viết chương trình và giao diện điều khiển và giám sát cho các đối tượng gia nhiệt

Với môn học này sinh viên sẽ đợc trang bị một cách tổng quát những kiến thức cơ sở về các trang thiết bị máy móc, cơ cấu đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đồng thời các kiến thức c

Lời nói đầu

Trang bị điện điện tử cho máy công nghiệp dùng chung là một mônhọc đã đợc đa vào giảng dạy đối với sinh viên ngành điện tự động ở hầu khắp các trờng đại học trên cả nớc Với môn học này sinh viên sẽ đợc trang bị một cách tổng quát những kiến thức cơ sở về các trang thiết bị máy móc, cơ cấu đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đồng thời các kiến thức cơ sở và chuyên ngành cũng đợc hệ thống lại một cách tổng quát và chuyên sâu điều này là rất cần thiết và hữu ích giúp cho sinh viên

có thể có đợc những hình dung căn bản về các hệ thống dây chuyền công nghệ trong công nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho việc học tập và sau này khi ra ngoài thực tế sản xuất

Trong thiết kế môn học “Tổng quan về công nghệ gia nhiệt trong các dây chuyền công nghiệp nhựa“ này cũng không nằm ngoài mục đích trên Dới sự hớng dẫn của thầy giáo TS HOàNG XUÂN BìNH là chủ nhiệm bộ môn Điện Tự Động Công Nghiệp đồng thời cũng là giáo viên phụ trách giảng dạy môn học Trang Bị Điện cùng các thầy cô giáo trong

bộ môn với sự giúp đỡ của bạn bè và tài liệu em đã cố gắng hết sức để hoàn thành các nhiệm vụ đợc giao trong đề tài Không thể tránh khỏi những thiếu sót và nhầm lẫn, rất mong nhận đợc sự chỉ bảo tận tình và chu đáo của thầy cô cùng các bạn Em xin chân thành cảm ơn!

Trong phạm vi đề tài này gồm có 3 nhiệm vụ chính cần hoàn thành bao gồm:

1 Tổng quan về gia nhiệt trong các dây chuyền sản xuất sản phẩm nhựa

2 Thiết kế hệ thống gia nhiệt cho dây chuyền

3 Viết chơng trình điều khiển quá trình gia nhiệt cho nhiều đối tợng gia nhiệt

Phụ lụcLời nói đầu……… 1Phụ lục……… 2Chơng1 ……… ………… ……… 3

Tổng quan về công nghệ gia nhiệt

1.1 Khái niệm về gia nhiệt………3

1.2 Cấu trúc chung của dây chuyền sản xuất nhựa……….5

1.3 Quy trình sản xuất sản phẩm nhựa………6

1.4 Giới thiệu về lò điện trở……….7

1.5 Những yêu cầu đối với vật liệu làm dây đốt 8

1.6 Tính toán dây đốt 9

Chơng2: Thiết kế hệ thống gia nhiệt cho dây chuyền sản xuất nhựa 14

2.1 Thiết kế hệ thống gia nhiệt 15

2.2 Tính toán dây đốt 16

2.3 Thiết kế hệ thống ghép nối 18

Chơng 3: 25

Viết chơng trình và giao diện điều khiển và giám sát cho các đối t-ợng gia nhiệt Giao diện thiết kế 47

Kết luận……… 48

Chơng 1 Tổng quan về công nghệ gia nhiệt trong các

dây chuyền công nghiệp nhựa

1.1 Khái niệm về gia nhiệt trong dây chuyền công nghiệp nhựa

Gia nhiệt là một công đoạn vô cùng quan trọng trong dây chuyền công nghiệp nhựa Để có đợc những sản phẩm nhựa muôn hình muôn vẻ, với nhiều màu sắc thì yêu cầu nguyên liệu nhựa trớc khi đa vào khuôn mẫu phải đợc chế biến sẵn Với nguyên liệu nhựa ở dạng nóng chảy ta có thể tiến hành pha chế màu sắc cũng nh những phụ gia khác làm tăng chất lợng sản phẩm đồng thời khi đa nhiên liệu vào khuôn hình ta sẽ đợc những sản phẩm nh ý muốn Trên thực tế thì nguyên liệu nhựa đợc sản xuất ở những nơi cách xa nhà máy sản xuất sản phẩm nhựa do vậy mà nguyên liệu nhựa ban đầu thờng ở là những hạt nhựa nguyên liệu dạng rắn Hạt nhựa thuận tiện cho việc vận chuyển và bảo quản, chính vì vậy

mà cần phải có một công đoạn làm nóng chảy các hạt nhựa để có thể đa vào khuôn, công đoạn đó đợc gọi là gia nhiệt

Việc gia nhiệt cho các hạt nhựa không thể tiến hành gia nhiệt một cách cục bộ mà phải đợc tiến hành trong một khoảng thời gian nhất định

và từ từ làm cho nhựa chuyển thành dạng lỏng đều Trong quá trình này các phụ gia cần thiết khác cũng đợc trộn đều

Rõ ràng đây là một công đoạn không thể thiếu trong các dây

chuyền công nghệ nhựa và nó cũng ảnh hởng có tính quyết định tới chất lợng sản phẩm

Quá trình gia nhiệt thờng đợc thực hiện bởi các vòng điện trở nhiệt trong các lò điện trở nhịêt Thời gian tiến hành gia nhiệt hoàn toàn cho nhựa nguyên liệu thờng kéo dài trong khoảng thời gian từ 3-5 giờ

* Đặc điểm của quá trình gia nhiệt:

- Thời gian quá độ lớn;

- Đặc tính gia nhiệt: theo hình 6-1 trang 71 [1]

Hình 1-1 Đồ thị nhiệt độ và công suất lò nhiệt.

trong đó:

0

 là nhiệt độ gia nhiệt cần thiết của vật cần gia nhiệt,

mt

 là nhiệt độ của môi trờng xung quanh,

p – là công suất của lò nhiệt

Ban đầu khi bắt đầu gia nhiệt từ mt là nhiệt độ môi trờng đến giá trị nhiệt độ gia nhiệt hoàn toàn  0 quá trình này thờng kéo dài từ 3 – 5 giờ Khi nhiệt độ gia nhiệt đã đạt tới giá trị  0 thì để tiết kiệm năng lợng

và tránh tình trạng nguyên liệu bị gia nhiệt quá nhiệt độ cho phép gây cháy, hỏng nguyên liệu ngời ta tiến hành cắt điện cấp cho bộ phận gia nhiệt Đồng thời thiết bị làm mát cũng đợc đa vào hoạt động Do quán tính mà nhiệt độ gia nhiệt cha giảm ngay và vẫn tiếp tục tăng cho tới giá trị gia nhiệt khoảng 102% 0 thì nhiệt độ gia nhiệt mới bắt đầu giảm Khi nhiệt độ gia nhiệt giảm còn 98% 0 thì lại cấp điện trở lại cho bộ phận gianhiệt Nh vậy nhìn vào quá trình gia nhiệt ta thấy rằng nhiệt độ gia nhiệt thay đổi dạng răng ca xung quanh giá trị  0 và giá trị gia nhiệt vẵn đợc giữ ổn định trong khoảng cho phép

1.2 Cấu trúc chung của dây chuyền sản xuất nhựa

Ngoài ra trong một dây chuyền sản xuất nhựa sẽ còn có nhiều bộ phận khác cấu thành nên hệ thống tùy theo chức năng của từng hệ thống.1.3 Quy trình sản xuất sản phẩm nhựa

Hạt PVC cùng với phụ gia vừa đủ trộn đều với nhau rồi đợc đa vào Silô chứa liệu (1), bơm hút (3) sẽ tải liệu đổ vào phễu cấp liệu đặt trên máy ép đùn thông qua 1 băng tải lò xo (2) đặt trong ống dẫn liệu Sau khi

đợc gia nhiệt hoàn toàn tại máy ép đùn (10), động cơ chính (8) hoạt động lai trục vít soắn quay thì cho thiết bị lờng gạt (6) hoạt động đẩy nguyên liệu xuống cửa hút của bơm trục vít Tại Xilanh nhiệt (10) nguyên liệu đ-

ợc gia nhiệt tạo thành 1 hỗn hợp nóng chảy Trục vít xoắn vừa gia nhiệt cho hỗn hợp nàyvừa trộn đều rồi đẩy đến cổ đùn rồi tới đầu hình Tại đây hình dạng của sản phẩm sẽ phụ thuộc vào khuôn mẫu của đầu hình

Quá trình gia nhiệt đợc tiến hành từ 1 đến vài giờ đồng hồ, phụ thuộc vào nguyên liệu và dung tích của máy ép đùn

Việc gia nhiệt đợc thực hiện bằng các vòng gia nhiệt tại máy ép

đùn Thực chất đây là các vòng điện trở nhiệt ôm lấy thân máy

1.4 Giới thiệu về lò điện trở

Lò điện trở nhịêt là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua dây đốt (dây điện trở) Từ dây đốt, qua bức xạ, đối lu và truyền nhiệt dẫn nhiệt, nhiệt năng đợc truyền tới vật cần gia nhiệt

+ Lò làm việc liên tục,

+ Lò làm việc gián đoạn

e) Theo mục đích sử dụng ta có

+ Lò tôi, lò ram, lò ủ, lò nung, lò nấu chảy v.v…

1.5 Những yêu cầu đối với vật liệu làm dây đốt

Lò điện trở dây đốt làm nhiệm vụ biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua hiệu ứng Joule Dây đốt cần phải làm từ các vật liệu thỏa mãn các yêu cầu sau:

- độ bền cơ khí cao,

- chịu đợc nhiệt độ cao,

- có điện trở suất lớn (vì điện trở suất nhỏ sẽ dẫn đến dây dài, khó

bố trí trong lò hoặc tiết diện dây phải nhỏ, không bền),

- hệ số nhiệt điện trở nhỏ (tức là dây đốt ít biến đổi theo nhiệt độ,

16000C;

Theo (Bảng 6.1 [1] trang 72) cho ta một vài thông số cơ bản của vậtliệu làm dây đốt lò điện trở

Hệ số nhiệt điện trở ( 10-

3độ-1)

điện trở suất

3-54-694,4 3,6

11001000850120015002800200025002800

0,0350,1

5,14,04,3

1,151,101,261,251000-20008-13

0,0520,150,05

trong đó: M – khối lợng vật gia nhiệt (kg);

t – thời gian gia nhiệt (s)

Nhiệt lợng hữu ích cần cấp cho vật gia nhiệt:

t1 , t2 - là nhiệt độ lúc đầu và lúc gia nhiệt của vật gia nhiệt [oC]

Công suất hữu ích của lò:

 hiệu suất của lò.

Thờng lò điện trở có hiệu suất  = 0,60,8

Công suất đặt của thiết bị:

P = k.Plò, [W] (6-5) [1]

trong đó:

k – là hệ số dự trữ, tính đến tình trạng điện áp lới bị tụt thấp, do dây già hoá mà điện trở tăng lên

k = 1,21,3 đối với lò làm việc liên tục,

k = 1,41,5 đối với lò làm việc theo chu kỳ

Từ công suất P, có thể tính gần đúng mật độ công suất day đốt một pha Đó là khả năng cấp nhiệt của dây đốt trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích bề mặt dây

dd

dd m F

P W

Fdd – diện tích bề mặt của dây đốt một pha [m2] Từ công suất lò

ta có thể tính đợc kích thớc dây đốt cần trang bị cho lò Vời lò có số pha

đối xứng, công xuất một pha sẽ là:

C W

P

dd

(6-8) [1]

trong đó:

L – chiều dài dây đốt [m];

C – chu vi tiết diện dây đốt [m]

Trên quan hệ giữa các thông số điện thì:

S L

U R

U

ph

ph ph

.

2 2

ph

W U

Vế trái (6-10) [1] là các thông số về kích thớc dây đốt Thừa số

đầu vế phải là các thông số về điện Thừa số sau của vế phải nói lên quan

hệ nhiệt của dây

Dây đốt dùng trong lò điện trở có tiết diện tròn hay chữ nhật và kích cỡ nh bảng sau Theo bảng 6-2 tài liệu tham khảo [1]

Nhiệt độ làm việc

trong lò (Co)

Kích thớc dây đốt (m.m)Dây tròn

(đờng kính d)

Dây chữ nhật(kích thớc a x b),

) ( m b

Với dây tròn: C =  d

S = 2 4

1

d



Thay vào (6-10) có:

2 2

2 4

ph dd

ph

U W

P d

ph

U W m m

P a



, [m] (6-12) [1]

và b = ma; thờng m = 5  15

Chiều dài dây dẫn sẽ tìm theo công thức (6-9) [1]

Bố trí dây trong lò, dây có thể uốn xoắn tròn (hình 1-3a) đối với

dây tròn hoặc uốn dích dắc (hình 1-3b) đối với dây chữ nhật hay tròn

a

b

a

a S

b) a)

Trong các lò có nhiệt độ cao hơn 700o C thì việc truyền nhiệt chủ yếu do bức xạ.

Để dễ dàng nghiên cứu phân tích ta giả thiết rằng tổn thất qua vỏ lòbằng 0 và dây đốt là một lá mỏng bao kín vật gia nhiệt, nghĩa là coi diện tích tỏa nhiệt của dây bằng diện tích xung quanh vật gia nhiệt Trong điềukiện đó, phơng trình trao đổi nhiệt bức xạ giữa dây đốt (lý tởng) và vật gianhiệt sẽ là:

dd v

dd qd

C

100 ( ) 100

qd S dd dd

T T

C F

100 ( ) 100

S S

T T

Chơng 2:

Thiết kế hệ thống gia nhiệt cho dây chuyềnTrong dây chuyền sản xuất nhựa thì phần lớn các quá trình gia nhiệt thơng đợc thực hiện ở trên máy ép đùn

Máy ép đùn là nơi tạo ra các sản phẩm nhựa từ các hạt nhựa và phụgia Vỏ máy đợc cấu tạo bởi hai lớp kim loại, bên trong đợc thiết kế bằng kim loại chống mài mòn cao Trên thân máy có các rãnh để nắp các vòng gia nhiệt Gồm có 16 băng nhiệt: theo [2]

Nhiệt độ nóng chảy của nhựa là 180oC

2.1 Thiết kế hệ thống gia nhiệt

Sơ đồ khối: Hình 2.1

Hình 2.1Dùng máy tính với các tài nguyên nh cổng LPT và COM để điều khiển và giám sát hệ thống gia nhiệt thông qua bộ phận ghép nối

nhiệt

Nhiệt lợng hữu ích cần cấp cho vật gia nhiệt:

Plò = 19189 , 5

8 , 0

6 , 15351

Công suất đặt của thiết bị:

P = k.Plò = 1,3*19189,5 = 24946,35 Wtrong đó: k = 1,3

Vời lò có số pha đối xứng, công xuất một pha sẽ là: (m = 3)

Pph = 8315 , 45

3

35 , 24946

m P

S U L

ph

45 8315

* 10

* 1.15

10

* 0,785

* 220

*

*

6 -

-6 2

+) Mạch động lực đợc điều khiển bằng Triac

Dùng TCA785 để điều khiển dòng chảy qua Triac, tơng ứng dòng qua điện trở nhiệt cũng thay đổi và nhiệt lợng sinh ra cũng thay đổi

Dới đây là sơ đồ mạch điều khiển Triac dùng TCA785 để điều khiển hệ thống gia nhiệt Hình vẽ 2.2

Hình 2.2: Dùng triac điều khiển gia nhiệt.

Đầu vào điều khiển TCA785 đợc điều khiển bằng cổng COM qua

bộ phận ghép nối Bằng việc thay đổi điện áp nối vào điều khiển ở chân

số 11 của TCA785 từ 0 – 5V ta có thể thay đổi đợc góc mở của Triac từ

0 – 1800

Dới đây là sơ đồ mạch điều khiển TCA785 ghép nối với cổng COM(hình2.3)

Hình 2.3: Sơ đồ mạch điều khiển TCA785 ghép nối với cổng COM.Sơ đồ trên hình 2.3 là sơ đồ ghép nối với 1 kênh là Xilanh Với các kênh trục vít, đầu hình, cổ nối ghép nối tơng tự.

Hoạt động của sơ đồ:

Đầu ra A của khuếch đại thuật toán nối với chân 11 của TCA785

Sử dụng chân DTR để xuất tín hiệu điều khiển chọn kênh điều khiển Ta có 4 kênh điều khiển là: kênh xilanh, trục vít, đầu hình, cổ nối

Sử dụng chân TxD để điều khiển giá trị gia nhiệt cho các kênh Dữ liệu từ chân TxD khi có lệnh xuất ra từ giao diện điều đợc truyền tới chân RRI của CDP6402, đây là một IC dùng để chuyển từ dữ liệu nối tiếp thành dạng dữ liệu song song Tín hiệu ra ở cổng COM là 12V do vậy mà

ta phải đa nó qua điện trở 10K và diode zenne 4.7V để chuyển tín hiệu về dạng tơng thích với đầu vào 5V của CDP6402 Dữ liệu song song sẽ đợc truyền qua các chân dữ liệu của ADC7524 Đây là IC chuyển đổi tín hiệu

từ số sang tơng tự Tại đây khi có tín hiệu thấp ở chân /WR thì tín hiệu sẽ

đợc chuyển sang dạng tơng tự ở chân đầu ra A có giá trị từ 0 – 5V

Tín hiệu từ chân A này sẽ đợc đa tới chân số 11 của TCA785

Tín hiệu ở chân DTR dùng để lựa chọn chíp Tơng tự tín hiệu này cũng đợc chuyển tới các chân A, B, C của CDP6402 Đầu ra của

CDP6402 đợc đa tới 74HC138 Đây là một IC giải mã địa chỉ Với mỗi tổhợp logic ở 3 chân A, B, C ta sẽ có 1 đầu ra Yi ở mức thấp Tín hiệu thấp

ở chân Yi này đợc đa tới chân /WR của CDP6402 để chọn chế độ hoạt

động

Dói đây là mạch giám sát nhiệt độ từ các kênh đa về máy tính.Trong sơ đồ này sử dụng IC LM314 để cảm biến nhiệt độ đa về máy tính Tín hiệu ra của LM314 là chân số 1, có độ phân dải là 10mV

do vậy đợc đa tới mạch khuếch đại bằng khuếch đại thuật toán để tín hiệu

đa về có thể tơng thích với các IC phía sau và giảm ảnh hởng của nhiễu

Trên hình 2.4 thể hiện mạch cảm biến nhiệt độ

Hình 2.4: mạch cảm biến nhiệt độ lấy từ các kênh.

Sơ đồ dới đây là sơ đồ ghép nối với cổng LPT để lấy tín hiệu nhiệt

độ từ các kênh về máy tính để tiến hành giám sát quá trình gia nhiệt và

điều khiển

A, B, C của ADC0809 để chọn đầu vào Ini (i = 0 - 7).

ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTON_DAUHINH,

OnButtonDauhinh)

ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTON_CONOI, OnButtonConoi)END_MESSAGE_MAP()

x2 = 0;

x3 = 0;

x4 = 0;

t = 0;//gia tri thoi gian ban dau =0s

return TRUE; // return TRUE unless you set the focus to a control}

int cxIcon = GetSystemMetrics(SM_CXICON);

int cyIcon = GetSystemMetrics(SM_CYICON);

CRect rect;

GetClientRect(&rect);

int x = (rect.Width() - cxIcon + 1) / 2;

int y = (rect.Height() - cyIcon + 1) / 2;

// Draw the icondc.DrawIcon(x, y, m_hIcon);

pDC->LineTo(55,200-i*10);

}// Ve truc t

pDC->MoveTo(50,200);

pDC->LineTo(350,200);

//Khac do truc t

for(i=1;i<10;i++){

pDC->MoveTo(50+i*30,200);

pDC->LineTo(50+i*30,195);

}//**VE DO THI NHIET DO TRUC VIT

pDC->MoveTo(450,200-i*10);

pDC->LineTo(455,200-i*10);

}// Ve truc t

pDC->MoveTo(450,200);

pDC->LineTo(750,200);

// Khac do truc t

for(i=1;i<10;i++){

pDC->MoveTo(450+i*30,200);

pDC->LineTo(450+i*30,195);

}//**VE DO THI NHIET DO DAU HINH

pDC->LineTo(55,450-i*10);

}// Ve truc t

pDC->MoveTo(50,450);

pDC->LineTo(350,450);

//Khac do truc t

for(i=1;i<10;i++){

pDC->MoveTo(50+i*30,450);

pDC->LineTo(50+i*30,445);

}//** VE DO THI NHIET DO CO NOI

pDC->MoveTo(450,450-i*10);

pDC->LineTo(455,450-i*10);

}// Ve truc t

pDC->MoveTo(450,450);

// Khac do truc t

for(i=1;i<10;i++){

pDC->MoveTo(450+i*30,450);

pDC->LineTo(450+i*30,445);

}// Ve duong phan cach chia Dialog thanh 4 phan

CFont *pOldFont5=(CFont*)(pDC->SelectObject(&font5));pDC->SetBkMode(TRANSPARENT);

// VE LUOI TRUC TOA DO XI LANH

//*** ve cac truc thang dung

// VE LUOI TRUC TOA DO TRUC VIT

//*** ve cac truc thang dung

int x2=480;

for(i=1;i<10;i++)

{

// VE LUOI TRUC TOA DO DAU HINH

//*** ve cac truc thang dung

// VE LUOI TRUC TOA DO CO NOI

//*** ve cac truc thang dung

_outp(0x3F9,0);

_outp(0x3F8,0);

}else {

if(x1<0.98*m_edit1) //neu nhiet do bang 98% nhiet do dat vao thi lai gia nhiet tiep

{

_outp(0x3F9,0);

_outp(0x3F8,m_edit);

}}

{

_outp(0x3F9,1);

_outp(0x3F8,0);

}else {

if(x2<0.98*m_edit3) //neu nhiet do bang 98% nhiet do dat vao thi lai gia nhiet tiep

{