tự động hóa quá trình sản xuất

Chính vì thế sự hiện đại của hệ thống tự động trong quá trình sản xuất sẽ đánh giá được mức độ phát triển của đất nước.. Sau khi học xong cơ sở lý thuyết môn Tự động hóa quá trình sản xu

LỜI NÓI ĐẦU

Tự động hóa trong quá trình sản xuất là một trong những điều kiện quan trọng để chuyển từ nền sản xuất thủ công nhỏ lẻ sang nền sản xuất hiện đại công nghiệp Tự động hóa giúp tăng năng suất lao động hạ giá thành sản phẩm nhưng lại năng cao được chất lượng sản phẩm Chính vì thế sự hiện đại của hệ thống tự động trong quá trình sản xuất sẽ đánh giá được mức độ phát triển của đất nước

Sau khi học xong cơ sở lý thuyết môn Tự động hóa quá trình sản xuất, bước vào làm bài tập lớn môn nhóm em được phân công Thiết kế hệ thống trộn hóa chất

tự động Đây là thể loại đề tài mới mà chúng em được giao vì vậy gặp rất nhiều bỡ ngỡ về thể loại và quá trình thu thập tài liệu cũng như tìm hiểu về nguyên lý, tính năng làm việc của hệ thống trên Tuy chúng em có sự giúp đỡ tận tình của cô, biết

về nguyên lý cũng như tính năng của nhiều hệ thống nhưng chúng em vẫn gặp nhiều khó khăn trong quá trình hoàn thiện bài tập lớn của mình Mặc dù đã rất cố gắng tuy nhiên không thể tránh khỏi một số thiếu sót trong bài tập lớn , vậy em mong được sự chỉ bảo thêm của cô và ý kiến đóng góp của các bạn để bài tập lớn của chúng em được hoàn thiện hơn

Qua đây chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong khoa cơ khí Chúng em rất mong muốn sẽ nhận được sự chỉ dạy tạo điều kiện giúp đỡ của các thầy cô để chúng em tiến bộ hơn, Sự quan tâm chỉ dạy giúp đỡ của các thầy cô đã giúp chúng em có kết quả tốt trong học tập, sẽ có việc làm tốt, phù hợ giúp chúng

em tự tin khi tiếp xúc với công việc của mình sau khi ra trường

Chúng em xin chân thành cám ơn!

I Hóa chất.

1 Chọn hóa chất.

Pha loãng dung dịch HCl 38% thành 20%

1 1,098

d  (kg/l) : khối lượng riêng dung dịch HCl 20%

2 1,1885

d  (kg/l) : khối lượng riêng dung dịch HCl 38%

Năng suất trộn 5000 l/ngày

Cách pha hóa chất: Cho dung dịch HCl vào bình trộn trước sau đó mới cho nước vào Sau khi đã cho nước vào đủ thì quạt khuấy mới bắt đầu quay trong thời gian nhất định đủ để hóa chất được pha xong

1 Tính toán thể tích các chất trong 1 lần trộn.

Chọn thể tích 1 lần trộn 500 lít

- Sau khi trộn dung dịch có nồng độ C% là 20%

ADCT: mdd V d

dd 1 500.1,098 550

Ta tính được mHCl có trong 550 (kg) dung dịch

dd

% ct.100%

m



dd

110

HCl

- Khối lượng dung dịch HCl 38%

Ta có mHCl20%mHCl38% do pha loãng HCl nên khối lượng chất tan là không đổi

dd

110.100

ct

C

m

Vậy khối lượng nước cần thêm vào khi pha loãng

2 dd20% dd38% 550 290 260

H O

- Thể tích các chất cần cho 1 lần trộn:

Dung dịch HCl 38% : dd38%

2

290

240 1,1885

V

d

m

Nước cần thêm : 2

2

260

260 1

H O

H O

d

II Hệ thống trộn.

1 Bể chứa dung dịch Hcl(38%)

Chọn vật liệu làm bình chứa là vật liệu Composite làm từ sợi cacbon và keo

Silicat chịu nén và một số phụ gia khác Vì Composite(F.R.P) có khả năng chống lại sự ăn mòn của các loại axit, cách điện và cách nhiệt tốt

Bình chứa phải đảm bảo đủ thể tích chứa hóa chất cung cấp cho hệ thống trong một

ca làm việc 8h

Bình chứa HCl và bình chứa nước dung loại van D34 có lưu lượng 4,5 /h

Cung cấp cho 1 lần trộn cần 240(l) HCl 38% và 260(l) nước

Thời gian cần để cung cấp hóa chất cho 1 lần trộn là 0,0577h

Thời gian để trộn dung dịch là 0.05h

Bình trộn dung van D60 có lưu lượng là 24 /h nên sau khi trộn xong cần một khoảng thời gian để dung dịch chảy đi là 0,021h

Vậy thời gian 1 chu kỳ làm việc của hệ thống là 0,1287h

Trong 1 ca làm việc có 62 chu kỳ làm việc

Vậy dung tích bình chứa HCl 38% là 62.288=14880 =14,88

dung tích bình chứa nước là 260 62 = 16120 = 16,12

với dung tích trên thì bình chứa sẽ rất to và cồng kềnh

Để giảm bớt dung tích bình ta sẽ chia ra mỗi ca làm việc thành các đợt cung cấp nhiên liệu để đảm bảo quá trình trộn liên tục ta sẽ lắp tại mỗi bình 1 cảm biến, khi nào mực nhiên liệu còn lại 500(lit) trong bình thì sẽ thực hiện quá trình cấp

Chọn bình có dung tích 4

Vậy trong quá trình làm việc cần 5 lần thực hiện quá trình cấp nước và dung dịch HCl

2 Bể chứa nước

Làm bằng inox 304 có thể tích 4000L, độ dày 1mm.

3 Bể khuấy

Có thể tích 800L.đường kính 0,8m ,chiều cao 1,5m độ dày 1,5mm ,làm bằng vật liệu composite chịu được ăn mòn

4 Ống dẫn

 Công d ng: d n các hóa ch t đụ ẫ ấ ược đ ng s n t các bình ch a đ n bình ự ẵ ừ ứ ế

tr n đ th c hi n tr n các hóa ch t l i v i nhau theo yêu c u Sau khi ộ ể ự ệ ộ ấ ạ ớ ầ các hóa ch t đã đấ ược tr n theo đúng t l xong sẽ độ ỉ ệ ược d n theo đẫ ường

ng đáy bình tr n đi đ n nh ng n i làm vi c khác ng d n đ c làm

b ng v t li u Inox 304 và bên trong đằ ậ ệ ược ph m t l p v t li u ủ ộ ớ ậ ệ

composite đ ch ng ăn mòn hóa h c.ể ố ọ

 Gi i thi u v v t li u Inox 304:ớ ệ ề ậ ệ

 Inox 304 là lo i Inox ph bi n và đ c a chu ng nh t hi n nay trên ạ ổ ế ượ ư ộ ấ ệ

th gi i Inox 304ế ớ chi m đ n 50% l ế ế ượ ng thép không g đ ỉ ượ ả c s n

xu t trên toàn c u ấ ầ Và Úc thì con s này dao đ ng t 50%-60% ở ố ộ ừ

lượng thép không g đỉ ược tiêu th Inox 304 đụ ượ ử ục s d ng trong h u ầ

h t các ng d ng m i lĩnh v c B n có th th y inox 304 m i n i ế ứ ụ ở ọ ự ạ ể ấ ở ọ ơ xung quanh cu c s ng hàng ngày c a b n nh : Xoong, ch o, n i, thìa, ộ ố ủ ạ ư ả ồ nĩa, bàn, gh , đ trang trí…ế ồ

Lo i Inox 304L là lo i inox có hàm lạ ạ ượng Carbon th p (Ch L ký hi u ấ ữ ệ cho ch Low, trong ti ng Anh nghĩa là th p).ữ ế ấ 304L đ ượ c dùng đ ể tránh s ăn mòn nh ng m i hàn quan tr ng ự ở ữ ố ọ Còn lo i Inox 304H làạ

lo i có hàm lạ ượng Carbon cao h n 304L, đơ ược dùng nh ng n i đòi ở ữ ơ

h i đ b n cao h n C Inox 304L và 304H đ u t n t i d ng t m và ỏ ộ ề ơ ả ề ồ ạ ở ạ ấ

ng, nh ng 304H thì ít đ c s n xu t h n

ố ư ượ ả ấ ơ

Tính ch ng ăn mòn: ố

Inox 304 đã th hi n để ệ ược kh năng ch ng ăn mòn tuy t v i c a mình ả ố ệ ờ ủ khi được ti p xúc v i nhi u lo i hóa ch t khác nhau Inox 304 có kh ế ớ ề ạ ấ ả năng ch ng g trong h u h t ng d ng c a ngành ki n trúc, trong h u ố ỉ ầ ế ứ ụ ủ ế ầ

h t các môi trế ường c a quá trình ch bi n th c ph m và r t d v ủ ế ế ự ẩ ấ ễ ệ

sinh Ngoài ra, Inox 304 còn th hi n kh năng ch ng ăn mòn c a ể ệ ả ố ủ mình trong ngành d t nhu m và trong h u h t các Acid vô c ệ ộ ầ ế ơ

Kh năng ch u nhi t: ả ị ệ

Inox 304 th hi n để ệ ược kh năng oxi hóa t t nhi t đ 870 đ C, và ả ố ở ệ ộ ộ

ti p t c th hi n đế ụ ể ệ ược lên đ n nhi t đ 925 đ C Trong nh ng trế ệ ộ ộ ữ ường

h p yêu c u đ b n nhi t cao, thì ngợ ầ ộ ề ệ ười ta yêu c u v t li u có hàm ầ ậ ệ

lượng carbon cao h n Ví d : Theo tiêu chu n AS1210 Pressure Vessels ơ ụ ẩ Code gi i h n kh năng ch u nhi t c a 304L là 425 đ C, và c m s ớ ạ ả ị ệ ủ ộ ấ ử

d ng nh ng inox 304 v i hàm lụ ữ ớ ượng carbon 0.04% ho c cao h n trên ặ ơ nhi t đ 550 đ C.ệ ộ ộ

Inox 304 th hi n kh năng d o dai tuy t v i khi để ệ ả ẻ ệ ờ ược h đ n nhi t ạ ế ệ

đ c a khí hóa l ng và ngộ ủ ỏ ười ta đã tìm th y nh ng ng d ng t i nh ng ấ ữ ứ ụ ạ ữ nhi t đ này.ệ ộ

C tính và tính ch t v t lý: ơ ấ ậ

Gi ng nh các lo i thép trong dòng Austenitic, thìố ư ạ t tính c a Inox 304 ừ ủ

là r t y u ấ ế và h u nh là không có Nh ng sauầ ư ư khi làm vi c trong môi ệ

tr ườ ng có nhi t đ th p, thì t tính l i r t m nh ệ ộ ấ ừ ạ ấ ạ (đi u này đi ề

ngượ ạ ớc l i v i quá trình tôi)

Ngoài ra, Inox 304 ch có th đỉ ể ược tăng c ng trong môi trứ ường có nhi t ệ

đ th p ng su t đàn h i cao nh t mà Inox 304 có th đ t độ ấ Ứ ấ ồ ấ ể ạ ược là 1000MPa,đi u này còn đề ượ ảc nh hưởng b i các y u t nh s lở ế ố ư ố ượng và hình d ng c a v t li u.ạ ủ ậ ệ

Tôi là phương pháp chính đ s n xu t ra Inox 304 Ngể ả ấ ười ta sẽ gia nhi tệ lên đ n 1010 đ C – 1120 đ C, và sau đó sẽ làm l nh đ t ng t b ng ế ộ ộ ạ ộ ộ ằ cách nhúng vào nướ ạc l nh

Kh năng gia công ả

Inox 304 có kh năng t o hình r t t t, nóả ạ ấ ố có th dát m ng mà không ể ỏ

c n gia nhi t ầ ệ Đi u này làm cho Inox này đ c quy n trong lĩnh v c s nề ộ ề ự ả

xu t các chi ti t Inox.ấ ế

Ví d : ụ ch u r a, ch o, n i… Ngoài ra, tính ch t này còn làm cho Inox ậ ử ả ồ ấ

304 đượ ức ng d ng làm dây th ng trong công nghi p và các phụ ắ ệ ương

ti n nh ô tô, xe máy, xe đ p…ệ ư ạ

Inox 304 th hi n kh năng hàn tuy t v i, lo i inox này phù h p v i t tể ệ ả ệ ờ ạ ợ ớ ấ

c các kỹ thu t hàn (tr kỹ thu t hàn gió đá) Kh năng c t g t c a Inoxả ậ ừ ậ ả ắ ọ ủ

304 kém h n so v i các lo i thép Carbon, khi gia công v t li u này trên ơ ớ ạ ậ ệ các máy công c , thì ph i yêu c u t c đ quay th p, quán tính l n, d ngụ ả ầ ố ộ ấ ớ ụ

c c t ph i c ng, bén và không quên dùng nụ ắ ả ứ ước làm mát

=> ta chọn vật liệu inox 304/316 Thành phần: mác thép AISI/ SUS 304/304L,

321, 316/316L,

* Ống dẫn từ bình chứa đến bình trộn:

Đường kính ống dẫn ∅34

* Ống dẫn từ bình trộn đến nơi làm việc khác : đường kính ống ∅60

5 Lựa chọn các thiết bị điều khiển :

Do mạch điều khiển được cấp bởi điện áp pha 220v nên khi tính toán lựa chọn thì chúng ta tính theo điện áp pha

5.1: Tính toán lựa chọn cầu dao :

Cầu dao là thiết bị bảo vệ có tác dụng cách ly đồng thời trong một số trường hợp còn được dùng với dụng cụ đóng cắt các dòng không tải hay kết hợp với các thiết

bị bảo vệ khác như cầu chì để tạo thành máy cắt phụ tải

Trong mạch điều khieenrr thiết bị chúng ta dùng cầu dao làm nhiệm vụ đóng cắt mạch điện tạo khoảng cách ly trong quá trình kiểm tra và sửa chữa thiết bị

Chúng ta lựa chọn cầu dao theo điều khiện sau :

Uđm >= Uđmlđ

Iđmcd >= Ip

Trong đó : - Uđmcd là điện áp định mức của cầu dao

Uđmld là điện áo định mức lưới điện

Iđmcd là dòng điện định mức của cầu dao do nhà sản xuất

Ip dòng điện định mức của phụ tải

Dựa vào các điều kiện trên thì chúng ta lựa chọn cầu dao 5TE7 413 do Siemens chế tạo với các thông số

5.2 Tính toán chọn cầu chì :

Cầu chì là phần tử thiết yếu của hệ thống, nó đảm bảo cho thiết bị an toàn trong quá trình hoạt động, nếu bị sự cố thì thiết bị này sẽ hoạt động để hạn chế tối thiểu thiệt hại đối với thiết bị cũng như đối với con người

Lự chọn cầu chì dựa theo thông số sau :

Uddcc >= Uddmang

Iddcc >= Ilvcb

Idc >= Kmm.Iđn/a

Trong đó: a tính đến khởi động của động cơ

Khởi động nhẹ a : 1,6 đến 2

Khởi động nặng a : 2 đến 2,5

a Chọn cầu chì 1CC

Idmddc = …… = 53,6 (A)

Động cơ khuấy có dòng điện định mức là Iđmdc = 53,6 (A)

Do đó ta phải lựa chọn công tắc tơ có chịu được dòng I >= 53,6 A

Công tắc tơ này có 3 tiếp điểm thường mở ở phía mạch lực Chúng ta chọn loại công tắc tơ CR453/CR353 có thể chịu được dòng điện cho phép từ 20 đến 150 A do hang GE sản xuất

b Chọn cầu chì 5CC

Chúng ta chọn van điện từ là loại van làm việc ở điện áp xoay chiều 1 pha và có các thông số kỹ thuật do hang GlobalSpec sản xuất

Do vậy chúng ta tính được dòng điện định mức van là I đmv = … = 4,28 (A) Vậy chúng ta chọn cầu chì ống 3NA2 do Siemens chế tạo với các thông số định mức : Idm = 6A và khối lượng 0.14 kg

5.3 Tính chọn cầu chì bảo vệ mạch điều khiển :

Đối với mạch điều khiển ta dùng loại cầu chì 3NA2 do Siemens sản xuất để bảo

vệ với các thông số sau :

5.4 Động cơ :

Đặc tính kỹ thuật của động cơ khuấy hóa chất :

_ Hãng sản xuất : DOLIN

_ Kiểu mặt bích

_ Vận tốc khuấy : 400 vòng/phút

_ Công suất : 3,5Kw

_ Motor : 3Pha 380V/50Hz

_ Kiểu truyền động : Hộp giảm tốc

_ Kiểu cánh khuấy : Dạng chân vịt

_ Khối lượng động cơ : 35 Kg

_ Vật liệu : SS 304

_ Ứng dụng : Máy khuấy hóa chất có ứng dụng phong phú trong các ngành công nghiệp hóa chất như: Axít, hóa học, thực phẩm, dược phẩm, chất tẩy rửa, thuốc nhuộm, mực, sơn, xăng dầu, dung môi, giấy và bột giấy, xử lý nước thải, và các loại hóa chất tổng hợp khác

Hệ thống bộ truyền động khuấy hóa chất :

Cấu tạo :

_ Moto

_ Bộ phận giảm tốc

_ Khớp nối trục và moto

_ Trục khuấy

_ Cánh khuấy dạng chân vịt _ Đai ốc xiết trục và cánh khuấy _ Cảm biến thời gian

5.5 Trục khuấy, cánh khuấy

1 Chọn trục khuấy :

Trục đặc, đường kính trục :  60 Chiều dài trục : 1000mm

Vật liệu : composite

1000

170 50

2 Chọn cánh khuấy :

Vật liệu cánh khuấy : composite

Đường kính cánh khuấy : 300 mm

Cánh khuấy dạng chân vịt 3 cánh

5.6 Van khóa

 Sử dụng van điện từ KAILING 2W500-50 là loại van có khả năng đóng ngắt

tự động theo lập trình của người thiết kế.

- Van điện từ KAILING 2W500-50 : 2 cửa 2 vị trí

- Kiểu hoạt động : thường đóng

- Kích thước cổng 60

- Lưu chất : nước,dầu,khí

- Áp suất hoạt động : 0-1Mpa

- Vật liệu đồng thau

- Coil tròn có thể thay thế điện áp AC/DC24, AC110, AC220V

Nguyên lý hoạt động: Van điện từ UW-15AC220V bao gồm một cuộn dây 5, lò xo

8 và lõi sắt 7 và một cái gioăng cao su ở đầu lõi sắt.Ban đầu khi chưa có điện lò xo

7 đẩy lõi thép và gioăng cao su xuống bịt kín để đóng van không cho dung dịch chảy qua.khi đưa điện chạy vào cuộn dây thì cuộn dây sinh ra từ trường đủ mạnh

để hút lõi sắt lên.lúc này lực từ trường lớn hơn lực đàn hồi của lò xo.khi đó van được mở và dung dịch có thể chảy qua khi ngắt nguồn điện vào cuộn dây thì van lại đóng lại.quá trình cấp và ngắt điện cuộn dây được điều khiển bằng hệ thống các cảm biến

5.7 Sủ dụng PLC hang Mitsubishi

II Nguyên lý hoạt động.

Ðong co

van xa

muc 2

muc 1

bo thu 1 muc 0

Ở trạng thái ban đầu khi chưa làm việc, các van ở trạng thái đóng, chất lỏng dưới

mức 0 cảm biến a nhân tín hiệu để điều khiển van 1 hoạt động nạp hóa chất vào thùng trộn Khi hóa chất dâng đến mức 1 thì càm biến b nhận tín hiệu điều khiển

khóa van 1 và cho van 2 hoạt động nạp nước vào thùng trộn Khi chất lỏng đến

mức 2 thì cảm biến c nhận tín hiệu điều khiển khóa van 2 và cho động cơ khuấy hoạt động để trộn hóa chất, đồng thời cảm biến thời gian d cũng hoạt động Sau thời gian 10 phút thì cảm biến thời gian d dừng động cơ khuấy và mở van xả, tháo

hóa chất trộn ra ngoài bình chứa Khi hóa chất tụt xuống mức 0 thì cảm biến a hoạt động trở lại Quá trình trộn lượt tiếp diễn ra như trên