Win CC, nhà xuất giáo dục 2, Nguyễn DoÃn Phước, Phạm Xuân Minh (năm 2002), tự động hoá với Simatic S7 300, nhà xuất khoa học kỹ thuật 3, Nguyễn DoÃn Phước, Phạm Xuân Minh (năm 1997), tự động hoá với Simatic S7 200, nhà xuất nông nghiệp Hà Nội 4, Hoàng Minh Sơn (năm 2006), sở hệ thống điều khiển trình, nhà xuất Bách khoa Hà Nội 5, Checkin (1999), BY2M Vacum 6, LA.Bryan, EA.Bryan (1997), Programmale controller theory and implementation, Published by Industrial Tex company 7, http://support.automation.siemens.com 8, http://www.hiendaihoa.com 9, Siemens, Catalog ST 70.2007 ... vỊ c«ng nghệ mạ chân không - Nghiên cứu đánh giá trạng hệ thống điều khiển máy mạ chân không - Nghiên cứu đề xuất phương án cải tạo hệ thống điều khiển máy mạ chân không - Thiết kế hệ thống tự... 3.13: Địa cổng 78 Lời nói đầu Luận văn Nghiên cứu cải tạo hệ thống điều khiển cho máy mạ chân không Xí nghiệp quang điện 23 Tổng cục công nghiệp quốc phòng hoàn thành với nghiêm túc thân, hướng... đào tạo Trường đại học Mỏ-Địa chÊt NGUYỄN ĐỨC DŨNG NGHIÊN CỨU CẢI TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY MẠ CHÂN KHƠNG CỦA XÍ NGHIỆP QUANG ĐIỆN 23 - TỔNG CỤC CƠNG NGHIỆP QUỐC PHỊNG Chuyên ngành: Điện