Thiết kế, thi công hệ thống pha trộn sơn Đóng nắp tự Động

Nêu thực trạng đề tài nghiên cứu Hiện nay, đất nước Việt Nam ta đang bước vào sự nghiệp Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa, việc đầu tư và ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động nhằm mục

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Ngọc Linh

Tác giả/ Nhóm tác giả: Ngô Quốc Chương Trương Nhật Duy Phạm Duy Anh

Bùi Văn Huy

Lê Hồ Hân

TP Hồ Chí Minh, năm 2024

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẨN TÁC GIẢ/ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

(Ký, Ghi rõ họ tên) (Ký, Ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG KHOA

(Ký, Ghi rõ họ tên)

TP Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 7 năm 2024

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Quy trình công nghệ sản xuất sơn 1

Hình 2 Sơ đồ khối hệ thống pha sơ và đóng nắp lon tự động 6

Hình 3 Bộ phận cấp lon 7

Hình 4 Bộ phận chiết rót trong mô hình 8

Hình 5 Bộ phận đóng nắp trong mô hình 8

Hình 6 Băng tải cấp nắp 9

Hình 7 Bộ phận lắc sơn trong mô hình 9

Hình 8 Hình ảnh tủ điện điều khiển 10

Hình 9 Giao diện HMI màn hình chính 11

Hình 10 Giao diện hiển thị và chọn màu 12

Hình 11 Giao diện vận hành 12

Hình 12 Giao diện cảnh báo 13

Hình 13.Lưu đồ giải thuật 17

Hình 14 Sơ đồ kết nối mạch động lực 220VAC 20

Hình 15 Sơ đồ kết nối ngõ và và ra của PLC 20

Hình 16 Sơ đồ nguyên lý kết nối bộ điều khiển động cơ bước 21

MỤC LỤC

I NỘI DUNG 1

1 Nêu thực trạng đề tài nghiên cứu 1

2 Những yếu tố khách quan, chủ quan trong việc đề tài NCKH 4

3 Tên đề tài nghiên cứu 5

4 Nội dung đề tài nghiên cứu 6

4.1 Kế hoạch và phân công triển khai thực hiện 6

4.2.Thi công phần cứng 7

4.3.Thiết kế giao diện điều khiển 10

4.4 Chi phí thực hiện 13

5 Khả năng áp dụng vào thực tế của đề tài 13

6 Thời điểm áp dụng 14

7 Hiệu quả mang lại 15

II TÀI LIỆU THAM KHẢO 16

III PHỤ LỤC 17

I NỘI DUNG

1 Nêu thực trạng đề tài nghiên cứu

Hiện nay, đất nước Việt Nam ta đang bước vào sự nghiệp Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa, việc đầu tư và ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động nhằm mục đích giảm chi phí cho sản xuất vầ nâng cao năng xuất lao động, cho ra sản phẩm chất lượng, đáp ứng nhu cầu của khách hàng là rất quan trọng Một trong những nghành đang phát triển mạnh mẽ hiện nay đó là nghành xây dựng và việc ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động trong lĩnh vực này là không thể thiếu, trong đó có công nghệ kỹ thuật pha, trộn sơn

Sơn là một trong những vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng, chủ yếu là để sơn phủ bề mặt đối tượng đồng thời cũng là hình thức trang trí thẩm mỹ Chính vì vậy, màu sắc của sơn là một trong những yếu tố được quyết định hàng đầu

Hình 1 Quy trình công nghệ sản xuất sơn Quy trình sản xuất sơn có 4 bước:

+ Ủ muối: Ở quá trình ủ muối, các nguyên liệu gồm bột màu (õit kim loại như oxit titan, thiếc, chì ) , bột độn (CaCO3, silica, đát sét ), phụ gia (chất phát tán, chất hoạt động bề mặt, chất tạo bọt ), một phần chất tạo màng nhựa là nhựa layex (vinyl-arylic, styreacrylic) và dung môi hữa cơ (nước sạch) được đưa vào thùng ủ muối và khuấy dưới tốc độ thấp Các nguyên liệu này được ủ mối trong một thời gian vài giờ để

đủ độ thấm ướt chất tạo màng và dung môi, tạo thành dạng hỗn hợp nhão (paste) cho công đoạn nghiền tiếp theo

+ Nghiền sơn: Đây là công đoạn chính trong quy trình sản xuất sơn nước Hỗn hợp nhão các nguyên liệu (paste) sơn đã được ủ muối ủ ở trên được chuyển vào các thiết bị nghiền sơn Quá trình nghiền sơn tạo thành dung dịch dạng chất lỏgn mịn, nhuyễn Thời gian nghiền có thể phụ thược vào loại bột màu, bột độn và các yêu cầu về

độ mịn của sơn Trong giai đoạn này, thiết bị nghiền sử dụng nhiều nước làm lạnh thiết

bị để đatm bảo paste trong quá trình nghiền không bị nóng lên nhiều nhằm khống chế lượng dung môi bị bay hơi ở nhiệt độ cao và tác động xấu đến các thành phần paste nghiền Nước trước khi đưa vào máy nghiền phải được làm lạnh xuống 5-7oC

+ Khuấy sơn: Sau bước nghiền sơn chính là bước pha sơn khuấy trộn hỗn hợp nhão của các nguyên liệu (paste) sơn sau khi pha đã được nghiền đến độ mịn theo yêu cầu sẽ chuyển sang công đoạn khuấy sơn Công đoạn này tạo thành sản phẩm cuối cùng của quy trình sản xuất sơn Paste thành phần được chuyển sang bể khuấy, có thể vài lô hỗn hợp paste thành phẩm được đưa vào 1 bể khuấy chung Bể khuấy có 1 máy khuấy liên tục trong quá trình khuấy sơn Tại đây paste sơn đã đạt độ mịn được bổ xung thêm đủ lượng chất tạo màng, dung môi, các phụ gia cần thiết Khi đã đạt đồng nhát thì cũng là lúc sản phẩm hoàn tất và được chuyển sang công đoạn đóng thùng

+ Đóng gói thành phẩm: Công đoạn này có thế là dây chuyền đóng thùng tự động hoặc đóng thùng thủ công Bao bì đựng sơn nước thường là bao bì nhữa hoặc kim loại tùy thuộc vào sản phẩm sơn mà công ty sơn phát hành Sản phẩm hoàn thành sẽ được giao luân chuyển vào kho chứa Quá trình nhập kho được tiến hành chặt chẽ theo từng lô hàng Các kho sản phẩm phải được trang bị đầy đủ các phương tiện pòng chống cháy nổ vì nguy cơ cháy nổ rất cao đối với sản phẩm sơn dung môi hữa cơ Ngoài ra còn có một số quá trình phụ trợ như vệ sinh thùng chứa sơn để đảm bảo chất lượng sản phẩm, làm mát để dung môi không bị bay hơi, v.v

Đồng thời thực trạng hiện nay, đề tài nghiên cứu và thiết kế hệ thống pha sơn đóng nắp tự động là một lĩnh vực đang nhận được sự quan tâm đặc biệt trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất và chế tạo

+ Sự phát triển công nghệ: Công nghệ liên quan đến hệ thống pha sơn và đóng nắp tự động đang được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ Các công nghệ mới, bao

gồm cả tự động hóa và robot hóa, đang được áp dụng để cải tiến quá trình sản xuất và tăng cường hiệu quả

+ Ứng dụng rộng rãi: Hệ thống pha sơn và đóng nắp tự động không chỉ được áp dụng trong lĩnh vực sản xuất ô tô, mà còn mở rộng sang các ngành công nghiệp khác như sản xuất công nghiệp, sản phẩm điện tử, thiết bị gia dụng và nhiều lĩnh vực khác

+ Yêu cầu về chất lượng và hiệu quả: Ngày càng có nhu cầu cao về chất lượng sản phẩm sơn phủ và sự đồng nhất trong quy trình sản xuất Hệ thống pha sơn và đóng nắp tự động được đánh giá bằng khả năng cải thiện chất lượng, giảm thiểu lãng phí và tăng cường hiệu suất sản xuất

+ Thách thức về tính bền vững và môi trường: Các công nghệ mới cũng phải đáp ứng các yêu cầu về bền vững và bảo vệ môi trường Các hệ thống pha sơn và đóng nắp tự động hiện đại thường có khả năng tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu khí thải và

sử dụng tài nguyên một cách hiệu quả

- Khả năng làm việc nhóm: Đặc biệt đối với các dự án lớn, khả năng hợp tác và làm việc nhóm là không thể thiếu Sự hợp tác hiệu quả giữa các thành viên trong tập thể sẽ giúp gia tăng năng suất làm việc và đạt được những kết quả tốt hơn

- Kiến thức chuyên môn: Đây là nền tảng quan trọng nhất Cá nhân cần phải có kiến thức sâu về lĩnh vực nghiên cứu của mình, bao gồm cả kiến thức lý thuyết và thực tiễn Kiến thức này giúp cá nhân hiểu rõ về vấn đề đang nghiên cứu và có khả năng đưa

ra các giải pháp phù hợp

+ Khả năng nghiên cứu để thu thập dữ liệu, phân tích thông tin và đưa ra những kết luận logic và khách quan Năng lực này rất quan trọng để xây dựng nên các đề xuất nghiên cứu và giải pháp mới

+ Khả năng tạo ra những ý tưởng mới, sáng kiến và giải pháp đột phá để giải quyết các vấn đề phức tạp trong lĩnh vực nghiên cứu

+ Kỹ năng viết báo cáo, bài báo khoa học và trình bày công trình nghiên cứu một cách rõ ràng, logic và có hệ thống Điều này giúp công trình được phát huy tối đa hiệu quả và có sự lan truyền rộng rãi trong cộng đồng nghiên cứu

+ Kỹ năng quản lý thời gian và dự án: Khả năng tổ chức công việc, quản lý thời gian và nguồn lực để đảm bảo tiến độ và chất lượng của dự án nghiên cứu

2 Những yếu tố khách quan, chủ quan trong việc đề tài NCKH

- Yếu tố khách quan:

Phần lớn những dây chuyền sản xuất, pha sơn có chi phí rất cao, nên những cơ

sở nhỏ hoặc nơi bán sơn nhỏ lẻ khó đầu tư, nên trang bị những máy móc giá thành thấp hoặc pha thủ công, nên kéo theo độ chính sác màu không cao

Đa số việc pha màu hiện nay trên thị trường đều được thực hiện theo hướng thủ công, theo kinh nghiệm nên không có độ chính xác cao, chất lượng và năng suât thấp

Để loại bỏ những nhược điểm trên, cũng như để tạo ra những sản phẩm theo mong muốn, hiện nay PLC (Program Logic Control - thiết bị điều khiển lập trình) được

sử dụng rất rộng rãi để điều khiển hệ thống trộn sơn, bởi những ưu điểm vượt trội như: giá thành thấp, dễ thi công lắp đặt, dễ sữa chữa, chất lượng làm việt ổn định linh hoạt

+ Nghiên cứu sâu rộng về vấn đề: Sự hiểu biết sâu sắc và toàn diện về vấn đề cần nghiên cứu là yếu tố quyết định Điều này bao gồm việc nắm bắt các kiến thức chuyên môn, phân tích các nghiên cứu trước đây và điểm mạnh, yếu của chúng

- Yếu tố chủ quan:

+ Năng lực cá nhân: Khả năng nghiên cứu, phân tích và đưa ra các giải pháp sáng tạo dựa trên kiến thức và kinh nghiệm của cá nhân là yếu tố chủ quan quan trọng Năng lực này bao gồm cả kỹ năng tổng hợp, sáng tạo và giải quyết vấn đề

+ Sự cam kết và nỗ lực: Sự cam kết cao độ và nỗ lực không ngừng nghỉ để hoàn thành nhiệm vụ và đạt được mục tiêu đề ra là yếu tố chủ quan quan trọng Điều này bao gồm sự kiên trì và sự cống hiến trong quá trình nghiên cứu và thực hiện dự án

+ Tầm nhìn và đổi mới: Tầm nhìn rõ ràng về mục tiêu và khả năng đổi mới để

áp dụng các phương pháp mới và hiệu quả là yếu tố quan trọng Các sáng kiến và giải pháp sẽ chỉ có thể thành công nếu có sự tầm nhìn chiến lược và khả năng thích nghi với thay đổi

+ Kỹ năng quản lý dự án: Khả năng tổ chức công việc, quản lý thời gian và nguồn lực để đảm bảo tiến độ và chất lượng của dự án là yếu tố quan trọng trong việc thực hiện công trình và giải pháp

3 Tên đề tài nghiên cứu

Xuất phát từ tình hình thực tế trên và ham muốn hiểu biết về PLC, nhóm tác giả

đã nghiên cứu đề tài: “Thiết kế thi công hệ thống pha trộn sơn và đóng nắp tự

- Khi cảm biến phát hiện lon, băng tải dừng lại, 2 xylanh kép chặn lon, xylanh 3 hành trình ra Xylanh hành trình xuống, xylanh chân không hút nắp, xylanh hành trình

về xylanh thả nắp, xylanh hành trình đi ra, xylanh đóng nắp lon Sau khi đóng nắp xong, xylanh chặn lon hành trình vào, băng tải cấp nắp chạy trong 2s rồi dừng để đưa nắp vào đúng vị trí, băng tải chính hoạt động

- Khi cảm biến phát hiện lon, băng tải chính dừng lại, xylanh đẩy lon hành trình

ra, đẩy lon vào cơ cấu trộn sơn, sau đó hành trình vào Động cơ lắc sơn quay để sơn trong lon được trộn đều

- Trộn sơn xong, xylanh đẩy lon hành trình ra với nam châm điện, xylanh hành trình về lon, Băng tải chính hoạt động

- Khi tới cảm biến Băng tải hoạt động đến cuối dây chuyền để biến bao nhiêu sản phẩm hoàn thành

+ Nhấn nút STOP, reset tất cả các cơ cấu chấp hành, tiến hành khắc phục lỗi nếu

có Khi muốn hoạt động lại, cần reset nút ERROR_STOP về trạng thái ban đầu

+ Nhấn nút PAUSE, hệ thống sẽ chạy hết khâu hiện tại rồi dừng Nhấn nút RESUME để hệ thống tiếp tục hoạt động

Hình 2 Sơ đồ khối hệ thống pha sơ và đóng nắp lon tự động

4 Nội dung đề tài nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu đề tài:

- Nghiên cứu mô hình thiết kế, thi công hệ thống pha trộn sơn đóng nắp tự động

- Phạm vi đề tài tạo ra được lon sơn hoàn chỉnh, pha được 6 màu sơn cơ bản, cơ cấu cấp lon, cấp nắp Mỗi một công đoạn pha sơn tầm 25 – 30s, công suất hoạt động của hệ thống 1 – 2 phút hoàn thành quy trình

4.1 Kế hoạch và phân công triển khai thực hiện

thực hiện

Từ tháng Đến tháng

1 Thu thập và viết tổng quan tài liệu 10/2023 10/2023 Nhóm tác giả

2 Xây dựng đề cương nghiên cứu chi tiết 10/2023 10/2023 Chương

Điều chỉnh hoàn thiện mô hình 3/2024 4/2024 Nhóm tác giả

4.2.Thi công phần cứng

- Yêu cầu về phần cơ khí: Phần cơ khí của mô hình phải được thiết kế chắn

chắc, ổn định, chính xác, hạn chế xảy ra lỗi trong quá trình vận hành Hệ thống pha trộn sơn và đóng nắp lon tự động gồm 5 khâu chính:

+ Khâu cấp lon: Lon được đặt trong 1 ống hình hộp hình cầu, cơ cấu cấp lon được thực hiện bởi 1 xylanh đẩy, cảm biến (2) phát hiện lon

+ Khâu chiết rót: Gồm 1 cảm biến (3) cố định vị trí, 3 cảm biến lưu lượng đọc xung tốc độ cao và 3 van điện từ đảm nhiệm việc rót sơn vào lon theo đúng với tỉ lệ màu

+ Khâu đóng nắp: Gồm một cảm biến phát hiện nắp, 1 xylanh cố định vị trí, 1 băng tải cấp nắp, 1 xylanh chân không hút nắp, 1 xylanh đưa nắp theo phương thẳng đứng, 1 xylanh di chuyển theo phương ngang và 1 xylanh đập nắp

+ Khâu trộn sơn: Gồm 1 xylanh đưa lon vào cơ cấu trộn, 1 nam cham điện kéo lon ra Lon sơn được lắc đều nhờ Step động cơ Servo

Hình 4 Bộ phận chiết rót trong mô hình

Hình 6 Băng tải cấp nắp

4.2.4 Bộ phận lắc sơn

Bộ phận lắc sơn sử dụng cơ cấu xy lanh đẩy lon vào hộp lắc hoặc đưa lon từ trong hộp lắc ra ngoài (sử dụng xylanh kết hợp nam châm điện) Hộp lắc quay theo số vòng đã được định sẵn để tạo hỗn hợp sơn đồng nhất và dừng ở vị trí ngang với mép băng tải để lon có thể được đưa ra bên ngoài

Hình 7 Bộ phận lắc sơn trong mô hình

4.2.5 Tủ điện

- Yêu cầu phần điện: Nguồn điện của mô hình gồm 2 loại nguồn chính là

nguồn điện xoay chiều 24VDC, cấp nguồn cho van điện từ, Nguồn điện một chiều 24V cung cấp cho PLC chính, các cảm biến, các đèn báo, các van khí nén, động cơ DC

và động cơ Servo Phần thiết kế điện phải thật hợp lý, an toàn, việc kết nối diễn ra một cách chính xác Phần tủ điện của mô hình phải được thiết kế sao cho gọn gàng, ngăn nắp, dễ vận hành, bảo trì, sửa chữa một cách dễ dàng

Tủ điện là trung tâm điều khiển của mô hình Gồm PLC, nút nhấn, đèn báo, Driver, …được nhóm trực tiếp thi công dựa trên bản vẽ đã đưa ra

Hình 8 Hình ảnh tủ điện điều khiển

4.3.Thiết kế giao diện điều khiển

- Yêu cầu phần giao diện SCADA: gồm 4 màn hình: Một màn hình chính đăng

nhập, một màn hình chọn màu sơn và số lượng, một màn hình cho phép thêm màu sơn mới và một màn hình vận hành gồm các nút nhấn điều khiển, hiện thị số lượng lon hiện tại và thể tích 3 bể sơn Scada phải được thiết kế đẹp mắt, trực quan, hiện thị đầy đủ thông tin

4.3.1 Giao diện Home

Bao gồm các nút điều khiển như là: Start, stop, báo lỗi, các đèn báo

Hình 9 Giao diện HMI màn hình chính

4.3.2 Giao diện chọn và hiển thị Color

Giao diện này cung cấp cho người dùng một bảng màu với 6 màu sắc có tỉ lệ pha trộn khác nhau Nhấn chọn vào từng màu trên bảng màu sẽ hiển thị được tỉ lệ pha màu trong bảng setting, nhập vào số lượng lon, nhấn Monitor, sau đó chuyển đến giao diện vận hành

* Thao tác trong giao diện:

- Chọn 1 trong 6 màu có trong bảng màu

- Nhập số lượng lon

+ Nếu số lượng nhập vào bằng 0

+ Nếu số lượng lớn hơn 0 tự động chuyển đến giao diện vận hành

- Color: chuyển đến giao diện màu

- Monitor: chuyển đến giao diện vận hành

Giao diện thể hiện của các màu đỏ, vàng, xanh dương của từng mã màu sử dụng trong mô hình Có thể thêm màu mới với tỉ lệ mới

* Thao tác trong giao diện:

- Nhập vào tỉ lệ mong muốn

- Nhấn Clear để xóa màu vừa được thêm vào