Tìm hiểu máy tạo khuôn giấy – Đi sâu thiết kế trang bị điện cho máy tạo khuôn giấy (forming machine)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN 2
MÃ HỌC PHẦN: 13322
ĐỀ TÀI SỐ 11: TÌM HIỂU MÁY TẠO KHN GIẤY – ĐI SÂU
THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO MÁY TẠO
KHUÔN GIẤY SỬ DỤNG PLC

Giảng viên:

Trần Tiến Lương

Lớp:

Đồ án 2 – N08

Nhóm sinh viên:

Nguyễn ZZZZ
VũZZZZZ
NguyễnZZZZZ

HẢI PHÒNG, 12/2022


LỜI CẢM ƠN
Việc làm đồ án môn học đã giúp em ôn lại phần lý thuyết đã được học ở
trường, thực hành trên lớp kết hợp với thực tiễn lao động sản xuất đã giúp em hiểu

sâu hơn, biết vận dụng được lý thuyết được học ở trường vào thực tiễn.
Để hồn thành mơn Đồ án 2 này, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến
thầy Trần Tiến Lương vì đã giảng dạy tận tình, chi tiết để nhóm em có đủ kiến thức
và vận dụng chúng vào bài đồ án này.
Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm để tài cũng như những hạn chế về kiến
thức, trong bài đồ án chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong
nhận được sự nhận xét, ý kiến đóng góp, phê bình từ phía thầy để đồ án của nhóm
em được hồn thiện hơn.
Lời cuối cùng, nhóm em xin kính chúc thầy nhiều sức khỏe và thành cơng.
Hải Phòng, ngày 23 tháng 12 năm
2022
Giảng viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

1


MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây cả nước ta đang bước vào cơng cuộc cơng nghiệp hố
hiện đại hố đất nước, sự giáo dục đóng vai trị quan trọng trong công cuộc này đặc
biệt là đào tạo ra đội ngũ có tay nghề cao biết kết hợp chặt chẽ lý thuyết và thực
tiễn vào lao động sản xuất.
Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện điện tử, công nghệ thông tin,
ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới.
Tự động hố q trình sản xuất đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống

công nghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Tự động hố khơng
những làm giảm nhẹ sức lao động cho con người, góp phần rất lớn trong việc nâng
cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất.
Với mục tiêu cơng nghiệp hố hiện đại hố đất nước, ngày càng có thêm nhiều xí
nghiệp mới sử dụng kỹ thuật cao, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những kiến
thức về điện tử công suất, về truyền động điện, điều chỉnh tự động truyền động
điện, về vi mạch và xử lý trong cơng tác kỹ thuật hiện tại.
Ngày nay, ngày càng có nhiều nhà đầu tư sử dụng máy ép bột giấy để kinh doanh
khay giấy. Với nhiều hệ thống hiện tại đem lại năng suất cao, thu hồi vốn nhanh
cho nhà sản xuất cũng như là sản phẩm thân thiện với mơi trường thì có thể nói
những máy tạo khn giấy đang được nhiều nhà đầu tư quan tâm.

2


MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ MÁY TẠO KHUÔN GIẤY...................................6
1.1. Khái qt chung về máy tạo khn giấy.........................................................6
1.2. Tìm hiểu về máy ép khuôn bột giấy................................................................8
1.2.1. Cấu tạo của máy ép khuôn bột giấy.........................................................8
1.2.2. Nguyên lý hoạt động................................................................................9
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG ÉP KHUÔN BỘT GIẤY
..................................................................................................................................10
2.1 Xylanh khí nén Airtac SC160x500................................................................10
2.2 Cảm biến từ xylanh Airtac CS1-U.................................................................11
2.3 Bộ điều khiển PLC S7-300............................................................................13
2.4 Van điện từ khí nén 5/3 - Airtac.....................................................................14
2.5 Rơ le trung gian..............................................................................................16
2.6 Van khí nén điện từ 3/2 Airtac.......................................................................17

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG MÁY ÉP KHN
BỘT GIẤY...............................................................................................................18
3.1 Cấu hình trạm PLC........................................................................................18
3.1.1. Liệt kê tín hiệu vào/ra............................................................................18
3.1.2. Lựa chọn trạm PLC................................................................................19
3.1.3. Sơ đồ PLC..............................................................................................20
3.2 Sơ dồ mạch hệ thống......................................................................................21
3.2.1. Sơ đồ mạch động lực..............................................................................21
3.2.2. Sơ đồ mạch thủy khí điều khiển các xi lanh..........................................22
3.2.3. Sơ đồ mạch điều khiển...........................................................................22
3.3. Viết chương trình PLC và mơ phỏng hệ thống.............................................24
3.3.1. Khai báo trạm PLC.................................................................................24
3.3.2. Viết chương trình...................................................................................25
3.3.3. Mơ phỏng hệ thống máy ép khuôn bột giấy...........................................28
KẾT LUẬN..............................................................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................43
3


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Bảng kí hiệu cấu tạo máy ép khuôn bột giấy............................................8
Bảng 2. 1. Thông số kỹ thuật của xi lanh khí nén Airtac SC 160 x 500..................10
Bảng 2. 2. Thống số kỹ thuật của Cảm biết từ xi lanh Artac SC1-U.......................12
Bảng 2. 3. Thống số kỹ thuật Bộ điều khiển PLC S7-300.......................................14
Bảng 2. 4. Thông số kĩ thuật Van điện từ khí nén 5/3 – Airtac...............................15
Bảng 2. 5. Thông số kĩ thuật Rơ le trung gian MY2N-GS-DC24 BY OMZ Omron
..................................................................................................................................16
Bảng 2. 6.Thông số kĩ thuật van khí nén 3/2 Airtac................................................17

4

DANH MỤC ẢNH
Hình 1. 1. Hình ảnh về các mẫu khn giấy..............................................................6
Hình 1. 2. Mơ tả về hệ thống ép khn giấy..............................................................8
Hình 2. 1. Xi lanh khí nén Airtac SC 160 x 500......................................................10
Hình 2. 2. Cảm biết từ xi lanh Artac SC1-U............................................................11
Hình 2. 3. Bộ điều khiển PLC S7-300.....................................................................13
Hình 2. 4. Van khí nén 5/3 - Airtac..........................................................................14
Hình 2. 5. Rơ le trung gian MY2N-GS-DC24 BY OMZ Omron............................16
Hình 2. 6. Van khí nén điện từ 3/2 Airtac................................................................17
Hình 3. 1. Liệt kê tín hiệu vào/ra cho PLC..............................................................19
Hình 3. 2. Trạm PLC................................................................................................19
Hình 3. 3. Sơ đồ PLC...............................................................................................20
Hình 3. 4. Sơ đồ cấp nguồn trạm PLC.....................................................................21
Hình 3. 5. Sơ đồ mạch động lực...............................................................................21
Hình 3. 6. Sơ dồ mạch thủy khí...............................................................................22
Hình 3. 7. Sơ đồ Input PLC......................................................................................22
Hình 3. 8. Sơ đồ Output PLC...................................................................................23
Hình 3. 9. Sơ đồ điều khiển Rơ le trung gian...........................................................23
Hình 3. 10. Khai báo trạm PLC trong phần mềm Step 7.........................................24
Hình 3. 11. Symbols cho hệ thống...........................................................................24

5


CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ MÁY TẠO KHUÔN GIẤY
1.1. Khái qt chung về máy tạo khn giấy
Ngày càng có nhiều nhà đấu tư sử dụng máy ép bột giấy để kinh daonh khay
giấy. Tính đến nay có nhiều mơ hình với cơng suất từ 1000-7000 miếng mỗi giờ.

Nó sử dụng giá trị nhỏ nhất ( giấy vụn ) để tạo lợi ích tối đa ( khay giấy ). Đồng
giới cung cấp khuôn khay tùy chỉnh để làm khay giấy khác nhau để mở rộng các
ứng dụng của máy móc. Do dễ dàng trả góp và sản xuất lớn, các nhà đầu tư thu
được lợi nhuận cao từ hoạt động kinh doanh tái chế giấy này một cách nhanh
chóng.
Vậy khay giấy cuối cùng là gì? Chỉ cần thay đổi các khn tạo hình. Theo
nhu cầu của khách hàng, chúng ta cung cấp các loại khuôn khay giấy sau: khuôn
khay trứng, khuôn khay đựng trái cây, khuôn khay đỡ giãy dép, khuôn khay cốc,…

Hình 1. 1. Hình ảnh về các mẫu khn giấy
Ưu điểm của máy ép bột giấy:
-Máy tùy chỉnh:
+Hình dạng khuôn
+Vật liệu khuôn
6


+PLC, Động cơ, Máy ép nóng, Hệ thống tinh chế bột giấy thứ hai và các bộ phận
khác
-Đảm bảo chất lượng
+Động cơ với công nghệ cắt bánh răng của Đài Loan có độ chính xác cao
+Sử dụng thép khơng gỉ làm nguyên liệu thô của khuôn mẫu, bể chứa bùn,…
-Tiêu thụ năng lượng thấp
+Máy ép khi trục vít tiết kiệm năng lượng
+Máy sấy kim loại sáu lớp trải qua 10 lần tích hợp, là máy sấy tiết kiệm năng lượng
nhất trong ngành công nghiệp này
-Bền chặt
+Động cơ làm bằng đồng 100%
+Làm kín vịng bi truyền động Cáp Nhĩ Tân
+Máy đập hồ bột giấy, máy bơm bột giấy và bột giấy xử lý nước thải đến từ các

thương hiệu nổi tiếng trong nước
+Máy này phục vụ khách hàng trong thời gian dài.

7


1.2. Tìm hiểu về máy ép khn bột giấy
1.2.1. Cấu tạo của máy ép khn bột giấy

Hình 1. 2. Mơ tả về hệ thống ép khn giấy

Trong đó:
Bảng 1. 1. Bảng kí hiệu cấu tạo máy ép khn bột giấy
Hình ảnh

Ý nghĩa
Động cơ lai băng tải
Băng tải
Van điện từ 5/3
Van điện từ 3/2

8


Van chân khơng điều khiển bằng khí nén
Cơ cấu tạo khuôn
Xylanh 2 chiều

1.2.2. Nguyên lý hoạt động
Tại thời điểm ban đầu, cơ cấu xi-lanh ở điểm A (ở trong bể hỗn hợp bột

giấy), khi khởi động máy van hút chân không V2 được tác động hút hỗn hợp cho
bám lên khuôn ép trong một thời gian T.
Sau một khoảng thời gian T, van hút vẫn duy trì, xi-lanh thực hiện hành trình
đi lên tới điểm B Tại đây van hút vẫn duy trì để thực hiện q trình hút khơ sản
phẩm.
Khi xác định được khuôn ép trên đã ở vị trí cảm biến S1 để sẵn sàng ép, xilanh tiếp tục đi lên tới C. Tại đây V3 tác động, khuôn ép trên hút sản phẩm, V2 đổi
trạng thái để thổi cho sản phẩm tách khỏi khuôn dưới.
Xi-lanh tiếp tục hành trình ngược đưa về điểm B, ngay khi động cơ khởi
động thì xi-lanh có thể về tới A ln để có thể lấy tiếp sản phẩm tiếp theo.
Khi xi-lanh về tới điểm B lúc này động cơ mới được hoạt động thực hiện
hành trình thuận để tránh việc khn ép đang ép làm hỏng khuôn ép.
Khuôn ép trên tới cảm biến S2 thì động cơ dừng lại, V3 tác động đổi trạng
thái thổi sản phẩm trên khuôn ép tách ra.
Sau đó khn trên được động cơ đưa lại về vị trí S1 đồng thời V2 được tác
động hút lấy sản phẩm tiếp theo.

9


CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG ÉP
KHUÔN BỘT GIẤY
2.1 Xylanh khí nén Airtac SC160x500
Xi lanh khí nén hay cịn gọi là ben khí nén, xi lanh khí là một thiết bị cơ học,
sử dụng sức mạnh của khí nén để tạo ra lực cung cấp cho chuyển động. Xi lanh khí
nén giúp chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, tác dụng làm piston
của xi lanh chuyển động, thơng qua đó truyền động đến thiết bị hoạt động

Hình 2. 1. Xi lanh khí nén
Airtac SC 160 x 500
Thông số kĩ thuật:

Bảng 2. 1. Thông số kỹ thuật của xi lanh khí nén Airtac SC 160 x 500
Tên sản phẩm

xi lanh khí nén Airtac SC 160 x 500

Xuất xứ

AIRTAC ( Đài Loan)

Đường kính piston

160mm

Kích thước

1239mm*174mm*174mm

Ren trong

M16x2.0mm
10


Độ sâu ren trong

15mm

Hành trình

500mm

Lực đẩy

1206,3kg

Lực khéo về

1130,9kg

2.2 Cảm biến từ xylanh Airtac CS1-U
- Khi xylanh ở trạng thái bình thường, cảm biến bình thường thì các tiếp
điểm thường mở sẽ được đặt trong ống thủy tinh kín. Chúng bị tách nhau ra nên hở
mạch, tín hiệu điện khơng xuất ra được
- Khi xuất hiện từ trường do nam châm vĩnh cửu trong xylanh khí nén,
xylanh từ tạo ra thì từ trường sẽ được sinh ra lực từ. Đầu piston dịch chuyển đến
gần cảm biến tiêp điểm thì sẽ được nối liên mạch do trừ tường hút hai tiếp điểm lại
với nhau
- Trước khi xuất hiện piston thì cảm biến ở trạng thái OFF, sau khi xuất hiện
piston thì mạch được nối và cảm biến ở trạng thái ON

Hình 2. 2. Cảm biết từ xi lanh Artac SC1-U

11


Thông số kỹ thuật Cảm biết từ xi lanh Artac SC1-U
Bảng 2. 2. Thống số kỹ thuật của Cảm biết từ xi lanh Artac SC1-U
 Tên sản phẩm

xi lanh khí nén Airtac SC 160 x 500

Xuất xứ

AIRTAC ( Đài Loan)

 Nhiệt độ

-10~70oC

 Điện áp sử dụng

5 ~ 240V AC/DC

 Dòng điện tối đa

 100mA

 Tần số tối đa

 200Hz

12


2.3 Bộ điều khiển PLC S7-300
- PLC S7-300 là 1 dịng PLC mạnh của Siemens, S7-300 phù hợp chó các
ứng dụng lớn và vừa với các yêu cầu cao về các chức năng đặc biệt như truyền
thông mạng công nghiệp, chức năng cơng nghệ, và các chức năng an tồn yêu cầu
độ tin cậy cao. PLC S7-300 là thiết bị điều khiển logic khả trình cỡ trung bình

Hình 2. 3. Bộ điều khiển PLC S7-300
Thông tin kỹ thuật bộ điều khiển PLC S7-300

13


Bảng 2. 3. Thống số kỹ thuật Bộ điều khiển PLC S7-300
 Tên sản phẩm

PLC S7-300

Xuất xứ

Siemens ( Đức )

Mã sản phẩm

CPU 312 – 6ES7312-1AE14-0AB0

 Bộ nhớ làm việc

32KB

 Tốc đô xử lý

 0.1us

 Timer/counter

 256/256

Vùng nhớ

256 byte

Truyền thơng

MPI

2.4 Van điện từ khí nén 5/3 - Airtac

Hình 2. 4. Van khí nén 5/3 - Airtac
- Loại van này có 3 vị trí, trong đó vị trí đường giữa là tính năng nổi bật nhất, 2 vị
trí cịn lại giúp điều khiển xi lanh khí nén đi và về hết hành trình:
- Van bao gồm có 5 cổng: 1 cổng đưa áp suất vào ký hiệu (P) hoặc (1); 1 cổng kích
hoạt xilanh thụt ra; 1 cổng điều khiển xi lanh rút về. 2 cổng này có ký hiệu là (A),
14


(B) hoặc dùng những ký hiệu bằng số khác; 2 cổng xả là (R) và (S).
- Van điện từ khí nén 5/3 thường được sử dụng để điều khiển xi lanh đơn, xi lanh
kép và động cơ khí nén khác nhờ vào thiết kế gọn nhẹ, sử dụng dễ dàng. 
Bảng 2. 4. Thơng số kĩ thuật Van điện từ khí nén 5/3 – Airtac
 Tên sản phẩm

Van điện từ khí nén 5/3 – Airtac

Xuất xứ

AIRTAC ( Đài Loan)

Cấu tạo

Hợp kim nhơm

Kích thước

19cm / 7.48inch

Trọng lượng

340g

 Áp suất

0.15-0.8Mpa

Điện áp

 DC 24V

Công suẩt

 4.8W

2.5 Rơ le trung gian

15

- Rơ le trung gian có vai trị làm trung gian trong việc truyền tải tín hiệu từ
khối điều khiển trong khối động lực. Điển hình nhất là truyền tải từ PLC đến các

Hình 2. 5. Rơ le trung gian MY2N-GS-DC24 BY OMZ Omron
contactor
Bảng 2. 5. Thông số kĩ thuật Rơ le trung gian MY2N-GS-DC24 BY OMZ Omron
 Tên sản phẩm

Rơ le trung gian MY2N-GS-DC24 BY OMZ Omron

Xuất xứ

Omron ( Nhật Bản)

Số chân

8 chân dẹt

Kích thước

28mm*21.5mm*36mm

Tiếp điểm

2PDT

 Dịng điện

5A

Điện áp

 DC 24V

16


2.6 Van khí nén điện từ 3/2 Airtac
Van khí nén điện từ Airtac 4V210-08 là loại van khí nén 3/2 có 3 cổng 2 vị
trí và 1 đầu coil điện, được điều khiển bằng điện, thường được dùng để điều khiển
xylanh khí nén

Hình 2. 6. Van khí nén điện từ 3/2 Airtac
Thông số kĩ thuật:
Bảng 2. 6.Thông số kĩ thuật van khí nén 3/2 Airtac
 Tên sản phẩm

Van khí nén điện từ Airtac 4V210-08

Kích thước cổng

1/4 (ren13)

Kích thước cổng xả

1/4 (ren13)

Áp suất hoạt động

0.15-0.8Mpa

Nhiệt độ hoạt động

-20~70 độ C

Xuất xứ

Airtac ( Đài Loan

17


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG MÁY
ÉP KHN BỘT GIẤY
3.1 Cấu hình trạm PLC
3.1.1. Liệt kê tín hiệu vào/ra
Đầu vào:
- Nút Start
- Nút Stop
- Tín hiệu quá tải nhiệt
- Cảm biến từ A, B, C phát hiện vị trí xi lanh
- Cơng tắc hành trình S1, S2
Đầu ra:
- Điều khiển động cơ quay thuận
- Điều khiển động cơ quay ngược
- Điều khiển xi lanh thực hiện hành trình thuận
- Điều khiển xi lanh thực hiện hành trình ngược
- Điều khiển van điện từ cơ cấu ép dưới
- Điều khiển van điện từ cơ cấu ép trên

18


Hình 3. 1. Liệt kê tín hiệu vào/ra cho PLC

3.1.2. Lựa chọn trạm PLC

Hình 3. 2. Trạm PLC
Trạm PLC sử dụng sẽ bao gồm:
- Module nguồn
- CPU
- Module vào số DI32
- Module ra số DO32

19