Ứng dụng PLC để tự đông hóa máy cắt sản phẩm trong nhà máy nhựa CUBIC- TP Vinh

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, ở Việt Nam với điều kiện kinh tế , cơ sở vật chất, trình độ con người ơ môt sô nganh nghê con thâp nên hệ thống dây chuyền sản xuất tự động được sử dụng chưa mang tính chất đồng bộ, cũng như tính tự động hóa chưa cao, chưa được sử dụng rộng rãi. Vì vậy việc nghiên cứu tìm hiểu, thiết kế, xây dựng hệ thống sản xuất tự động hóa đã và đang là những hướng quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế, cũng như phát triển kỹ thuật và công nghệ Việt Nam. Xuất phát từ điều đó, được sự giúp đỡ, định hướng của thầy giáo hướng dẫn, PGS-TS. Nguyên Đưc Khoat cũng như qua qua trinh sưa chưa thưc tê tai nha máy nhựa cubic tai TP Vinh – Nghê An , tôi đã chọn và thực hiện đề tài “ Ứng dụng PLC để tự đông hóa máy cắt sản phẩm trong nhà máy nhựa CUBIC- TP Vinh” nhằm nâng cao khả năng làm việc , hiêu qua ,tính ổn định, đảm bảo tính tin cậy của hệ thống, giảm thiểu các sự cố xảy ra .

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, ở Việt Nam với điều kiện kinh tế , cơ sở vật chất, trình độ con

người ở mô ̣t số ngành nghề còn thấp nên hệ thống dây chuyền sản xuất tự

động được sử dụng chưa mang tính chất đồng bộ, cũng như tính tự động hóa

chưa cao, chưa được sử dụng rộng rãi Vì vậy việc nghiên cứu tìm hiểu, thiết

kế, xây dựng hệ thống sản xuất tự động hóa đã và đang là những hướng quan

trọng trong chiến lược phát triển kinh tế, cũng như phát triển kỹ thuật và công

nghệ Việt Nam

Xuất phát từ điều đó, được sự giúp đỡ, định hướng của thầy giáo hướng dẫn,

PGS-TS Nguyễn Đư ́ c Khoát cũng như qua quá trình sữa chữa thực tế ta ̣i nhà

máy nhựa cubic tai TP Vinh – Nghê ̣ An , tôi đã chọn và thực hiện đề tài “

Ứng dụng PLC để tự đông hóa máy cắt sản phẩm trong nhà máy nhựa

CUBIC- TP Vinh” nhằm nâng cao khả năng làm việc , hiệu quả ,tính ổn

định, đảm bảo tính tin cậy của hệ thống, giảm thiểu các sự cố xảy ra

2 Mục đích và phạm vi nghiên cứu

2.1 Mục đích của đề tài

- Ứng dụng thiết bi công nghệ mới để nâng cao năng suất và tính ổn định

của nhà máy

- Tiết kiệm và giảm thiểu được các sự cố trong quá trình sản xuất

- Xây dựng được phần mềm giám sát và điều khiển cắt sản phẩm tự động

2.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứ u thực tế về máy cắt sản phẩm tự đô ̣ng tại nhà máy nhựa

CuBic Thành phố Vinh – Nghệ An.để có hướng tự động hoá dây chuyền cắt

sản phẩm tự đô ̣ng

3 Phương pháp nghiên cứu

- Thống kê, đo lường, thu thập số liệu phục vụ cho công tác nghiên cứu

- Ứng dụng công nghệ tự động hoá trong quá trình giám sát, điều khiển

4 Nội dung nghiên cứu

- Giới thiệu về máy cắt sản phẩm trong nhà máy nhựa CUBIC

- Ứng dụng PLC S7 -200 để tự động hóa máy cắt sản phẩm nhựa CUBIC

- Xây dựng dao diện giám sát và điều khiển máy cắt sản phẩm tự động

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

5.1 Ý nghĩa khoa học

Ứng dụng PLC để tự đông hóa máy cắt sản phẩm trong nhà máy nhựa

CUBIC- TP Vinh” nhằm nâng cao khả năng làm việc, tính ổn định, đảm bảo

tính tin cậy của hệ thống, giảm thiểu các sự cố xảy ra

5.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Đánh giá hiện trạng , tự đô ̣ng hoá và giám sát điều khiển hệ thống máy

cắt sản phẩm nhựa CuBic

6 Cấu tru ́ c luâ ̣n văn

Luận văn này được xây dựng làm 3 chương :

Chương 1 : Tổng quan về dây chuyền công nghê ̣ nhà máy nhựa Cubic

Chương 2 : Máy cắt sản phẩm tự động

Chương 3 : Ứng dụng PLC S 7- 200 tự đô ̣ng hoá máy cắt sản phẩm và xây

dựng giao diê ̣n giám sát điều khiển

Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Học viên thực hiện

Phan Ha ̉i Nam

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TRONG NHÀ MÁY

NHỰA CUBIC 1.1 Giới thiệu nhà máy sa ̉ n xuất nhựa cubic

Công ty CP công nghiê ̣p và phát triển xây dựng miền bắc có trụ sở chính ta ̣i

ngã tư sân bay vinh phía bắc cách sân bay vinh 1km Phía đông cách cảng

cửa lò 7km Phía tây cách đường quốc lộ 1A là 1km trên đường xuống khu du

lịch biển cửa lò trang web công ty : http://vilaconic.com

Là công ty sản xuất đa ngành trong đó sản phẩm nhựa công ty được đánh giá

cao có uy tín trên thi ̣ trường các sản phẩm nhựa , với đô ̣i ngũ cán b ộ kỹ thuật

có kinh nghiệm lâu năm nhà máy không ngừng đầu tư mở rộng quy mô sản

xuất nghiên cứu đổi mới dây chuyền công nghê ̣ hiê ̣n đa ̣i cho ra đời những sản

phẩm đa ̣t tiêu chuẩn chất lươ ̣ng cao đảm bảo tính kỹ thuâ ̣t , mỹ thuật và sự đa

dạng về mẫu mã , màu sắc tự nhiên mang đến không gian sống sang trọng lịch

lãm độc đáo Đặc biệt các sản phẩm có ưu thế vượt trội như : Cửa nhựa ri , ốp

tường , tấm trần nhựa luôn là sự lự cho ̣n hàng đầu cho các căn hộ cao cấp ,các

toà nhà biệt thư các khu nghỉ dưỡng các khách sạn văn phòng

Bên ca ̣nh thế ma ̣nh về ngành nhựa công ty cò n phát triển thêm nhiều lĩnh vực

xây lắp công trình xây dựng giao thông và đang mở rô ̣ng phát tr iển lĩnh vực

xuất khẩu hàng hoá các mă ̣t hàng nông sản , nhựa đường , hoá chất

Công ty đã được Tổ Chức Chứng Nhận VINACERT công nhận đạt chuẩn

chất lượng ISO 9001:2008

1.2 Giới thiệu dây chuyền sản xuất trong nhà máy nhựa Cubic

Nhà máy nh ựa Cubic gồm nhiều phân xưởng sản xuất với các dây chuyền cơ

bản sau : Máy tạo hạt nhựa , dây chuyền sản xuất tấm nhựa , phào nhựa , dây

chuyền in và đóng gói sản phẩm

1.2.1 Máy tạo hạt nhựa

Qui trình công nghệ sản xuất hạt nhựa các loại như sau:

Hình 1.1 Hình ảnh của máy tạo hạt nhựa:

Hình 1.2 Quy trình công nghê ̣ sản xuất

Bao bì nhựa PE,PP,PET

Thuyết minh:

Bao bì nhựa PE,PP,PET các loại được nhập từ nước ngoài về, đem làm sạch

bụi khi cần thiết Ta chỉ làm sạch bụi khi các bao bì khi mà độ vệ sinh không

đảm bảo cho qua qui trình sản xuất

Sau khi các bao bì nhựa PE, PP,PET đạt được vệ sinh cần thiết sẽ được

chuyển vào tổ hợp qui trình sản xuất như sau:

Đầu tiên các bao bì nhựa được đưa qua máy nghiền nhằm nghiền nhỏ các bao

bì thành những phần tử nhỏ Sau dó những phần tử nhỏ đó được đưa vào máy

đùn có gia nhiệt nhằm làm dẻo các phần tử nhỏ từ bao bì nhựa tạo thành hỗn

hợp nhựa dạng dẻo Tại máy đùn có cho các chất phụ gia, chất tạo màu với tỉ

lệ phù hợp theo yêu cầu của khách hàng Tiếp theo hỗn hợp này được đưa vào

khuôn định hình và cắt thành những hạt nhỏ tùy theo nhu cầu của khách hàng

Sau khi cắt các hạt nhựa được đưa qua nước để định hình hạt nhựa và làm

nguội hạt nhựa Cuối cùng hạt nhựa được sấy khô và chuyển sang công đoạn

đóng gói và xuất xưởng khi có nhu cầu

1.2.2 Dây chuyền sản xuất tấm nhựa

Quy trình công nghệ của dây chuyền sản xuất tấm nhựa như sau :

Hình 1.3 Hình ảnh của dây chuyền sản xuất tấm nhựa

Động

cơ vít tải

Hô ̣

p số

Phiễu cấp liê ̣u

Hê ̣ thống

tủ điều khiển

Hê ̣ thống

con lăn

Hê ̣ thống làm mát

Hê ̣ thống cắt sản phẩm

Tạo khuôn

1.2.2.1.Phiễu cấp liê ̣u

Phễu cấp liệu đặt trên thân máy ép đùn Nguyên liệu được đóng bao và được

công nhân đổ vào phễu cấp liệu hoặc được hút từ xi lô chứa nguyên liệu nhờ

bơm hút qua đường ống (bên trong có băng tải lò xo ) Tại phễu cấp liệu

nguyên liệu được rải đều xuống của hút của máy ép đùn nhờ trục vít được lai

bằng động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc

Cấp nguyên liê ̣u

Máy ép đùn

Máy cắt sản phẩm

Hê ̣ làm mát

Hê ̣ thống đẩy sản phẩm vào thùng chứa

Hê ̣ thống dàn kéo

Hình 1.4 Quy trình dây chuyền công nghê ̣ sản xuất

1.2.2.2.Máy ép đùn

Hình 1.5 Máy ép đùn

Máy ép đùn có nhiệm vụ tạo ra sản phẩm nhựa từ hạt nhựa và phụ gia

Cấu tạo của máy ép đùn gồm:

Vỏ máy: vỏ máy(xilanh nhiệt) gồm hai lớp kim loại:

Bên trong: là lớp kim loại có khả năng chịu mài mòn cao

Bên ngoài: được chia thành các khoang nhiệt tại đó được bố trí các

băng nhiệt là các vòng dây điện trở lồng trong ống sứ, trên thân các băng

nhiệt có các lỗ giắc để cắm nhiệt ngẫu (thermocouple) để cảm biến và điều

khiến giói hạn nhiệt độ công tác

Với máy ép đùn sản xuất có 1 trục vít Trục vít được lai bởi động cơ 1

chiều kích từ độc lập thông qua hộp số, các bánh răng trung gian Trong lòng

trục vít có đường dẫn dầu cân bằng nhiệt trục vít trong trường hợp nhiệt độ

PhÔu cÊp liÖu

§éng c¬ chÝnh

B¨ng nhiÖt

§Çu h×nh

Tñ ®iÒu khiÓn

tăng quá mức cho phép Các trục vít được định vị bằng các ổ đỡ đặt trong

xilanh nhiệt Khe hở giữa xilanh và trục vít là rất nhỏ Động cơ chính được

làm mát bằng quạt gió trong điều kiện làm việc dài hạn

Về mặt cơ khí: xilanh nhiệt và trục vít phối hợp với nhau như bơm trục

vít bơm hỗn hợp nhựa hoá lỏng tới cổ đùn (đầu ra) mà cửa hút (đầu vào ) là

chân phễu cấp liệu.Bên ngoài thành xilanh nhiệt còn bố trí thiết bị làm mát

bằng dầu dùng để cân bằng nhiệt cho xilanh trong trường hợp nhiệt độ tăng

quá mức cho phép.Máy ép đùn còn có cảm biến áp suất (hai mức ) để cấp tín

hiệu điều khiển báo động, bảo vệ khi áp suất dòng nhựa tăng cao Với các

máy khác nhau thì giá trị áp suất cần bảo vệ, báo động khác nhau.Gần phía cổ

đùn có lưới lọc bằng kim loại để nâng cao chất lượng của sản phẩm

Toàn bộ máy ép đùn được đặt trên giá đỡ Tủ điều khiển được bố trí tại

máy ép đùn, hoặc có thể bố trí rời Tại đây các hoạt động của toàn bộ dây

chuyền được điều khiển, theo dõi sự cố

1.2.2.3.Bể chân không va ̀ làm mát

Bể chân không được đặt trên giá đỡ và có thể di chuyển theo đường ray

tiến hay lùi nhờ động cơ điện

Bể gồm có 3 nắp đậy được đệm gioăng để đảm bảo kín khi hút chân

không Nắp bể được mở ra khi bể có sự cố hay bắt đầu quá trình làm việc của

dây chuyền có tác dụng tạo điều kiện cho người vận hành dẫn ống qua bể

chân không tới giàn kéo Sau khi đậy nắp làm mát, hút chân không định hình

sản phẩm phế phẩm được loại bỏ bằng thao tác cưa cắt

Trên thành bể bố trí hai đồng hồ đo áp suất hút chân không

Trong thành bể bố trí hệ thống ống dẫn và đầu phun tia nước làm mát,

nhiệt độ nước làm mát vào khoảng 150

C  180C, trong bể có bố trí các con lăn đỡ ống

1.2.2.4 Dàn kéo

Hình 1.7 Dàn kéo

Dàn kéo ống gồm hai băng xích tải được lai bằng 2 động cơ đươ ̣c điều

khiển qua hê ̣ thống biến tần kết hơ ̣p thông qua hệ thống truyền động cơ khí (

hộp số, xích, trục các- đăng )

Băng xích là xích tải đặc biệt có các mã để bắt các má cao su làm

nhiệm vụ kẹp sản phẩm Băng xích phía dưới được đặt cố định Băng xích

phía trên có thể di chuyển lên xuống nhờ tác động tay quay (khi kích thước

thay đổi ) Kết hợp với kích khí nén ép băng tải phía trên xuống vói áp xuất

4kg / 1cm2 để đảm bảo kẹp chặt sản phẩm

Tốc độ của đông cơ lai giàn kéo được cài đặt theo thông số chuẩn định

sẵn đồng bộ với tốc độ của động cơ chính Tốc độ của động cơ lai giàn kéo

tăng hay giảm so với tốc độ chuẩn sẽ ảnh hưởng tới chất lượng của sản phẩm

dày hay mỏng

1.2.2.5 Cụm máy cắt tự động

Hình 1.8 Máy cắt tự động

Máy cưa có nhiệm vụ cắt sản phẩm nhựa theo kích thước tiêu chuẩn ( 4m )

hay theo đơn đặt hàng.Máy cưa hoạt động theo chế độ tự động hoặc tác động

bằng tay.Với sản phẩm phào nhựa , tấm nhựa có tính chất mềm được in chỉ số

chiều dài (m) căn cứ vào đó mà người vận hành tác động vào nút điều khiển

trên máy (tác động tay), hoặc sản phẩm sẽ tác động vào công tắc hành trình

làm đóng mạch điện cấp điê ̣n cho máy cắt để cắt sản phẩm

Về mặt cấu tạo: Máy cưa gồm bàn cưa di chuyển trên giá Bàn cưa gồm

hai kích khí nén dẫn động hai hướng có gắn má kẹp cao su (đặt tại đầu piston)

được điều khiển bằng van điện từ (5 / 2 hoă ̣c 4/2) Có tác dụng kẹp sản phẩm

khi chiều dài cắt được xác định Lưỡi cưa được đặt trong hộp bảo hiểm và

được dẫn động bằng động cơ không đồng bộ ba pha thông qua hệ thống

xilanh Trục quay lưỡi cưa được nâng hạ nhờ kích khí nén Trên giá đỡ được

bố trí tủ điều khiển phục vụ cho quá trình cắt tự động hoặc bằng tay Hoạt

động của máy cưa tự động được thực hiện theo logic trình tự:

+ Chiều dài cắt được xác định

+ Kẹp ống, gia tốc môtơ cưa, tiến bàn cưa

+ Nâng cưa

+ Hạ cưa

+ Nhả kẹp, lùi bàn, lật ống

1.2.2.6 Hê ̣ thống đẩy sản phẩm

Sản phẩm sau khi được cắt xong hê ̣ thống đẩy sản phẩm sử dụng xilanh khí

nén sẽ tác động để lật sản phẩm vào thùng chứa

Hình 1.9 Hê ̣ thống lật sản phẩm

1.2.3 Dây chuyền phủ màu và đóng gói sản phẩm

Hình 1.10 Máy In phun sa ̉n phẩm

Với các sản phẩm cần màu sắc khác sẽ được phủ màu th ông qua dây chuyền

in phun sấy khô sau khi xong công nhân sẽ sắp xếp các sản phẩm vào thùng

và cho vào kho chứa

Chương 2 MÁY CẮT SẢN PHẨM NHỰA TỰ ĐỘNG 2.1 Tìm hiểu máy cắt sản phẩm tự động loại cắt dọc

2.1.1 Phân tích quy trình công nghệ

Hình 2.1 Cụm máy cắt sản phẩm

Trong đó :

 X1: Là xi lanh kẹp sản phẩm , nó có chức năng ép cố định sản phẩm vào

bàn cắt

 X2: Là xi lanh di chuyển bàn , nó có chức năng di chuyển bàn đồng

thời với sự di chuyển của sản phẩm

 X3: Là xilanh đẩy cụm lưỡi cắt , nó có chức năng di chuyển lưỡi từ dưới

lên để cắt sản phẩm

 X4: Là xilanh đẩy cụm lưỡi cắt , nó có chức năng đẩy sản phẩm vào

ngăn chứa sau khi cắt xong

 DC: Động cơ cắt sản phẩm nhựa , nó cắt sản phẩm khi đủ độ dài đặt

trước

 Quy trình công nghệ:

Giới hạn của các xi lanh, cụm cắt và định vị chiều dài sản phẩm được thực

hiê ̣n lấy tín hiệu từ các giới hạn hành trình Quy trình thực hiện công đoạn cắt

như sau :

Khi sản phẩm đúng chiều dài đă ̣t trước xilanh ke ̣p sản phẩm X 1 đi ra ke ̣p chă ̣t

sản phẩm vào bàn cắt , đồng thời xi lanh di chuyển bàn hoa ̣t đô ̣ng bàn di

chuyển đồng tốc với sản phẩm và đô ̣ng cơ cắt điê ̣n được khởi đô ̣ng Sau khi

khởi đô ̣ng xong thì xi lanh X 3 đẩy cụm gắn lưỡi cắt đi lên thực hiê ̣n cắt sản

phẩm Sau khi cắt sản phẩm xong xilanh X 3 trở về để đưa dao cắt trở về vi ̣ trí

ban đầu chờ thực hiê ̣n chu trình tiếp theo Khi bàn cắt đi hết hành trình thì xi

lanh X2 sẽ trở về , đưa bàn cắt trở về vi ̣ trí ban đầu đồng thời đô ̣ng cơ cắt mất

điê ̣n và xilanh ke ̣p sản phẩm X 1 cũng trở về vị trí ban đầu chờ chu trình tiếp

theo Xilanh X 4 sẽ tác động đẩy sả n phẩm vào buồng chứa trên cơ sở chỉnh

đi ̣nh thời gian phù hợp sau khi X 4 tác động xong toàn bộ mạch điện cụm cắt

sẽ bị cắt để thực hiện chu trình cắt tiếp theo

2.1.2 Phân tích sơ đồ điều khiển hiện có

Hình 2.2: Sơ đồ mạch khí nén máy cắt hiện tại

Nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng : Mạch gồm 4 xi lanh tác dụng kép được điều khiển

bởi các van đảo chiều xung 5/2 điều khiển bằng điện và một nguồn cấp khí P

Vận tốc di chuyển xilanh đươ ̣c chỉnh định bằng các van tiết lưu

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên ly ́ mạch điều khiển máy cắt hiê ̣n tại

Hình 2.4: Sơ đồ mạch động lực máy cắt hiê ̣n tại

Nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng :

 Cắt sản phẩm :

Khi sản phẩm nhựa theo tính toán đa ̣t đến đô ̣ dài đi ̣nh trước sản phẩm nhựa

tác động vào công tắc hành trình làm đóng tiếp điểm cấp nguồn cho mạch →

Rơ le trung gian R 1 và rơ le thời gian T 1 có điện → các tiếp điểm R 1 đóng

lại → T2 và T4 , R4 , R5 , R6 có điện → đóng và mở các tiếp điểm tương ứng

→ MC hoa ̣t đô ̣ng , đô ̣ng cơ máy cắt làm viê ̣c đồng thời van đảo chiều 5/2 Y1

đươ ̣c cấp điê ̣n tác đô ̣ng chuyển đổi vi ̣ trí cấp nguồn khí nén cho xi lanh t ác

dụng kép ( Xilanh ép sản phẩm và xi lanh di chuyển bàn đồng thời làm viê ̣c )

M

MCB

MC

TH

Sau 1 thờ i gian cài đă ̣t tiếp điểm thường mở đóng châ ̣m T 2 đóng la ̣i → R 2 và

T3 có điện → đóng và mở các tiếp điểm tương ứng

→ Tiếp điểm R2 và R5 đóng cấp điê ̣n cho van 5/2 Y2 xi lanh dao cắt tác đô ̣ng

nâng bàn dao lên để cắt sản phẩm Sau 1 thời gian cài đă ̣t tương ứng với khi

đã cắt xong sản phẩm T 3 mở tiếp điểm làm cho R 5 mất điê ̣n → MC mất điê ̣n

và xilanh Y 2 mất điê ̣n → đô ̣ng cơ cắt mất điê ̣n Xi lanh nâng dao cắt chuyển

trạng thái trở về Rơ le thời gian T 1 sau 1 thời gian cài đă ̣t tương ứng với khi

đã cắt xong sản phẩm T1 sẽ tác động cắt điện R 4 → Y1 mất điê ̣n xi lanh ép

sản phẩm và xila nh di chuyển bàn sẽ trở về vi ̣ trí ban đầu

Sản phẩm nhựa tiếp tục chạy theo thời gian tính toán T 4 sẽ tác động đóng R 3

bên ca ̣nh đó tiếp điểm R 6 đang đóng nên Y 3 được cấp điê ̣n cấp nguồn khí cho

xi lanh đẩy sản phẩm làm viê ̣ c tác đô ̣ng nâng lên để đẩy sản phẩm vào thùng

chứa

Sau mô ̣t thời gian cài đă ̣t T 5 mở tiếp điểm → R 6 và R1 mất điê ̣n xilanh trở về

vị trí ban đầu mạch điện bị cắt điện toàn bộ → Một chu trình mới bắt đầu

 Tóm tắt hoạt động :

R1: Cấp điện chuẩn bi ̣ cho ma ̣ch hoa ̣t đô ̣ng và cắt điê ̣n toàn bô ̣ ma ̣ch thông

qua tiếp điểm thường mở R 1

R4 : Cấp điện cho van 5/2 Y1 để tác động cấp nguồn khí xilanh ép sản phẩm

và di chuyển bàn làm việc

R5 : Cấp điện cho van 5/2 Y2 để tác động xilanh nâng cụm máy cắt và cấp

điê ̣n cho đô ̣ng cơ cắt

R2 : Cấp điện cho van 5/2 Y2 để tác động xilanh nâng cụm máy cắt

R3 và R6 : Cấp điện cho van 5/2 Y3 để tác động xilanh đẩy sản phẩm

T1: Khống chế thờ i gian cắt điê ̣n cho R 4 → cắt điê ̣n Y1→ tác đô ̣ng xilanh ép

sản phẩm và xi lanh di chuyể bàn trở về vị trí ban đầu

T2: Khống chế thờ i gian cấp điê ̣n cho T 3 và R2

T3: Khống chế thờ i gian cắt điê ̣n R 5 để cắt điện van 5/2 Y2 để hạ lưỡi cắt sau

khi cắt xong

T4: Khống chế thờ i gian cấp điê ̣n cho R 3 và T5

T5: Khống chế thờ i gian cắt toàn bô ̣ ma ̣ch điê ̣n khi chu trình khép kín cắt đã

kết thúc

MC: Công tắc tơ cấp điện cho đô ̣ng cơ máy cắt

2.1.3 Thông số kỹ thuật các thiết bị

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật các thiết bị

T

T Tên thiết bị Thông số kỹ

thuật

Ký hiệu

Số lượng

Đơn

vị

Ghi chú

3 Van khí nén 5/2

Y1, Y2, Y3, Y4

6 Công tắc hành

2.1.4 Phân tích ưu và nhược điểm của sơ đồ điều khiển hiện tại

2.1.4.1 Khái niệm phương pháp điều khiển nối cứng ( Hard - wierd control )

Trong các hệ thống điều khiển nối cứng, người ta còn chia ra: nối cứng

có tiếp điểm và nối cứng không tiếp điểm

Điều khiển nối cứng có tiếp điểm:

dùng các khí cụ điện từ như rơle, công tắc tơ kết hợp với các bộ cảm

biến, các đèn công tắc , các khí cụ điện này được nối lại với nhau theo một

mạch điện cụ thể để thực hiện một yêu cầu công nghệ nhất định Ví dụ: mạch

điều khiển đổi chiều quay, mạch khởi động giới hạn dòng hay mạch điều

khiển nhiều động cơ chạy tuần tự

Điều khiển nối cứng không tiếp điểm:

dùng các cổng lo gic cơ bản, các cổng lo gic đa năng hay mạch tuần tự

(gọi chung là IC số ), kết hợp với các bộ cảm biến, các đèn, công tắc Các

IC số này cũng được nối lại với nhau theo một sơ đồ lô gic cụ thể để thực hiện

một yêu cầu công nghệ nhất định Các mạch điều khiển nối cứng sử dụng các

linh kiện điện tử công suất như SRC, triac để thay thế công tác tơ trong các

mạch động lực

Trong hệ thống điều khiển nối cứng, các linh kiện hay khí cụ điện được nối

vĩnh viễn với nhau Do đó, khi muốn thay đổi lại nhiệm vụ điều khiển thì phải

nối dây lại toàn bộ mạch điện Với các hệ thống phức tạp thì không hiệu quả

và rất tốn kém

Phương pháp nối cứng được thực hiện theo các bước sau:

Hình.2.5 Phương pha ́ p nối cứng

2.1.4.2 Phương pháp điều khiển lập trình được

Trong hệ thống điều khiển lập trình được, cấu trúc của bộ điều khiển và

cách nối dây độc lập với chương trình

Xác định yêu cầu công nghệ

Thiết kế sơ đồ điều khiển

Chọn phần tử mạch điện

Ráp nối mạch , liên kết các phần tử

Chạy thử - Kiểm tra

Chương trình định nghĩa hoạt động điều khiển, chỉ cần thay đổi nội

dung bộ nhớ của bộ điều khiển, phần nối dây bên ngoài không bị ảnh hưởng

Đây là ưu điểm lớn nhất của phương pháp lập trình điều khiển được

Phương pháp điều khiển lập trình được thực hiện theo các bước sau:

Hình.2.6 Phương pha ́ p lập trình được

2.1.4.3 Ưu va ̀ nhược điểm hê ̣ thống hiê ̣n tại

Phần lớn các thiết bị trong dây chuyền sản xuất sản phẩm nhựa của công ty đã

cũ sử dụng thiết bị relay có nhiều ha ̣n chế Tính đồng bộ của dây chuyền

Xác định yêu cầu công nghệ

Thiết kế thuật giải

Soạn thảo chương trình

Nạp chương trình vào bộ nhớ

Chạy thử

không cao Tuy nhiên chi phí đầu tư thấp Hệ thống điều khiển chủ yếu là tổ

hợp hệ thống công tắc tơ rơ le, công tắc hành trình Với hệ thống điều khiển

như trên ta có thể thấy rõ các ưu, nhược điểm của cụm máy cắt sản phẩm tự

đô ̣ng

 Ưu điểm: Vốn đầu tư thấp, các phần tử dễ tìm kiếm thay thế

 Nhược điểm:

- Tính chính xác không cao do có thể xảy ra sự xê dịch của công tắc hành

trình sau một thời gian sử dụng

- Mạch sử dụng rơ le thờ i gian nên có thể xảy ra nhửng vấn đề về tiếp xúc dẫn

đến sự không chính xác trong quá trình làm việc điều khiển xi lanh khí nén

- Do sử dụng hê ̣ relay nên sẽ xảy ra vấn đề tiếp xúc và phát sinh tia lửa điê ̣n

làm mất an toàn hệ thống trong quá trình sử dụng

-Hệ thống đấu dây phức ta ̣p công suất tiêu thụ lớn , khó thay đổi khi đấu nối

lại

- Không trang bị rơ le nhiê ̣t để bảo vê ̣ quá tải cho đô ̣ng cơ

- Không trang bị hê ̣ thống bảo vê ̣ an toàn cho người công nhân

- Không sủ dụng aptomat để bảo vê ̣ cho ma ̣ch đô ̣ng lực và ma ̣ch điều khiển

- Hệ thống khí nén trong mô ̣t số trường hợp có thể không đủ khí thất thoát khí

dẫn đến di chuyển không đồng tốc với tốc đô ̣ đẩy của sản phẩm

2.2 Nhâ ̣n xét

Với hệ thống điều khiển trên thì việc đo độ dài của tấm nhựa được thực hiện

bằng cách định vị vị trí của giới hạn hành trình đặt trước tốc độ của bàn cắt

được chỉnh định bằng khí nén nên khó chính xác so với tốc độ đùn của sản

phẩm Các giới hạn của xilanh được định vị bằng cách đặt thời gian các vấn

đề an toàn thiết bị an toàn cho người công nhân , hê ̣ thống đèn báo chưa được

thực hiê ̣n

Chương 3 ỨNG DỤNG PLC S7 – 200 TỰ ĐỘNG HOÁ CỤM CẮT SẢN PHẨM VÀ

XÂY DỰNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN

3.1 Phân tích chọn phương án tự động hoá hệ thống cắt sản phẩm tự

động

Với hệ thống điều khiển trên thì việc đo độ dài của tấm nhựa được thực

hiện bằng cách định vị vị trí của giới hạn hành trình đặt trước tốc độ của bàn

cắt được chỉnh định bằng khí nén nên khó chính xác so với tốc độ đùn của sản

phẩm Các giới hạn của xilanh được định vị bằng cách đặt thời gian Việc tự

động hóa máy cắt nhằm tăng khả năng quản lý làm việc của các thiết bị, số

sản phẩm có thể đặt theo lô hàng sản xuất Để có thể vận hành đơn giản, chọn

các chế độ vận hành khác nhau ta có thể nâng cấp hệ thống bằng thiết bị giao

tiếp người máy (HMI)

Nhằm tăng khả năng tự động hóa cho dây chuyền, nâng cao độ chính xác

và làm việc tin cậy hơn, Trong đề tài này xin đề xuất thay thế hệ thống điều

khiển khí nén bằng hệ thống điều khiển khác như sau:

 Bộ điều khiển: dùng PLC

 Di chuyển bàn cắt: Dùng động cơ 3 pha kết hợp với biến tần để thay đổi

tốc độ Đặt 2 cảm biến quang để xác định giới hạn di chuyển cho bàn cắt

 Kẹp sản phẩm: Vẫn dùng xi lanh để kẹp

 Thực hiện cắt: Vẫn dùng xi lanh để đẩy cụm cắt, giới hạn cắt được dùng

2 cảm biến từ trường đặt trên thân xilanh

 Để xác định chiều dài cho sản phẩm, đặt cảm biến quang trên thân dây

chuyền Khi thay đổi chiều dài chỉ cần dịch vị trí cảm biến

 Đẩy sản phẩm: Dùng xi lanh đẩy sản phẩm, giới hạn cũng dùng cảm

biến từ trường đặt trên xilanh

 Bảo vệ an toàn: Dùng rơle nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ cắt, dùng

cảm biến quang đặt dọc máy để dừng hệ thống khi người chạm vào máy cắt

 Chọn chế độ làm việc: Bằng tay hoặc tự động qua switch chuyển mạch

3.2 Lựa chọn thiết bị sử dụng cho dây chuyền

3.2.1 Bộ điều khiển lập trình PLC

Bô ̣ điều khiển lâ ̣p trình PLC ta chọn loại S7-200 của hãng SIEMEN

PLC S7-200 là hệ thống điều khiển lập trình logic của hãng điện tử

SIEMEM của Đức Có hệ lập trình mềm dẻo, phối ghép đơn giản thuận tiện

giữa hệ thống điều khiển và hệ thống động lực trong điều khiển tự động tổ

hợp các thiết bị điện hoặc các quá trình sản xuất trong công nghiệp

 Các dòng và thông số kỷ thuật của S7-200 SIEMEN

Với dòng PLC S7 - 200, SIEMEN có các họ CPU cơ bản sau:

+ Họ 21x: 212, 214, 216, 218 Với họ CPU này do có nhiều nhược

điểm không còn phù hợp với các hệ thống điều khiển hiện đại nên đã ít được

sử dụng

+ Họ 22x: 222, 224, 226, 228 Đây là dòng CPU được sử dụng rất

nhiều hiện nay vì tốc độ xử lý cao, kết cấu linh hoạt

Ngoài ra các hệ thống PLC của SIEMEN hiện nay đã phát triển ở mức

cao hơn (S7-300) và có tính chất mở rộng phần cứng nên có thể ghép nối

thêm các mô đun khác tăng khả năng thực hiện công việc của hệ thống PLC

Thông số kỹ thuật của PLC S7-200 loại 22x

- Bộ nhớ:

+ Chương trình: từ 32 đến 64Kb tuỳ theo loại CPU

+ Dữ liệu: từ 16Kb đến 40Kb tuỳ theo loại CPU

 Cấu hình phần cứng

Như đã đề cập trên PLC (Progaramble Logic Control), là thiết bị điều

khiển logic lập trình được,hay khả trình,cho phép thực hiện linh hoạt các thuật

toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình

S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng siemens

(CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng Các

modul này được sử dụng cho nhiều những ứng dụng khác nhau Cấu hình của

CPU 226:

Hình 3.1: Hình ảnh thực CPU 226

Sơ đồ kết nối của CPU 226:

+ DC/DC/DC (đầu ra Tranzitor):

Hình 3.2: Sơ đồ đấu dây của CPU226 loại DC/DC/DC

+ Loại AC/DC/RLY (Đầu ra Rơle):

Hình 3.3: Sơ đồ đấu dây của CPU226 loại AC/DC/RLY

- CPU 226 có 24 cổng vào và 16 cổng ra và có khả năng mở rộng bằng 6

modul

- 64 KB thuộc miền nhớ đọc/ghi để lưu chương trình

- 16K byte kiểu đọc/ghi để lưu dữ liệu

- Tổng số cổng vào/ra cực đại là 192 cổng vào và 192 cổng ra

- 256 timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 1ms, 10 ms, 100ms

- 256 bộ đếm chia làm 2 loại: chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi

- 688 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc

- Các chế độ ngắt và xử lý ngắt gồm: Ngắt truyền thông, ngắt sườn lên hoặc

sườn xuống, ngắt theo thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền

xung

- Bộ đếm xung nhịp cao với nhịp 2 KHz và 7KHz

- Bộ phát xung nhanh cho dây xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM

- Bộ điều chỉnh tương tự

- Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng 190 giờ khi PLC bị

mất nguồn nuôi

3.2.2 Động cơ kéo bàn cắt và biến tần điều chỉnh tốc độ

3.2.2.1 Động cơ kéo bàn cắt

Trên bàn cắt gồm đế bàn cắt, Xilanh ép sản phẩm, cụm lưỡi cắt Với cơ

cấu hiện có ta chọn loại động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc công

suất 1,5 kW, số đôi cực p = 4, tốc độ định mức 1470 vòng/phút, điện áp Y/∆ =

380/220V

3.2.2.2 Lựa chọn biến tần

Để điều chỉnh tốc độ cho bàn cắt phù hợp với tốc độ đùn của sản phẩm,

ngoài ra có thể đảo chiều bàn cắt từ biến tần ta chọn loại biến tần 3G3JX của

OMRON có công suất 1,5kW (2HP) loại 400V, 3 pha Hình ảnh của biến tần

OMRON:

Hình 3.4: Hình ảnh các loại biến tần OMRON

 Sơ đồ đấu dây của biến tần 3G3JX:

Hình 3.5: Sơ đồ đấu dây của 3G3JX

 R/L1, S/L2, T/L3: Nguồn cấp 3 pha

 U/T1, V/T2, W/T3: Nối với động cơ

 Các đầu S1 – S5: Các đầu vào đa chức năng

 FS, FV, FC: các đầu nối với chiết áp ngoài để điều chỉnh tốc độ

Với dây chuyền cắt trên ta dùng phương pháp điều khiển như sau:

 Dùng đầu vào S1 điều khiển bàn cắt dịch theo chiều đùn của sản phẩm

(Chạy thuận)

 Dùng đầu vào S2 đề dịch bàn cắt chạy ngược lại về vị trí ban đầu (Chạy

nghịch)

 Điều chỉnh tốc độ bàn cắt bằng chiết áp ngoài ở các đầu FS, FV, FC

Tín hiệu đảo chiều được xuất từ PLC đưa vào các đầu vào S1 và S2

 Cài đặt các tham số cơ bản cho biến tần:

Bảng 3.1: Cài đặt các thông số cơ bản cho biến tần

Tham số Chức năng Giá trị mặc định Giá trị cài đặt

3.2.3 Lựa chọn cảm biến

 Cảm biến quang

Các cảm biến giới hạn cho bàn cắt, cảm biến định chiều dài sản phẩm và

cảm biến đẩy sản phẩm đều lựa chọn cảm biến quang Ta chọn loại cảm biến

E3F3 của hãng OMRON phản xạ khuếch tán có đặc điểm:

- Hình trụ, có sẵn bộ khuếch đại, dễ lắp đặt và giá thành thấp

- Chống nhiễu tốt với công nghệ photo-IC

- Khoảng cách phát hiện 30Cm

- Bảo vệ chống ngắn mạch và nối ngược cực nguồn

Cảm biến quang bảo vệ khi có người đưa tay vào bàn cắt chọn loại có

khoảng cách phát hiện 2m

 Cảm biến từ trường

Các cảm biến từ được đặt trên thân các xilanh để giới hạn hành trình cho

xilanh, ngoài ra nó còn có tác dụng giảm áp lực đập của pitong nên nâng cao

độ bền của xilanh

Sơ đồ nối dây của cảm biến từ:

Hình 3.6: Sơ đồ đấu dây cảm biến từ trươ ̀ ng

3.3 Xây dựng thuật toán điều khiển cho hệ thống

3.3.1 Lưu đồ thuật toán

Kết thúc

Hình 3.7: Lưu đồ thuật toán điều khiển

Thuật toán được chia làm 2 chế độ:

+ Chế độ bằng tay: Sử dụng chế độ này để kiểm tra các thiết bị trước khi

làm việc, điều chỉnh tốc độ động cơ bàn cắt phù hợp với tốc độ đùn của sản

phẩm căn chỉnh áp lực kẹp của các xi lanh

+ Chế độ tự động: là chế độ làm việc thực của dây chuyền, chỉ cần ấn

nút start thì hệ thống tự động làm việc, khi cần dừng ấn nút stop

3.3.2 Khai báo địa chỉ vào – ra cho hệ thống

Bảng 3.2: Liệt kê các tín hiệu đầu vào của PLC

14 CB2 Giới hạn đi ra của bàn cắt I1.5

Bảng3.3: Liệt kê các đầu ra của PLC

8 Y5 Van điện từ đưa cụm cắt trở về Q0.7

3.4 Sơ đồ kết nối của hệ thống

3.4.1 Thống kê các thiết bị sử dụng trong hệ thống

Bảng 3.4: Thống kê thiết bị

TT Tên thiết bị Thông số kỹ thuật Ký hiệu

Số lượng

Đơn

vị

Ghi chú

SIMATIC S7-200, CPU 226 AC/DC/RLY

24 DI-DC/16 DO-RELAY