Nghiên cứu, thiết kế hệ đo và điều khiển độ màu, ứng dụng trong công nghiệp sản xuất giấy

Tính cấp thiết của ñề tài Ở nước ta hiện nay, phần lớn các nhà máy giấy chưa có hệ thống ñiều khiển màu của giấy, ñiều này dẫn ñến chất lượng giấy của chúng ta thay ñổi, không ổn ñịnh v

BỘ GIÁO GIÁO DỤC ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-
 -

KIỀU QUỐC TỈNH

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ ðO VÀ ðIỀU KHIỂN

ðỘ MÀU, ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

SẢN XUẤT GIẤY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2013

BỘ GIÁO GIÁO DỤC ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-
 -

KIỀU QUỐC TỈNH

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ ðO VÀ ðIỀU KHIỂN

ðỘ MÀU, ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

SẢN XUẤT GIẤY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2013

LỜI CAM ðOAN

Tôi hoàn thành luận văn này trong thời gian nghiên cứu và học tập tại trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, dưới sự hướng dẫn tận tình của TS Bùi ðăng Thảnh – Giảng viên Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội

Tôi xin cam ñoan toàn bộ nội dung của luận văn mà tôi thực hiện trong thời gian vừa qua là trung thực và không sao chép của ai

Hà nội, ngày 14 tháng 01 năm 2014

Học viên

KIỀU QUỐC TỈNH

ñủ, nhiệt tình của thầy giáo TS Bùi ðăng Thảnh về Luận văn tốt nghiệp:

"Nghiên cứu, thiết kế hệ ño và ñiều khiển ñộ màu, ứng dụng trong công nghiệp sản xuất giấy"

Qua Luận văn tốt nghiệp này, xin gửi tới lời cảm ơn chân thành ñến thầy giáo TS Bùi ðăng Thảnh ñã giành nhiều thời gian, quan tâm, giúp ñỡ tôi ñể hoàn thành ñược luận văn tốt nghiệp Trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tôi rất mong nhận ñược những ý kiến ñóng góp của quí thầy cô và các bạn ñể kiến thức của tôi ngày càng ñược hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 14 tháng 01 năm 2014

Học viên

KIỀU QUỐC TỈNH

MỤC LỤC

LỜI CAM ðOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

PHẦN MỞ ðẦU 1

1 Tính cấp thiết của ñề tài 1

2 Nhiệm vụ trong ñề tài 1

3 Cấu trúc của ñề tài nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

Chương 1 - THỰC TRẠNG CỦA CÁC HỆ THỐNG KIỂM ðỊNH CHẤT LƯỢNG GIẤY Ở NƯỚC TA HIỆN NAY 3

1.1 Giới thiệu về công nghệ sản xuất giấy 3

1.1.1 Khái quát về giấy 3

1.1.2 Công nghệ sản xuất giấy trong công ty giấy Bãi Bằng 5

1.2 Các tiêu chuẩn ñánh giá chất lượng giấy 18

1.3 Tiêu chuẩn giấy trong sản xuất tại Nhà máy giấy Bãi Bằng 19

Chương 2 - CÁC PHƯƠNG PHÁP ðO MÀU CỦA GIẤY 20

2.1 Mục ñích, nguyên lí ño và ñiều khiển ñộ màu 20

2.1.1 Mục ñích ño và ñiều khiển ñộ màu 20

2.1.2 Nguyên lí ño ñộ màu và không gian màu LAB 20

2.2 Các phương pháp ño màu 27

2.2.1 ðo màu bằng máy ño phổ 27

2.2.2 Phương pháp kích thích ba thành phần màu 28

2.3 Cảm biến ñầu ño ER 50 PA 29

2.3.1 Hệ thống ño màu ER 50 PA 31

2.3.2 Nguyên tắc hoạt ñộng của hệ thống ño màu ER 50 PA 33

2.3.3 Lắp ñặt hệ thống ño ñiều khiển màu ER 50 PA 36

Chương 3 - THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ ðO VÀ ðIỀU KHIỂN ðỘ MÀU CỦA GIẤY 39

3.1 Thiết bị ño 40

3.1.1 Cảm biến lưu lượng chất lỏng Keyence FD – M100AT 40

3.1.2 Cảm biến ño mức chất lỏng CYB – 52S Westzh 43

3.2 Cơ cấu chấp hành hệ thống ño và ñiều khiển màu 43

3.2.1 Van tiết lưu VXD23 44

3.2.2 ðộng cơ khuấy Servo Motor Yashawa 45

3.2.3 Bơm dẫn ñộng từ Argal AM 45

3.2.4 Biến tần Siemens MM410 47

3.3 Bộ ñiều khiển trung tâm PLC S7 - 300 51

3.3.1 ðặc ñiểm của PLC 51

3.3.2 Cấu trúc PLC S7 – 300 52

3.3.3 Các module của PLC S7 – 300 54

3.3.4 Cấu trúc bộ nhớ của CPU S7 – 300 55

3.3.5 Vòng quét chương trình 57

3.3.6 Cấu trúc chương trình của PLC S7 – 300 57

3.3.7 Các khối cơ bản trong cấu trúc PLC S7 – 300 57

3.3.8 Ngôn ngữ lập trình cho PLC S7 – 300 59

3.3.9 ðịnh dạng dữ liệu vào – ra 60

3.4 Thiết kế tổng thể phần cứng 61

3.4.1 Hoạt ñộng khối cơ cấu chấp hành của hệ thống 61

3.4.2 Hoạt ñộng của khối ñiều khiển tín hiệu 62

3.4.3 Nối dây giữa biến tần Siemens MM410 với các ñộng cơ 65

3.4.4 Cách nối dây trong PLC S7 – 300 65

Chương 4 - XÂY DỰNG CÁC THUẬT GIẢI VÀ PHẦN MỀM CHO HỆ THỐNG 68

4.1 Thiết kế phần mềm cho PLC S7 - 300 68

4.1.1 Các lưu ñồ thuật toán trong hệ thống 68

4.1.2 Lập trình cho PLC S7 – 300 trên Step7 pro v5.5 70

4.1.3 Lập trình cho PLC S7 – 300 trên Step7 pro v5.5 72

4.2 Lập trình giao diện người – máy trên WinCC 73

4.2.1 Giới thiệu phần mềm WinCC 73

4.2.2 Tạo Driver kết nối giữa WinCC và PLC 75

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ðỀ TÀI 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

PHỤ LỤC 1 95

PHỤ LỤC 2 109

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 - Bảng giá trị Xn, Zn theo tiêu chuẩn CIE 2 25

Bảng 2.2 - Bảng giá trị Xn, Zn theo tiêu chuẩn CIE 10 25

Bảng 2.3 - Bảng tổng quan về hệ thống ño màu ER 50 PA 31

Bảng 2.4 - Bảng chức năng trong khối truyền thông và nguồn cung cấp EV 50 34

Bảng 2.5 - Bảng các chi tiết lắp ñặt hệ thống ER 50PA 38

Bảng 3.1 - Bảng thông số kỹ thuật cảm biến Keyence FD – M100AT 42

Bảng 3.2 - Bảng thông số kỹ thuật của biến tần MM410 48

Bảng 3.3 - Bảng chức năng của các nút nhấn ñiều khiển của biến tần Siemens MM410 49

Bảng 3.4 - Bảng ñịnh dạng dữ liệu vào – ra của PLC S7 – 300 61

Bảng 3.5 - Bảng chức năng của các thiết bị trong phần cứng 67

Bảng 4.1 - Bảng quy ñịnh các ñầu vào – ra của PLC S7 – 300 71

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1a - Lược ñồ quy trình 4

Hình 1.1b - Hình ảnh quy trình sản xuất 4

Hình 2.1 - Biểu ñồ màu sắc CIE 1931 21

Hình 2.2 - Nguyên lí ño màu theo không gian màu XYZ 22

Hình 2.3 - Không gian màu LAB 23

Hình 2.4 - Các giá trị thể hiện sự sai khác Delta 24

Hình 2.5 - Nguyên lý ño ñộ màu dùng máy phân tích phổ 28

Hình 2.6 - Nguyên lý phương pháp ño màu kích thích 3 thành phần 29

Hình 2.7 - Sơ ñồ chức năng hệ thống ño màu ER 50 PA 32

Hình 2.8 - Mô tả hoạt ñộng của ER 50 PA 33

Hình 2.9 - Giao diện ES 18E ñược ñi kèm theo hệ thống ño màu ER 50 PA.36 Hình 2.10 - Mô hình nối cáp của hệ thống ER 50PA 37

Hình 3.1 - Sơ ñồ khối của hệ thống ño và kiểm tra ñộ màu của giấy 39

Hình 3.2 - Cảm biến Keyence FD – M100AT 41

Hình 3.3 - Cảm biến CYB – 52S Westzh 43

Hình 3.4 - Van tiết lưu VXD23 44

Hình 3.5 - ðộng cơ Servo Motor Yashawa 45

Hình 3.6 - Bơm dẫn ñộng từ Argal AM 46

Hình 3.7 - Biến tần Siemens MM410 47

Hình 3.8 - Bảng ñiều khiển biến tần Siemens MM410 49

Hình 3.9 - Sơ ñồ cấu trúc của PLC S7 - 300 52

Hình 3.10- Minh họa ngôn ngữ lập trình STL 59

Hình 3.11 - Minh họa ngôn ngữ lập trình LAD 60

Hình 3.12 - Minh họa ngôn ngữ lập trình khối FDB 60

Hình 3.13 - Tổng quan phần cứng hệ thống ño ñiều khiển màu 61

Hình 3.14 - Ghép nối vào ra của biến tần Siemens M410 65

Hình 3.15 - Nối dây ñầu vào của PLC S7 – 300 với thiết bị ño ñầu ra kiểu

ñiện áp 65

Hình 3.16 - Nối dây ñầu vào của PLC S7 – 300 với thiết bị ño ñầu ra kiểu vào dòng ñiện 65

Hình 3.17 - Nối dây ñầu ra của PLC S7 – 300 với tải dòng ñiện và ñiện áp 66

Hình 3.18 - Nối dây cấp nguồn ñầu ra cho Module của PLC S7 – 300 66

Hình 3.19 - Tổng quát cách nối dây trong PLC S7 – 300 66

Hình 4.1 - Lưu ñồ thuật toán ñiều khiển bơm 68

Hình 4.2 - Lưu ñồ thuật toán ñiều khiển 69

Hình 4.3 - Tạo “New Project” bằng Step 7 Pro v5.5 72

Hình 4.4 - Tạo CPU314 trên Step 7 Pro v5.5 72

Hình 4.5 - Chọn khối OB1 trên Step 7 Pro v5.5 73

Hình 4.6 - Tạo project 74

Hình 4.7a - Tạo Driver kết nối giữa WinCC - PLC 75

Hình 4.7b - Tạo Driver kết nối giữa WinCC – PLC 76

Hình 4.7c - Tạo Driver kết nối giữa WinCC – PLC 76

Hình 4.7d - Tạo Driver kết nối giữa WinCC - PLC 77

Hình 4.8a - Tạo Tag Group 77

Hình 4.8b - Tạo Tag Group 78

Hình 4.8c - Giao diện Tag Group 78

Hình 4.9 - Giao diện khối OB1 79

Hình 4.10 - Giao diện khối FC1 79

Hình 4.11 - Giao diện khối FC2 79

Hình 4.12 - Giao diện khối FC3 80

Hình 4.13 - Tạo Picture mô phỏng 80

Hình 4.14 - Giao diện tạo Picture mô phỏng 81

Hình 4.15 - Thư viện Tank trong WinCC 82

Hình 4.16 - Thư viện Pumps trong WinCC 82

Hình 4.17 - Thư viện Valves trong WinCC 83

Hình 4.18 - Thư viện Pipes Smart Object trong WinCC 83

Hình 4.19 - Vẽ mô phỏng trên WinCC 84

Hình 4.20a - Giao diện mô phỏng WinCC 84

Hình 4.20b - Giao diện mô phỏng WinCC 85

Hình 4.20c - Gắn các Tag vào giao diện mô phỏng 85

Hình 4.20d - Gắn các Tag vào giao diện mô phỏng 86

Hình 4.21a - Thiết lập ñồ thị mô phỏng trong WinCC 86

Hình 4.21b - Thiết lập ñồ thị mô phỏng trong WinCC 87

Hình 4.21c - Thiết lập ñồ thị mô phỏng trong WinCC 87

Hình 4.21d - Thiết lập ñồ thị mô phỏng trong WinCC 88

Hình 4.21e - Thiết lập ñồ thị mô phỏng trong WinCC 88

Hình 4.22 - Chạy Run trên PLC SIM 89

Hình 4.23 - Chạy mô phỏng hệ thống trên WinCC 89

Hình 4.24a - Giao diện sau khi thiết kế 90

Hình 4.24b - Giao diện sau khi thiết kế 90

Hình 4.24c - Giao diện sau khi thiết kế 91

Hình 4.25 - Mô hình cảm biến ñầu ño ER 50 PA 91

Hình 4.26 - ðồ thị sau khi chạy mô phỏng 92

PHẦN MỞ ðẦU

1 Tính cấp thiết của ñề tài

Ở nước ta hiện nay, phần lớn các nhà máy giấy chưa có hệ thống ñiều khiển màu của giấy, ñiều này dẫn ñến chất lượng giấy của chúng ta thay ñổi, không ổn ñịnh và khó cạnh tranh với các sản phẩm giấy nhập ngoại

Việc ổn ñịnh chất lượng các sản phẩm giấy ñầu ra trong các nhà máy giấy của Việt Nam hiện nay có vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm ñồng thời cũng giúp cho việc hội nhập với thị trường thế giới nhanh chóng hơn ðo và ñiều khiển màu của giấy trong công ñoạn ñầu

ra của các nhà mấy giấy là một quá trình có ý nghĩa quyết ñịnh ñối với sản phẩm ñầu ra này

Từ những phân tích trên, tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: "Nghiên cứu, thiết

kế hệ ño và ñiều khiển ñộ màu, ứng dụng trong công nghiệp sản xuất giấy"

Trong ñề tài này tập trung nghiên cứu phương pháp ño và các phương pháp ñiều khiển ñộ màu của giấy Tác giả cũng sẽ liên hệ với một hệ thống ñiều khiển

cụ thể trong một nhà máy hiện ñại ở Việt Nam hiện nay (Tổng công ty giấy Bãi Bằng là một ví dụ) nhằm chỉ ra các ưu thế của hệ thống thiết kế

2 Nhiệm vụ trong ñề tài

Những năm gần ñây, cùng với sự phát triển của công nghệ vi ñiều khiển, kĩ thuật truyền thông và công nghệ thông tin ñã tạo ra những chuyển biến mạnh mẽ của ngành kĩ thuật ðo lường và ðiều khiển Các hệ thống sản xuất trong công nghiệp hiện nay ñều là những hệ thống thông minh, kết hợp ñược nhiều tính năng hoạt ñộng cùng lúc với công suất hoạt ñộng cao, hoạt ñộng chính xác ít khi xảy ra lỗi ðể ñược như vậy, trong quá trình thiết kế và lắp ñặt hệ thống dây chuyền công nghiệp, các nhà sản xuất ñã tận dụng tối ưu hóa những lợi thế của nền khoa học kĩ thuật tiên tiến áp dụng vào sản xuất Qua ñó làm cho sự ñiều khiển, kiểm tra, ghép nối hệ thống dễ dàng, chính xác và an toàn Vậy nhiệm vụ trong ñề tài này là:

- Nghiên cứu các nguyên lí ño màu trong công nghiệp

- Thiết kế phần cứng: thiết kế các thiết bị cơ cấu vận hành, ño lường ñiều khiển, truyền dẫn tín hiệu

- Thiết kế phần mềm: mô phỏng thành công hoạt ñộng của hệ thống với việc sử dụng bộ ñiều khiển trung tâm PLC S7 - 300 và phần mềm mô phỏng WinCC với các lưu ñồ thuật toán, ngôn ngữ lập trình tự thiết kế

3 Cấu trúc của ñề tài nghiên cứu

Chương 1: Thực trạng của các hệ thống kiểm ñịnh chất lượng giấy ở nước ta hiện nay

Chương 2: Các phương pháp ño màu của giấy

Chương 3: Thiết kế phần cứng hệ ño và ñiều khiển ñộ màu của giấy

Chương 4: Xây dựng các thuật giải và phần mềm cho hệ thống

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nhóm các phương pháp nghiên cứu lý luận

- Nhóm các phương pháp phân tích và tổng hợp

- Nhóm các phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Chương 1 - THỰC TRẠNG CỦA CÁC HỆ THỐNG KIỂM ðỊNH CHẤT LƯỢNG GIẤY Ở NƯỚC TA HIỆN NAY

1.1 Giới thiệu về công nghệ sản xuất giấy

1.1.1 Khái quát về giấy

Giấy là một loại vật liệu ñược làm từ chất xơ dày từ vài mm ñến vài cm, thường có nguồn gốc thực vật và ñược tạo thành mạng lưới bởi lực liên kết Hydro không có chất kết dính Thông thường giấy ñược sử dụng dưới dạng những lớp mỏng nhưng cũng có thể dùng ñể tạo hình các vật lớn Trên nguyên tắc giấy ñược sản xuất từ bột gỗ hay bột giấy

Loại giấy quan trọng nhất về văn hóa là giấy viết Bên cạnh ñó giấy còn ñược sử dụng làm vật liệu gián bao bì, trong nội thất như giấy dán tường, giấy

vệ sinh hay trong thủ công trang trí…

Trong công nghiệp sản xuất giấy (hình 1.1a và hình 1.1b), người ta có thể sản xuất giấy từ nguồn nguyên liệu mới là gỗ hoặc cũng có thể sử dụng giấy ñã qua sử dụng làm nguyên liệu Trong sản xuất mới, nguyên liệu chính ñể làm giấy

là sợi xenluylô từ gỗ hoặc rơm rạ, ngoài ra còn dùng ñến keo và các chất ñộn

ðộ dài của các sợi xenluylô thay ñổi tùy theo nguyên liệu làm giấy và có ảnh hưởng ñến chất lượng và ñộ bền của giấy theo thời gian Các loại gỗ thích hợp cho sản xuất giấy bao gồm: vân nam, linh sam, thông, thông rụng lá, sồi, dương, cây bu lô, bạch ñàn … Tùy vào ñiệu kiện của từng ñịa phương về tài nguyên giấy sẽ quyết ñịnh loại gỗ nào ñược sử dụng ñể sản xuất giấy Trên nguyên tắc tất cả các loại có xenluylô ñều có khả năng sử dụng ñể sản xuất giấy Giấy cũ càng ñược sử dụng làm nguyên liệu giấy nhiều hơn

Việc sử dụng giấy ñã qua sử dụng làm nguyên liệu sản xuất giấy hiện nay ñang là phương hướng phát triển của ngành công nghiệp giấy Ưu ñiểm của việc sử dụng giấy qua sử dụng trong sản xuất giấy là chỉ cần ñánh tơi và nghiền bột giấy trong thời gian ngắn hơn sử dụng gỗ, góp phần giải quyết các vấn ñề về môi trường, tiết kiệm ñược tài nguyên môi quốc gia là gỗ Nhược ñiểm khi sử dụng giấy ñã qua sử dụng là bột giấy loại này có ñộ bụi cao

Hình 1.1a - Lược ñồ quy trình

Nhập liệu

Ống lăn

Trục ép

Lô sấy, ép quang

Kiểm soát sản xuất

Ra cuộn

Khi bột ñược cán thành giấy, trên lưới xeo sẽ hình thành những băng giấy ướt, sau ñó ñược ép, sấy hoặc qua một số công ñoạn xử lý bề mặt ñể cho

ra những sản phẩm giấy khác nhau Cuối cùng là khâu hoàn thành Giấy ñược cắt thành cuộn hoặc tờ rồi ñem nhập kho hoặc chờ xuất xưởng Khi sử dụng chúng ta sẽ thấy có nhiều loại giấy với ñộ bền, ñộ bóng, ñộ trắng khác nhau ðiều ñó phụ thuộc vào nguyên liệu gỗ, hoá chất tẩy trắng và kỹ thuật gia công Gỗ có sợi xenluylô càng dài thì ñộ bền càng cao ðộ trắng của giấy phụ thuộc vào ñộ chín của bột và tỷ lệ hoá chất Riêng ñộ bóng của giấy thì phải thêm công ñoạn cán bóng hoặc dùng hoá chất trắng bề mặt Tuỳ mục ñích sử dụng mà người ta chọn loại nguyên liệu và công nghệ chế biến phù hợp Giấy việt học sinh chỉ cần dùng các loại gỗ có sợi xenluylô trung bình như bạch ñàn, keo, bồ ñề, nếu dùng giấy trắng bóng qúa sẽ có hại cho mắt Giấy dùng làm lịch, tranh thì phải dùng giấy dối vừa trắng vừa bóng ðể sản xuất loại giấy này phải dùng loại gỗ sợi dài như thông, dó Giấy làm ra phải tráng qua lượt tráng

bề mặt ñể làm tăng ñộ nhẵn và dễ in Còn các loại giấy bao gói, bìa các-tông thì chỉ cần dùng nguyên liệu sợi ngắn như bã mía, rơm, gỗ keo tai tượng

1.1.2 Công nghệ sản xuất giấy trong công ty giấy Bãi Bằng

1.1.2.1 Phân xưởng nguyên liệu

Phân xưởng nguyên liệu có một hệ thống kho bãi rất rộng, với một bãi nguyên liệu có diện tích 12.000 m2 Và một dây chuyền máy chặt gỗ, hai dây chuyền máy chặt tre, nứa

a Dây truyền máy chặt gỗ

Gỗ từ sân nguyên liệu ñược các xe cặp ñưa lên bàn bốc Bàn bốc ñược chuyển ñộng bằng mô tơ thuỷ lực và với tốc ñộ từ 246 m/phút Gỗ từ bàn bốc ñược chuyển ñến bàn tách, bàn tách là hệ thống chuyển ñộng bằng mô tơ thuỷ lực với cấu trúc nhông tải

Gỗ từ bàn tách ñược chuyển xuống hệ thống băng tải, băng tải chuyển ñộng nhờ vào một ñộng cơ có công suất 11 kW truyền ñộng quay một lô dẫn chính Kích thước băng tải:

Chiều dài băng tải: 18 (m)

Chiều rộng băng tải: 1 (m)

ðộ nghiêng băng tải: 5°

Chiều rộng của rãnh thoát vỏ: 0,050 (m)

Hiệu suất bóc vỏ của thùng phụ thuộc vào kích thước, lượng gỗ ñưa vào thùng và tốc ñộ của thùng Thùng bóc vỏ có hiệu quả nhất khi lượng gỗ nạp vào bằng 1/2 thùng theo tiết diện ngang Nếu nạp vào ít gỗ sẽ phá vỡ thế song song làm gỗ bị gãy dẫn ñến thất thoát nếu nạp gỗ vào thùng quá nhiều dẫn ñến gỗ qua thùng nhanh, hiệu quả bóc sẽ kém Gỗ ñã bóc vỏ ñược ñưa ñến máy chặt gỗ 523 Cr 913 bằng hệ thống con lăn

Các thông số kỹ thuật của máy chặt:

ðường kính mâm dao: 2,400 (m)

Số lưỡi dao: 8 (chiếc)

Tốc ñộ mâm dao: 400 (v/p)

Công suất mô tơ: 500 (kW)

Công suất chặt: 300 4 400 (m3/h)

ðường kính gỗ tối ña ñưa vào máy: 0,16 4 0,35 (m)

Gỗ từ con lăn ñược ñưa vào máy chặt, dưới tác dụng của dao bay dao ñế

gỗ ñược chặt ra thành từng mảnh nhỏ Qua khe hở trong mâm dao gỗ mảnh ñược cánh quạt tạo gió gạt thổi mảnh ñến buồng làm ñều Dòng mảnh ñi qua buồng làm ñều với lưu lượng 300 4 600 m3/h, Thể tích buồng 9,5 m3 Mảnh ñược nạp vào buồng làm ñều bằng băng tải (ñối với tuyến tre nứa) hoặc bằng ống thổi (ñối với tuyến gỗ) Buồng làm ñều phân phối mảnh ñều ñặn vào tâm sàng Thông số kỹ thuật của máy sàng mảnh:

Công suất mô tơ: 7,5 (kW)

Sàng mảnh có nhiệm vụ tách những mảnh hợp qui cách và phế thải ra còn phần mảnh quá cỡ ñược ñưa vào máy chặt lại

Số lượng gỗ mảnh trên sàng quá cỡ ñược chặt lại, sau ñó ñược thổi lại sàng nhờ quạt thổi lắp bên trong máy chặt lại

b Dây chuyền máy chặt tre, nứa

Tuyến tre nứa có hai bàn bốc, bàn bốc số 1 và bàn bốc số 2 tương ứng chúng cấp mảnh vào hai máy chặt Cr 910 và Cr 911

Hai máy chặt này có thông số kỹ thuật như sau:

Kích thước cửa nạp: 0,45 3 1 m

Số lượng con lăn nạp: 11

Công suất mô tơ: 2 3 15 kW, 13 400 kW

Tre nứa sau khi chặt ñược vận chuyển bằng hệ thống băng tải và vít xoắn tới máy sàng sau ñó ñến bộ phận rửa và vận chuyển ñến kho chứa Số mảnh không ñúng qui cách sẽ ñược chặt lại bằng các máy chặt lại rồi lại tiếp tục quay trở lại máy sàng

là 250 m3/h, với một ñộng cơ ñiện công suất 250 kW

Hệ thống chất chặt mảnh bằng hơi làm cho mảnh nạp vào nồi nấu với khối lượng lớn và ñồng ñều Hơi phun ra từ thiết bị chất chặt mảnh làm cho mảnh xoáy tròn và rơi xuống phân bố ñều trong nồi, quá trình này làm cho không khí chứa trong mao dẫn của mảnh thoát ra ngoài tạo ñiều kiện cho mảnh thẩm thấu dịch nấu tốt hơn

- Nạp dịch:

Dịch ñược nạp bằng hệ thống nạp dịch tự ñộng và có hệ thống ñồng hồ

ño thể tích kiểu ñiện từ Dịch ñược nạp bằng các bơm và phun từ các vòi phân

phối dịch bên trong trên ñỉnh nồi nấu, việc nạp dịch tự ñộng dừng khi lượng dịch nạp vào nồi ñã ñủ theo tính toán

ðường kính miệng nồi: 0,8 (m)

ðường kính ñáy nồi: 0,6 (m)

áp lực thiết kế: 1,4 (Mpa)

Nhiệt ñộ thiết kế: 235°C

Tre nứa và gỗ có chu kỳ nấu khác nhau vì chu kỳ nấu ñược xác ñịnh bằng tốc ñộ phân huỷ Lignin của các loại nguyên liệu thô khác nhau Nhiệm

vụ chính của khâu này là cung cấp bột có chất lượng ñồng ñều, có trị số Kapa

ở mức tiêu thụ ít hoá chất tẩy càng tốt và các ñặc tính bền của sản phẩm có thể chấp nhận ñược

- Phóng bột:

Bột ñược phóng từ nồi nấu sang bể phóng bằng van phóng ñáy, van này ñược trang bị bộ khởi ñộng ñiện ñể nó ñược mở từ từ và ñều ñặn, ñảm bảo an toàn khi phóng bột Việc phóng bột ñược van tiết lưu khống chế trong vòng 20 phút Van phóng ñáy của nồi nấu ñược nối liên ñộng với công tắc báo mức bột ở bể phóng, nếu mức bột ở bể phóng báo cao thì van phóng ñáy của nồi nấu sẽ tự ñộng ñóng lại Bột từ bể phóng sẽ ñược ñưa

ñến công ñoạn rửa ñể xử lý

b Quá trình rửa bột

Quá trình rửa nhằm giảm lượng hoá chất cho quá trình tẩy Quá trình rửa ñược tiến hành theo phương pháp rửa ngược chiều ñối lưu thông dụng qua 4

giai ñoạn trên máy rửa chân không Mỗi máy lọc rửa là một giai ñoạn riêng biệt thiết kế theo kiểu lô chân không tự hút

Bột ñã rửa ra khỏi máy lọc rửa thứ tư ñược pha loãng tới 4% ở vít tải kép trước khi rơi xuống bể trộn bột thô Năng suất của công ñoạn rửa ñược xác ñịnh bằng tốc ñộ của lô rửa và ñộ dày của tấm bột trên lô rửa Các máy rửa ñều ñược trang bị dao bóc bột bằng hơi và quạt thổi nâng bột bằng không khí

ñể làm phương tiện bóc tấm bột

Nguyên lý làm việc của máy rửa chân không:

Bột có nồng ñộ từ 0,8% 41,5% ñược chảy tràn từ hòm bột vào bồn lô lọc rửa, khi lô quay các khoang chìm dưới mức bột có trong bồn, bột ñược hút bám về phía mặt lô và hình thành một lớp bột trên bề mặt lô rửa, tại vị trí này khoang ñược thông với khí quyển nhờ van côn do ñó dịch lọc dễ dàng thay thế không khí và ñi vào vùng hút của lô, khi ñó bột hút bám về phía mặt lô và hình thành một lớp bột trên bề mặt lưới lọc rửa Trong khi khoang ñang chuyển ñộng ở phần bồn chứa bột thì lớp bột ñược hình thành từ từ trên bề mặt lưới lọc, khi khoang ñi lên trên bề mặt lớp bột của bồn thì tấm bột ñược chuyển dịch từ từ về phía vùng bóc bột Từ dao bóc bột tấm bột ñược rơi xuống vít tải kết hợp ñánh tơi và ñưa xuống bể chứa Sau ñó bột ñược ñưa ñến

bộ phận sàng, tại ñây một phần các tạp chất nặng ñược tách ra bởi lực ly tâm

và ñược tập chung tại một máng chứa sau ñó bột ñược chảy tràn ñi xuống theo hình xoáy giữa mặt sàng và rô to, bột hợp cách ñi qua mặt sàng bởi xung lực của rôto xuống khoang chứa và ñi theo ñường cửa hợp cách Bột không hợp cách là bột không lọt qua mặt sàng nó tiếp tục ñi tới khoang chứa và ñược thải qua ñường cửa thải ở ñáy sàng

c Quá trình tẩy trắng bột

Quá trình này loại bỏ các phần tử Lignin ăn sâu vào trong sợi xenluylô làm cho sợi xenluylô trắng, mềm ra theo yêu cầu của sản xuất

Quá trình tẩy trắng bột ñược tiến hành theo 4 giai ñoạn:

- Giai ñoạn 1 (giai ñoạn Clo hoá)

Tác nhân tẩy là Clo khí, bột thô sau sàng ñược ñưa vào tháp nồng ñộ cao, bột ñược pha loãng ở ñáy tháp với nồng ñộ khoảng 4% Bột và nước Clo ñược bơm tới máy trộn Clo Tháp Clo là loại tháp ñôi ngược dòng và xuôi dòng Bột ñược ñưa tới máy khuấy Clo lắp ở ñáy tháp ngược dòng tại tháp ngược dòng bột có thời gian lưu lại là 10 phút sau ñó bột chảy sang tháp xuôi dòng với thời gian lưu là 20 phút Bột tiếp tục ñược bơm lên máy rửa 1 trước máy rửa bột ñược pha loãng tới 1

- Giai ñoạn 2

Dung dịch NaOH 10% ñược nạp vào bột ñã rửa trên máy rửa 1, sau ñó bột ñược ñưa vào máy trộn hơi gia nhiệt có nhiệt ñộ từ 708C4 788C Dung dịch H2O2 nồng ñộ 2,5% ñược bổ xung vào ở ngay sau máy trộn hơi Sau ñó bột ñược chuyển vào tháp trích ly kiềm Tại ñây bột ñược pha loãng ở nồng

ñộ 1,2%4 3% bằng nước lọc trích ly rồi bơm lên máy rửa 2 Dung dịch NaCL

40 g/l và NaCL 10% ñược nạp vào bột ñã rửa trên máy hai ñể chuẩn bị cho giai ñoạn Hybo1

- Giai ñoạn Hypo1

Lượng nạp NaCL ñã nói ở trên chiếm 60% tổng lượng NaCL nạp ở cả hai giai ñoạn, tuỳ theo sản lượng bột mà ñiều chỉnh lượng bột lưu lại trên tháp Hypo1 Dịch lọc cho máy rửa trong giai ñoạn Hypo1 ñược bơm lên các vòi phun rửa trong giai ñoạn trích ly kiềm

- Giai ñoạn Hypo2

Lượng Hypo cho tẩy giai ñoạn này khoảng 40% tổng lượng Hypo ở hai giai ñoạn Hypo1 và Hypo2 Việc thực hiện pha loãng trong ñáy tháp Hypo2

và rửa bột trên máy rửa dùng nước lọc của chính công ñoạn này, sau ñó bột ñược ñưa vào bể chứa

d Quá trình thu hồi kiềm

Quá trình thu hồi nhằm tái sử dụng hoá chất sau khi nấu và giảm ô nhiễm môi trường

Hệ thống thu hồi kiềm bao gồm các thiết bị: Chưng bốc, nồi hơi thu hồi,

và xút hoá

- Quá trình chưng bốc dịch ñen:

Dịch ñen sau rửa từ bể chứa ñược bơm vào tháp Oxh I, từ ñây dịch ñen ñược ñưa qua các hiệu trưng bốc và ñược bơm cấp vào bể chứa dịch ñen ñặc Dịch ñen sau chưng bốc ñược chứa vào hai bể Ch 007 và Ch 008, từ ñó dịch ñen ñược ñưa vào tháp Oxh II Tại tháp Oxh II dịch ñen ñặc ñược tiếp tục ô xy hoá sau ñó ñược ñưa tới lò ñốt thu hồi

- Nồi hơi thu hồi

Dịch ñen sau chưng bốc ñược ñưa sang lò hơi thu hồi, nhiệt ñộ dịch ñen khoảng 1058C 4 1108C, hàm lượng chất rắn khoảng 45%450% trong ñó 30%

là hợp chất hữu cơ từ gỗ phần còn lại là hợp chất vô cơ Dịch ñen này ñược ñưa vào thiết bị chưng bốc tầng và ñược tiếp xúc với khí nóng của lò làm cho nước bốc hơi và dịch ñen ñặc lại nồng ñộ khoảng 60 Nhiệt ñộ trong lò từ 2008C 413008C ñã nung chảy các chất vô cơ và chảy ra khỏi lò ñốt theo máng vào bể hoà tan Khí thải từ lò ñốt thu hồi ñến bộ phận thu hồi nhiệt sau

ñó vào bộ phận lắng tĩnh ñiện Bộ phận lắng tĩnh ñiện gồm những bản cực tích ñiện với ñiện thế khoảng 70 kV, dưới tác dụng của lực ñiện trường các hạt bụi sẽ bám vào các ñiện cực rồi ñược thu hồi chở lại

- Công ñoạn xút hoá

Dịch xanh từ nồi hơi thu hồi ñược bơm tới bể lắng trong, các hạt rắn lắng xuống ñược gạt lên tục vào tâm bể và ñịnh kỳ thải ra ngoài bằng van xả ñáy, dịch xanh ñược bơm lên bể hoà vôi Hỗn hợp dịch sau bể hoà tan vôi lần lượt ñược ñưa qua các bể xút hoá 1, 2, 3 và bể trung gian Từ bể trung gian hỗn hợp dịch này ñược ñưa tới bể lắng trong dịch trắng, dịch trắng ñược ñem ñi

nấu bột Phần dịch lắng xuống tại bể lắng dịch trong ñược ñưa ñến bể chứa bùn vôi số 1 ở ñây dung dịch tiếp tục ñược lắng phần dịch lắng ñược ñưa tới

bể chứa bùn vôi số 2 sau ñó ñược ñưa tới máy lọc bùn vôi và thải ra ngoài

1.1.2.3 Phân xưởng xeo

a Quá trình chuẩn bị bột

Quá trình này nhằm cung cấp ñủ bột cho máy xeo với nồng ñộ ổn ñịnh,

ñộ nghiền hợp lý, phối trộn tỷ lệ giữa các loại bột hợp lý trên cơ sở sản xuất từng loại giấy theo yêu cầu của máy xeo ñồng thời bổ xung các chất phụ gia theo một tỷ lệ phù hợp cho từng loại giấy sản xuất

Quá trình chuẩn bị bột có hai giai ñoạn chính:

- Nghiền bột: Có hai loại máy nghiền ñó là nghiền thuỷ lực và nghiền côn Nghiền thuỷ lực dùng ñể ñánh tơi bột thường là bột tấm Nghiền côn có công dụng cắt sơ sợi theo yêu cầu sản xuất làm cho sơ sợi trương nở ra ñể thuận tiện cho quá trình hình thành tờ giấy trên lưới Nghiền côn thường dùng

ñể nghiền tinh, tinh chỉnh lại bột sau quá trình nghiền chính

- Chất phụ gia: Trong sản xuất việc sử dụng các phụ gia phụ thuộc vào môi trường sản xuất (a xit tính, kiềm tính) Công ty giấy Bãi Bằng sản xuất giấy trong môi trường kiềm tính Việc bổ xung chất phụ gia sẽ làm cho tờ giấy có tính chất tốt hơn, ñộ trắng hơn, ñộ láng mịn hơn, chống thấm nước tốt, tăng sản lượng và tăng giá thành

Các chất phụ gia dùng trong dây truyền sản xuất giấy theo môi trường kiềm tính:

+ Keo AKD: Việc bổ xung keo AKD vào bột giấy làm cho sự dính bám

+ Tinh bột Cationic: Tinh bột này có tác dụng tăng ñộ bền của giấy, trợ giúp

cho sự bảo lưu các thành phần trong hỗn hợp bột giấy

+ Muối CaCO 3 : Muối này dùng làm chất ñộn, và làm tăng ñộ trắng, ñộ mịn

và tăng trọng lượng của tờ giấy

+ Chất trợ bảo lưu: Tạo ra ñộ bảo lưu ñể giữ lại các thành phần của bột

giấy trên lưới

+ Chất diệt khuẩn: Trong môi trường kiềm nhẹ một số loại vi khuẩn phát

Triển mạnh, chất diệt khuẩn sẽ tiêu diệt chúng

+ Chất phẩm màu: ðể cải thiện màu của tờ giấy cho phù hợp với yêu cầu của

sản phẩm

Ta có thể tóm tắt dây chuyền công nghệ của quá trình chuẩn bị bột như sau: Bột từ bể Ch 68 với nồng ñộ 2,5% ñược bơm ñến bộ phận nghiền sau ñố bột ñược pha loãng từ nước ở hố lưới, sau ñó ñưa lên hệ thống lọc ly tâm 4 giai ñoạn Bột thải giai ñoạn 1 ñược ñưa về trước bơm Pu514 ñể ñi lọc giai ñoạn 2 bột thải giai ñoạn 2 ñược ñưa về trước bơm Pu516 A ñể ñi lọc giai ñoạn 3 bột thải giai ñoạn 3 ñược ñưa về trước bơm Pu 516 B ñể ñi lọc giai ñoạn 4 bột thải giai ñoạn 4 qua hai ống tận thu sau ñó cặn thải ra ngoài Phần bột tốt của giai ñoạn 4 ñược ñưa về trước bơm Pu512 từ ñây bột ñược pha loãng xuống nồng ñộ 0,4% và ñưa vào hai sàng áp lực, bột tốt của sàng ñược ñưa lên hòm phun bột Tại hòm phun bột bột ñược phun lên lưới ñể hình thành tờ giấy ướt

b Máy xeo giấy

Dây chuyền máy xeo giấy gồm các bộ phận chính sau:

+ Lô hình thành: có hộp hút chân không ở phía trong ruột lô, nhưng hộp hút này không làm cho nước thoát ra theo ñường hút chân không mà chỉ giữ lại ñể hình thành tờ giấy ướt sau ñó ñược tách theo lực ly tâm

+ Lô lái lưới: Mỗi lưới có một lô lái lưới việc lái lưới ñược thực hiện bằng một cơ cấu van nghi khí

- Bộ phận ép

Có nhiệm vụ làm thoát nước trong tờ giấy, làm tăng ñộ chặt và cải thiện

bề mặt của tờ giấy Tốc ñộ thiết kế của bộ phận ép là 800 m/p

Gồm 3 tổ :

+ Tổ ép I: Vừa có lưới ép vừa có hộp hút chân không nằm trong lõi, nó tiếp nhận băng giấy từ lưới sang và làm nhiệm vụ ép băng giấy ñể tách nước

+ Tổ ép II: Nước ñược thoát ra ở mặt dưới băng giấy

+ Tổ ép III: Là cặp ép nhẵn không có chăn và lưới ép có chức năng làm cho

tờ giấy chặt hơn, các sơ sợi liên kết cơ học tốt hơn, làm tăng tính chất cơ lý của tờ giấy, cải thiện bề mặt tờ giấy

Ngoài ra ở bộ phận ép còn có các lô dẫn chăn, lái chăn và căng chăn, hệ thống vòi phun chăn ñể giặt chăn, hệ thống hòm hút chân không, hệ thống dao cạo các lô, các lô dàn cho chăn thẳng và phẳng

- Bộ phận sấy

Bộ phận sấy có nhiệm vụ sấy khô tờ giấy từ ñộ khô 40 %4 42% sau ép lên ñộ khô 92% 4 94% Nếu giấy có gia keo bộ phận sấy còn làm nóng chảy các hạt keo trong giấy làm tăng khả năng chống thấm của tờ giấy, tăng ñộ bền

bề mặt của tờ giấy vì trong quá trình bốc hơi xảy ra các phản ứng nối cầu Hydro giữa các phần tử Xenlulo lại với nhau

- Bộ phận ép quang

Bộ phận ép quang có nhiệm vụ cải thiện một số tính chất của tờ giấy như:

ðộ xốp giảm ñi, ñộ nhẵn tăng, ñộ dày giảm, ñộ chặt tăng, ñộ chịu nén tăng, ñộ thấu quang tăng

- Bộ phận máy cuộn

ðây là loại máy cuộn ma sát (dẫn ñộng bằng bề mặt)

ðịnh lượng giấy và qui cách sản phẩm như sau:

- Quá trình xử lý nước thải có thể ñược miêu tả như sau:

Tất cả các hệ thống nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp ñều ñược tập chung về trạm xử lý nước thải Tại ñây các chất bẩn có kích thước lớn ñược tách ra bằng cách cho nước thải chảy qua bộ phận sằng thanh chắn

và bộ phận cào rác thường xuyên cào tách rác ñưa vào băng tải ra bãi chứa

ðể nâng cao hiệu quả tách chất cặn bẩn người ta cho thêm Al2(SO4)3

18H2O nếu cần ñiều chỉnh môi trường dùng H2SO4 hoặc NaOH Nước trong tách ở cuối bể tập chung bơm về bể chứa sau ñó ñược bơm ra cửa thải sông hồng Còn bùn lắng ñọng ñược hút về bể chứa, bể này trang bị máy khuấy tốc

ñộ nhỏ, sau ñó bùn ñược bơm lên máy lọc thùng quay ñể cô ñặc bùn tiếp theo bùn ñược chuyển ra kho chứa bằng hệ thống vít xoắn Nước sau máy lọc bùn ñược bơm trở lại trạm xử lý

- Các thông số của trạm xử lý nước thải:

+ Lưu lượng nước thải: 12,5 (m3/phút)

+ Thể tích bể bông kết: 125 (m3 32)

+ Diện tích bể lắng: 1250 (m2)

+ Thời gian lắng: 3 giờ 45 (phút)

+ Thể tích bể xử lý bùn: 400 (m3 32)

+ Năng suất máy lọc: 20 (m3/h)

+ Diện tích bề mặt lọc: 32 (m2)

1.2 Các tiêu chuẩn ñánh giá chất lượng giấy

Các tiêu chuẩn ñánh giá chất lượng giấy bao gồm: ñộ trắng, ñịnh lượng giấy, ñộ dày, ñộ cứng, ñộ ñục, ñộ trong, ñộ bền xé, ñộ bền gấp, chiều dài ñứt, ñộ hút ẩm, ñộ kiềm, ñộ sần, ñộ nhám, ñộ co và khối lượng riêng

- Công nghiệp: giấy bao bì, giấy gói, giấy lọc, giấy cách ñiện …

- Văn hóa: giấy viết, giấy in, giấy báo, giấy in tiền …

- Lương thực: giấy gói thực phẩm, giấy gói kẹo, giấy túi chè …

- Giấy tráng nhôm, thiếc, hợp chất cao phân tử

1.3 Tiêu chuẩn giấy trong sản xuất tại Nhà máy giấy Bãi Bằng

Nhà máy giấy Bãi Bằng chuyên sản xuất các loại giấy trắng với mục ñích sử dụng trong văn hóa như giấy in, giấy viết … Do ñó tiêu chuẩn sản xuất giấy trong Nhà máy giấy Bãi Bằng ñược áp dụng với các tiêu chuẩn về màu giấy như sau:

Chương 2 - CÁC PHƯƠNG PHÁP ðO MÀU CỦA GIẤY

2.1 Mục ñích, nguyên lí ño và ñiều khiển ñộ màu

2.1.1 Mục ñích ño và ñiều khiển ñộ màu

Trong ngành sản xuất công nghiệp hiện nay màu sắc ñóng vai trò quan trọng trong thiết kế sản phẩm Với môi trường kinh tế cạnh tranh hiện nay, người tiêu dùng có nhiều lựa chọn cho các sản phẩm hơn, vì thế các nhà sản xuất không thể bỏ qua việc sức hấp dẫn về màu sắc của sản phẩm ñóng vai trò quyết ñịnh ñến sự lựa chọn của khách hàng

ðối với ngành công nghiệp sản xuất giấy cũng vậy Màu sắc, ñộ trắng,

ñộ sáng của giấy là một yếu tố vô cùng quan trọng trong việc ñánh giá chất lượng sản phẩm và thu hút khách hàng sử dụng sản phẩm Chính vì nguyên nhân ñó nên trong quá trình sản xuất giấy thì hệ thống ño và ñiều khiển ñộ màu của giấy có nhiệm vụ tạo nên tính chất, chất lượng sau cùng của giấy Do

ñó việc ño và ñiều khiển ñộ màu trong nhà máy sản xuất giấy là yếu tố cơ bản nhất trong quy trình sản xuất giấy

2.1.2 Nguyên lí ño ñộ màu và không gian màu LAB

2.1.2.1 Nguyên lí ño ñộ màu

Như chúng ta ñã biết nguyên lí của việc cảm nhận màu sắc là do hiện tượng phản xạ ánh sáng Nguồn sáng tới là ánh sáng trắng bao gồm các tia sáng ñơn sắc với những bước sóng khác nhau từ: ñỏ, cam, vàng, xanh lá, xanh dương, tím chiếu vào vật thể cần quan sát Tia sáng nào phản xạ lại mắt người quan sát thì người quan sát cảm nhận ñược vật thể có màu sắc ñó Vì thế màu sắc là vấn ñề nhận thức theo cách hiểu chủ quan Khi mô tả màu sắc mỗi người khác nhau sẽ diễn ñạt theo nhiều ý khác nhau và họ sẽ diễn ñạt màu sắc

ñó theo từ ngữ riêng của mình Dựa theo quan ñiểm kỹ thuật, màu sắc ñược

mô tả qua 3 thuộc tính sau: sắc màu, giá trị và sắc ñộ

- Sắc màu: là từ ngữ ñược sử dụng ñể phân biệt giữa các màu Ví dụ: xanh, ñỏ, tím, vàng …

- Giá trị màu: là ñộ sáng hay ñộ tối của một màu

- Sắc ñộ: là việc ño sự khác biệt của một màu như thế nào so với màu xám

Cả 3 nhân tố của màu sắc này có thể ñược tổng kết biểu diễn bằng ñồ thị ðược kết hợp trong không gian 3 chiều gọi là không gian màu

2.1.2.2 Không gian màu LAB

Năm 1931, không gian màu CIE ñã ñược thành lập Sau khi ñược thành lập thì CIE ñã ñưa ra cơ sở ño màu cho phép mỗi màu sắc có thể ñược ñịnh nghĩa bởi bộ 3 giá trị hướng (X, Y, Z) Các giá trị này ñược thay ñổi theo phương diện toán học, việc ño dựa trên sự phản xạ hoặc ñộ sáng Y và ñộ kết tủa màu: x và y Biểu ñồ ñộ kết tủa màu CIE 1931 ñược thể hiện ở hình 2.1

Hình 2.1 - Biểu ñồ màu sắc CIE 1931

Tiêu chuẩn quan sát 2o (CIE 1931)

Tiêu chuẩn quan sát bổ xung 10o (CIE 1964)

Những giá trị của 3 bước sóng phản hồi dựa trên những chức năng phối màu X(λ), Y (λ) và Z( λ) ñược quy ñịnh vào năm 1931 bởi CIE còn ñược

biết ñến là những giá trị của ba bước sóng phản hồi XYZ Chúng thích hợp

cho góc nhìn 4° hoặc thấp hơn và ñược quy ñịnh ñể phản ảnh vật thể bằng

S(λ): sự phân bố năng lượng quang phổ tương ñối của vật chiếu sáng

X(λ), Y (λ), Z ( λ): chức năng phối màu cho tiêu chuẩn quan sát bổ sung 2 o

R (λ): hệ số phản xạ của vật mẫu

Nguyên lí ño màu trong không gian màu CIE:

Hình 2.2 - Nguyên lí ño màu theo không gian màu XYZ

Từ các công thức trên thông qua bộ vi xử lý ta có thể biểu diễn một màu của

vật thể thông qua ba thông số X (Red-ðỏ), Y (Green-Xanh lá), Z (Blue-Xanh

dương) bằng những con số cụ thể Nhờ nguyên lý này mà có thể phân biệt ñược

sự khác biệt về màu sắc một cách chính xác Mặt hạn chế của không gian màu

CIE là nó không ñại diện ñồng nhất cho mỗi màu riêng biệt Do ñó một không

gian màu mới ñược ra ñời là “Không gian màu LAB” Không gian màu này ñã trở

nên phổ biến nhất và ñược ứng dụng trong các máy ño màu ngày nay

Không gian màu LAB:

Hình 2.3 - Không gian màu LAB

Hệ thống màu LAB ñại diện cho 3 mức tỉ lệ như sau:

- Trục thẳng ñứng L: thể hiện cho ñộ sáng có giá trị từ 0 ñến 100 Giá trị lớn nhất 100 ứng với ñộ sáng tuyệt ñối (ñộ trắng tuyệt ñối); giá trị nhỏ nhất 0 ứng với ñộ ñen tuyệt ñối

- Trục “a” và “b”: không có giá trị giới hạn cụ thể, tuy nhiên trên thực tế người ta dùng dải giá trị từ -128 ñến 127 (gồm 256 mức) ứng với các giá trị: “ -a” màu xanh lá cây; “+ a” màu ñỏ; “– b” màu xanh dương; “+ b” màu vàng

- ðiểm ở giữa 3 trục L,a,b gọi là ñiểm xám

Không gian màu LAB ñược sử dụng rất nhiều trong ngành công nghiệp Ngoại trừ nhiếp ảnh, nó còn ñược sử dụng trong việc cung cấp màu chính xác cho màu sắc trong sơn, thuốc nhuộm vải, mực in và giấy

Trong không gian màu LAB có các giá trị Delta thể hiện sự sai khác nhau về giá trị của L,a,b giữa vật mẫu và màu muốn ñạt ñược là ∆L, ∆a, ∆b Các giá trị sai lệch này thường ñược sử dụng ñể ñiều khiển chất lượng màu hoặc trong công thức hiệu chỉnh Nếu như giá trị sai lệch nằm ngoài khoảng dung sai cho phép thì sẽ có sự sai khác lớn giữa mẫu chuẩn và vật cần ño Giá trị Delta này có thể cho ta biết một vài thông tin cụ thể như: căn cứ vào phần dấu của ∆a ta có thể biết ñược mẫu cần ño có màu ñỏ hơn hay xanh hơn mẫu chuẩn, phần giá trị này sẽ cho ta biết ñỏ hay xanh hơn bao nhiêu

Hình 2.4 - Các giá trị thể hiện sự sai khác Delta

Sự khác biệt giữa hai mẫu màu sắc ñược thể hiện thông qua ∆E ðại lượng này ñược dùng trong khâu kiểm tra ñánh giá màu sắc, nhằm kiểm tra xem một mẫu màu ñược có nằm trong dung sai cho phép của mẫu màu tiêu chuẩn hay không, ví dụ ∆E = 2.0 Sự khác biệt giữa các giá trị L, a, b trong mẫu phân tích so với mẫu tham chiếu sẽ ñược thể hiện trong ∆E (1976) theo công thức sau, và vì thế ∆E sẽ cho thấy mức ñộ khác biệt màu giữa hai mẫu:

( 2 1) ( 2 1) ( 2 1)

Thông thường khi giá trị ∆E từ 4 trở lên, sự khác biệt màu sắc của các mẫu

có thể ñược nhận biết trực tiếp bằng mắt người bình thường Ngoài ra, có hai giá trị delta khác liên quan ñến thang ño màu này ñó là ∆C’ và ∆H’.Trong ñó ∆C’ là

sự khác biệt về sắc ñộ hay ñộ bão hòa màu giữa mẫu và chuẩn Còn ∆H’ là sự khác nhau về góc sắc màu

Các công thức tính toán trong không gian màu LAB:

Nếu X/Xn ;Y/Yn ; Z/Zn lớn hơn 0.008856 thì:

Trong ñó: X, Y, Z: là giá trị 3 bước sóng phản hồi của vật mẫu

Xn, Yn, Zn: là giá trị của 3 bước sóng của máy khuếch tán phản xạ lí tưởng

Ta có Yn = 100.000 còn Xn và Zn ñược lấy theo bảng sau (căn cứ theo chuẩn quan sát):

Bảng 2.1 - Bảng giá trị Xn, Zn theo tiêu chuẩn CIE 2

Công thức tính f(X/Xn), f(Y/Yn), f(Z/Zn):

f(X/Xn) = 3 X Xn/ với X/Xn > 0,008865 (2.9) f(X/Xn) = 7,87 X

116 với X/Xn > 0,008865 (2.10) f(Y/Yn) = 3Y Yn/ với Y/Yn > 0,008865 (2.11)

f(X/Xn) = 7,87 Y

116 với Y/Yn > 0,008865 (2.12) f(Z/Zn) = 3 Z Zn/ với Z/Zn > 0,008865 (2.13)

f(Z/Zn) = 7,87 Z

116 với Z/Zn > 0,008865 (2.14) Công thức tính Delta:

Tóm lại từ việc ño các bước sóng phản hồi và thông qua các công thức tính của các không gian màu ta có thể ño ñược giá trị chính xác của các màu thông qua 3 giá trị XYZ (RGB) hay LAB ðây chính là nguyên lí của các máy ño màu sắc hiện này Nó giúp người sử dụng có thể thiết lập ñược công thức màu mới

từ những màu gốc có sẵn hay tìm ra dung sai giữa các màu ñể từ ñó pha chỉnh màu một cách nhanh chóng và chính xác

2.2 Các phương pháp ño màu

2.2.1 ðo màu bằng máy ño phổ

Trong tiến trình ño màu phổ toàn bộ quang phổ thấy ñược từ 380 ñến 780nm ñều ñược ño Ánh sáng phản xạ từ lớp ñối tượng ñược tách thành phần phổ bằng một thiết bị nhiễu xạ và ñược ño bằng một loạt các bộ cảm biến

Tuỳ thuộc vào ñộ chính xác yêu cầu mà sự ñồng nhất của ánh sáng chiếu tới ñược ño theo từng khoảng 1nm, 5nm hay 10nm Các giá trị kích thích X,

Y, Z ñược tính từ các phổ phản xạ ñược ño ðể tính toán, các ñường cong phối hợp màu sẽ ñược lưu trong máy tính Vì những ñường cong này ñược mô phỏng bởi các kính lọc nên ñộ chính xác tuyệt ñối của máy ño phổ rất cao Các giá trị màu tiêu chuẩn ñược tính từ ñường cong bức xạ của nguồn

ánh sáng S(λ) cũng như là các ñường cong phối hợp màu x(λ), y(λ) và z(λ)

của chuẩn quan sát Ta thấy rằng việc tính toán phụ thuộc vào bước sóng λ

của ánh sáng Trong bước ñầu tiên của việc tính toán, các giá trị của hàm bức

xạ của nguồn chiếu sáng chuẩn S(λ) ñược nhân với giá trị phổ phản xạ λ(β)

của mẫu ño cho mỗi bước sóng Kết quả là có ñường cong mới - ñường cong kích thích màu λ(ϕ)

Ở bước thứ hai, các giá trị từ ñường cong kích thích màu ñược nhân với

các giá trị từ ñường cong phối hợp màu x(λ), y(λ) và z(λ) Kết quả cho ba

ñường cong mới

Cuối cùng, bằng phép tính tích phân và nhân với các thông số ñược chuẩn hóa, các giá trị kích thích ba thành phần X, Y, Z ñược tính từ các vùng nằm trong ñường cong bằng phép tích phân khiến nó có khả năng mô tả màu

ñó một cách chính xác

Nguồn sáng

Phổ phản xạ

ðường cong kích thích màu

ðường cong phối hợp màu

Phép tích phân

và chuẩn hóa

Các giá trị kích thích ba thành phần

Tuy nhiên các máy ño màu theo phương pháp kích thích 3 thành phần màu có ñộ chính xác tuyệt ñối thấp hơn máy ño phổ vì các ñường cong phối hợp màu có thể ñược mô phỏng chính xác hay không còn tùy thuộc vào sự chiếu sáng chuẩn Tuy nhiên, chúng thích hợp cho việc ñánh giá sự sai biệt màu vì trong trường hợp này các giá trị tuyệt ñối không cần thiết phải có ñộ chính xác Thêm vào ñó, các thiết bị dùng ñể chế tạo máy ño theo phương pháp kích thích 3 thành phần rẻ hơn nhiều so với máy ño phổ

Vùng ño ñược chiếu sáng với ñèn có các thành phần quang phổ giống như ánh sáng chuẩn trong ví dụ dưới ñây của chúng ta, màu lục lam (Cyan) ñang ñược ño

Phổ phản xạ ñược ño bằng việc phối trộn 3 kính lọc khác nhau và giá trị kích thích X ñược ño với kính lọc ðỏ (Red), Y với kính lọc Xanh lục (Green)

và Z với kính lọc xanh lam (Blue) Sau khi ño các giá trị kích thích có thể ñược chuyển ñổi sang không gian màu (CIE Lab hay CIE Luv) ñể có thể ñánh giá sự khác biệt màu Mô tả phương pháp này trình bày trên hình 2.6

Hình 2.6 - Nguyên lý phương pháp ño màu kích thích 3 thành phần

2.3 Cảm biến ñầu ño ER 50 PA

Cảm biến:

ðược ñịnh nghĩa như một thiết bị cảm nhận và biến ñổi các ñại lượng vật lí

và các ñại lượng không mang tính chất ñiện thành các ñại lượng ñiện có thể ño ñược Nó là thành phần quan trọng trong một thiết bị ño hay một hệ thống ñiều khiển tự ñộng

Trong hệ thống ño và ñiều khiển màu, ñể nhận biết ñược chất lượng sản phẩm giấy ñược tạo ra trong quá trình sản xuất về ñộ trắng, ñộ mịn, ñộ giày mỏng, màu … của giấy cần phải sử dụng tới cảm biến ñầu ño Nhiệm vụ của cảm biến này là ño kết quả sản phẩm giấy cuối cùng rồi gừi tín hiệu phản hồi về cho người ñiều khiển qua giao diện trên máy tính, ñể từ ñó người ñiều khiển kiểm tra chất lượng giấy, thay ñổi tỉ lệ màu bơm ñể phù hợp với yêu cầu sản xuất