tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Thiết kế cải tiến hệ thống đóng bao xi măng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG


TRẦN VĂN KHÔI


THIẾT KẾ CẢI TIẾN HỆ THỐNG
ĐÓNG BAO XI MĂNG

Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy
Mã số: 60.52.04


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT




Đà Nẵng - Năm 2011


Công trình ñược hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG


Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐINH MINH DIỆM

Phản biện 1: TS. NGUYỄN XUÂN HÙNG
Phản biện 2: PGS.TS. LÊ VIẾT NGƯU


Luận văn sẽ ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học
Đà Nẵng vào ngày 03 tháng 12 năm 2011.






Có thể tìm hiểu luận văn tai:
- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng.


1

MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của ñề tài
Cùng với sự phát triển của ñất nước, ngành công nghiệp xi
măng ngày càng phát triển. Các dây chuyền sản xuất xi măng ñược
ñầu tư xây dựng mới sau này với công nghệ thiết bị hiện ñại của các
nước Châu âu như Đức, Pháp, Đan Mạch,… hoàn toàn tự ñộng hóa
làm tăng năng suất và bảo ñảm sản phẩm ñạt chất lượng tốt và ổn
ñịnh. Tuy nhiên hiện nay tại nhiều Công ty sản xuất xi măng vẫn tồn
tại ñồng thời các dây chuyền thiết bị thế hệ cũ và thế hệ mới hơn nữa
mỗi dây chuyền của mỗi hãng lại có ñặc thù riêng như hệ thống ñiều

khiển khác nhau,… Vì vậy rất phụ thuộc vào hãng sản xuất. Việc cải
tạo nâng cấp các dây chuyền thiết bị thế hệ cũ và nghiên cứu thiết kế
các thiết bị và hệ thống ñiều khiển tự ñộng chế tạo sản xuất trong
nước là thật sự cần thiết cho các doanh nghiệp sản xuất .
Hiện nay tại Công ty Cổ phần Xi măng Hải Vân tồn tại 2 dây
chuyền ñóng bao:
+ Dây chuyền 1: thế hệ cũ, hệ thống cân cơ, hệ thống ñiều
khiển nạp liệu ñơn giản. Vì vậy năng suất thấp, ñộ chính xác không
cao.










Hình 1. Packing Machine N
0
1
2

+ Dây chuyền 2: thế hệ mới, hệ thống cân ñiện tử, hệ thống
ñiều khiển nạp liệu tự ñộng bằng vi xử lý. Tuy nhiên ñộ ổn ñịnh của
hệ thống không cao nên năng suất không ñạt, tuổi thọ của hệ thống
thấp, vận hành phức tạp sửa chữa khó khăn,vật tư thay thế giá thành
ñắt, thời gian nhập khẩu lâu và phải mua ñúng của hãng Haver
Boeker. Vì vậy ảnh hưởng rất nhiều ñến sản xuất.

Do ñó Nghiên cứu thiết kế hệ thống ñiều khiển cấp liệu và
cân của máy ñóng bao là nội dung chính của ñề tài.
2. Mục ñích của ñề tài:
- Nghiên cứu thiết kế cải tiến hệ thống ñiều khiển cấp liệu tự
ñộng và cân bằng PLC cho máy ñóng bao xi măng.

Hình 2. Packing Machine N
0
2

3

- Góp phần phát triển lĩnh vực ñiều khiển tự ñộng ứng dụng
vào thực tế sản xuất.
3. Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu thiết kế quy trình làm việc của máy ñóng bao,
nghiên cứu các phần tử ñiều khiển và các cơ cấu chấp hành.
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống ñiều khiển cho các cơ cấu
chấp hành
- Nghiên cứu hệ thống cân ñiện tử.
- Giải quyết việc nối ghép tương thích giữa các thiết bị liên
quan: Động cơ ñiện, các cảm biến khối lượng, van ñiều khiển, ñầu
cân bằng phương pháp ñiều khiển Logic.
- Thực nghiệm lắp ráp, hiệu chỉnh và thử nghiệm trên máy
ñóng bao tại Công ty Cổ phần Xi măng Hải Vân.
4. Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu thực tế các hệ thống ñóng bao xi măng .
- Tổng hợp nghiên cứu lý thuyết về hệ thống ñiều khiển tự
ñộng.
- Kiểm chứng trên máy ñóng bao tại Công ty Cổ phần Xi
măng Hải Vân .
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
- Tăng năng suất máy, ổn ñịnh chất lượng sản phẩm và giảm
chi phí sửa chữa bảo dưỡng và vật tư dự phòng cho Công ty.
- Đề tài sẽ góp phần vào sự phát triển trong lĩnh vực ñiều
khiển tự ñộng bằng PLC cho các thiết bị trong dây chuyền sản xuất
nói chung và ñiều khiển máy ñóng gói nói riêng.
4

6. Cấu trúc của luận văn : Luận văn gồm các phần như sau.
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN ĐÓNG BAO XI
MĂNG
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO ĐỀ TÀI
Chương 3. THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN CÂN
VÀ ĐÓNG GÓI

5

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐÓNG GÓI TỰ ĐỘNG

1.1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI TỰ ĐỘNG
1.1.1 Khái niệm
1.1.2 Phân loại Máy ñóng gói

Hình 1.1Đóng gói vật liệu khối


Hình 1.2 Đóng gói vật liệu lỏng

Hình 1.3 Đóng góivật liệu rời

Hình 1.4
Đ
ịnh l
ư
ợng giá
n ño
ạn


Hình 1.5 Định lượng liên tục

6

1.1.3 Định lượng
Đối với máy ñóng gói , khâu ñịnh lượng là khâu quan trọng
nhất . Ứng với sai số cho phép , sẽ có những cách ñịnh lượng khác
nhau ( hình 1.4 và hình 1.5 ).
1.2. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI
CỦA CÔNG TY CP XI MĂNG VICEM HẢI VÂN
1.2.1. Tổng quan về Công ty Cổ phần Xi măng Vicem Hải Vân
1.2.1.1 Khái niệm xi măng
1.2.1.2. Qui trình công nghệ sản xuất xi măng













1.2.2 Thiết bị ñóng gói tại Công ty CP Xi măng Vicem Hải Vân
1.2.2.1 Hệ thống ñóng bao xi măng bao 50 kg
a) Hệ thống ñóng bao của dây chuyền 2 ( Hình 1.10 )
Máy ñóng bao ñược sản xuất vào năm 1996, máy gồm 6 vòi
quay, ñịnh lượng bằng hệ cân ñiện tử.
b) Hệ thống ñóng bao của dây chuyền 1

Hình 1.10 Công
ño
ạn
ñóng bao

7

Máy ñóng bao ñược sản xuất năm 1993, máy gồm có 4 vòi ñứng,
ñịnh lượng bằng hệ cân cơ.











Kết luận:
Trên cơ sở thiết bị ñóng gói hiện nay và hiện trạng máy ñóng
bao xi măng của Công ty ta có thể nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ
thống ñiều khiển nạp liệu và cân cho máy ñóng bao thay thế cho máy
ñóng bao dây chuyền 2 và có thể cải tạo máy ñóng bao dây chuyền 1
từ hệ cân cơ sang cân ñiện tử.

Hình 1.14 Máy ñóng bao
dây chuy
ền 1


Hình 1.13 Máy ñóng bao
dây chuyền 2

8

CHƯƠNG 2
SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI

2.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MÁY ĐÓNG
BAO
2.1.1 Cấu tạo máy ñóng bao
2.1.1.1 Thông số kỹ thuật
2.1.1.2 Yêu cầu vật liệu ñóng bao
2.1.1.3 Các thành phần và chức năng
a) Truyền ñộng quay máy ñóng bao

b)Hệ thống khí nén
Khí ñược cấp cho pittong kẹp giữ bao, pittong quét bao, thối
bao xi măng, hướng dòng liệu, pittong van 3 vị trí, pittong ñẩy bao.
1
2
8
3
7
6
5
4
stt
tªn phô tïng
Đ.v.t
S.l
1
Xylanh ba vÞ trÝ

c¸i 06
Xylanh kÑp bao
2
06
GhÕ ®¸ bao3
06
Xylanh ®¸ bao
4
06
Bé truyÒn ®éng quay tuabin cÊp liÖu
5
06
Van ba vÞ trÝ6
06
Tñ c©n
7
06
Sensor c¶m biÕn8
c¸i
c¸i
c¸i
c¸i
c¸i
c¸i


Hình 2.2 máy ñóng bao
9

c)Phễu cấp liệu
d)Cơ cấu nạp liệu vào bao

Hình 2.5 Phễu cấp liệu


Hình 2.6 Cơ cấu nạp liệu cho bao
10


e) Load cell
f) cơ cấu ñỡ & hất bao
h) Cảm biến

















g)Nguồn cấp
i)Các sơ ñồ ñiện ñộng lực và ñiều khiển của máy ñóng
J)Cân MEC

MEC là một hệ thống kết hợp cân và ñiều khiển, hổ trợ tất cả
các chức năng của một vòi nạp liệu. Mỗi một vòi nạp liệu của máy
ñóng bao ñược trang bị một cân MEC, cân MEC sẽ tự ñộng ñiều
khiển tất cả chức năng của vòi nạp liệu.

Hình 2.7 Load cell treo

Hình 2.9 V
ị trí các cảm biến



Hình 2.8 Cơ cấu ñỡ
và h
ất bao

11

Cân MEC ñược thiết kế theo các modul card.

2.1.2 Nguyên lý hoạt ñộng của máy ñóng bao
Khi máy ñóng bao hoạt ñộng ( quay ), bao ñược cấp vào vòi
nạp liệu tự ñộng hoặc bằng tay, ñến vị trí cảm biến (1) van ñiện từ
ñược tác ñộng và 2 pittong xy lanh ( giữ và quét bao ) ñược kích hoạt
và bao ñược giữ chặt, lúc này ñường thoát khí từ pittong xy lanh quét
bao ñược bịt kín bởi bao nên áp lực khí sẽ tác ñộng ñến công tắc áp
suất ( Presseur switch ) kích hoạt ñộng cơ của turbin cấp liệu và liệu

Hình 2.10 Sơ ñồ lắp card trong hộp cân MEC
Bảng 2.1 Chú thích card của cân MEC

12

ñược nạp vào bao ( Nếu ñến vị trí cảm biến mà không có bao cấp cho
vòi nạp liệu thì lổ thoát khí từ pittong xy lanh quét bao sẽ không
ñược bịt kín nên không ñủ áp ñể tác ñộng công tắc áp suất vì vậy sẽ
không xảy ra quá trình nạp liệu )

Khi công tắc áp suất ñược tác ñộng, ñộng cơ của turbin cấp
liệu sẽ ñược delay một khoảng thời gian, bao sẽ ñược khí thổi phồng
lên và van 3 vị trí mở hoàn toàn thì quá trình nạp liệu bắt ñầu. Nếu
khi nạp liệu khối lượng liệu không tăng lên ( có thể do bao bị rách vỡ
hoặc do tắc liệu, ) thì quá trình nạp liệu sẽ dừng lại.
Quá trình cấp liệu cho bao ñược thực hiện qua 2 giai ñoạn:
Giai ñoạn nạp thô ( Van 3 vị trí mở hoàn toàn ) và giai ñoạn nạp tinh
( van 3 vị trí ñóng không hoàn toàn ). Tùy thuộc vào ñộ mịn của liệu,
sai số cho phép của khối lượng bao, năng suất , thì ta có thể thay ñổi
khối lượng liệu nạp trong giai ñoạn nạp thô ( cài ñặt tham số khối
lượng nạp thô ) hoặc thay ñổi tốc ñộ liệu ở giai ñoạn nạp tinh bằng

Pittong kẹp giữ bao

Khí thổi phồng bao
Nạp liệu vào bao
Khí thổi sạch vòi
Kết thúc nạp và pittong hồi về
13

cách thay ñổi góc mở của của van 3 vị trí ( ñiều chỉnh hành trình của

pittong van 3 vị trí ).
Nếu quá trình nạp liệu ñến vị trí cảm biến (5) kiểm tra khối
lượng mà under weigh < khối lượng bao < over weigh thì ñến vị trí
cảm biến ( 6) nhả bao thì pittong xylanh nhả bao ñược kích hoạt hất
nhả bao lên băng tải chuyển bao. Nếu quá trình nạp liệu ñến vị trí
cảm biến (5) kiểm tra khối lượng mà khối lượng bao < under weigh
thì bao sẽ không ñược hất nhả ra băng tải chuyển bao mà sẽ ñược nạp
thêm liệu ở chu trình nạp liệu tiếp theo. Sau khi nạp thêm liệu nếu
khối lượng bao < under weigh hoặc khối lượng bao > over weigh thì
bao sẽ ñược hất nhả ra tại vị trí cảm biến (3) bao lỗi. Nếu quá trình
nạp liệu ñến vị trí cảm biến (5) kiểm tra khối lượng mà khối lượng
bao > over weigh thì bao sẽ không ñược hất nhả ra băng tải chuyển
bao mà sẽ ñược hất nhả ra tại vị trí cảm biến (3) bao lỗi.
Sau khi bao ñược hất nhả ra băng tải chuyển bao, hệ thống
reset lại bộ ñếm.











Hình 2.22. Sơ ñồ ñiều khiển nạp liệu và cân
Tải trọng bao

Load cell

Đầu cân


AD

Hiển thị số

Bộ phận truyền,

nhận số liệu

PLC

hoặc
VĐK

Điều khiển trực tiếp

các
cuộn dây solenoid, relay
coil

Đóng mở piston khí nén (
ñi
ều khiển các van, kẹp bao),
ñ
ộng c
ơ c
ấp liệu

Máy in

Máy tính


Cáp chuyển ñổi mạch giao tiếp
14

2.2. GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC
2.2.1. Đặc ñiểm bộ ñiều khiển lập trình:
2.2.2. Những khái niệm cơ bản:
2.2.3. So sánh với các hệ thống ñiều khiển khác:
2.2.4. Cấu trúc phần cứng của PLC:
2.2.5. Khái niệm cơ bản về lập trình PLC:
2.2.6. Cơ chế hoạt ñộng và xử lý tín hiệu trên PLC:
Kết luận: Nghiên cứu cấu tạo, chức năng của các thành phần
máy ñóng bao và nguyên lý ñiều khiển quá trình nạp liệu vào bao và
cân cùng với bộ ñiều khiển khả trình PLC là cơ sở thiết mạch ñiều
khiển và viết chương trình ñiều khiển cho PLC trong chương 3.

15

Các LED chỉ trạng thái

của các ñầu vào ra
Cổng truyền thông
Lỗ ñể gắn lên
giá ñỡ
J
ắc cắm mô
ñun
m
ở rộng

Chiết áp tương tự
Chốt kẹp ñể lắp CPU
lên ray DIN

Khe cắm cho:
- Mô ñun nhớ
- Mô ñun pin
- Mô ñun ñồng
h
ồ

Các LED chỉ
tr
ạng thái của
Bên trong:
- Nguồn cung cấp
- Tụ cao cấp
- Đồng hồ thời gian (CPU
224/226)

Hình 3.1 S
ơ ñ
ồ bố trí các bộ phận của
PL
C

Chương 3
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÂN VÀ ĐÓNG GÓI

3.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN
3.1.1 Bộ ñiều khiển khả trình PLC
Chọn bộ PLC S7-200 của Siemens, CPU224 là phù hợp và ñáp
ứng ñược yêu cầu của hệ thống ñiều khiển.
Sơ ñồ bố trí các bộ phận S7-200 như hình 3.1

3.1.2 TD 200 ( Giao diện giữa người và máy )
Thiết bị TD 200 ( S7-200 Text Display Devices ) cho phép
người vận hành hay người sử dụng có thể tương tác với ứng dụng
hoặc hiển thị các thông báo,…TD 200 là thiết bị giao diện giữa người
16

và máy do hãng Siemen sản xuất tương thích với S7-200, phù hợp
cho môi trường công nghiệp và giá thành thấp.







3.1.3 Thiết bị chỉ thị khối lượng
Thiết bị chỉ thị khối lượng (ñầu
hiển thị trọng lượng cân) có nhiều loại
do nhiều hãng sản xuất khác nhau.
Trong hệ thống ñiều khiển này ta chọn
Chỉ thị khối lượng KH3B-V của hãng

Omron – Nhật.
3.2 KẾT NỐI CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG
3.2.1. Kết nối giữa PLC S7-200, CPU 224 với máy tính:
3.2.2. Giao tiếp giữa DT 200 và PLC S7-200:
3.2.3. Kết nối ñầu cân và PLC:
3.2.4. Kết nối giữa ñầu cân với cảm biến trọng lượng ( Loadcell):






Hình 3.3 Thiết bị chỉ
thị khối lượng


Hình 3.2 Thiết bị TD 200
17

3.3 SƠ ĐỒ MẠCH CỦA HỆ THỐNG



18





19

20



21


3.4 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
3.4.1 Máy ñóng bao quay ( Chế ñộ làm việc bình thường)













Bắt ñầu

Khởi ñộng máy(máy quay)

N

ạp vỏ bao vào vòi

Kẹp bao

Ki
ểm tra
có
bao

Cấp khí vào bao,Mở van 3 vị trí

Pittong xy lanh
kẹp bao hồi về
T

F

22

3.4.2 Máy ñóng bao ñứng yên (Chế ñộ kiểm tra)
Động cơ turbin cấp liệu hoạt ñộng

Kiểm tra khối
lư
ợng
bao

Đóng van 3 vị trí, nạp tinh

Kiểm tra khối
lư
ợng
bao

Tiếp tục nạp

T

T

F

F

F

F

T

T

Ti
ếp tục nạp vòng 2

Dừng nạp liệu, ñóng
hoàn toàn van 3 vị trí
Kiểm tra vị trí
nh
ả bao

Không nhả bao
Bao ñư

ợc hất ra b
ăng t
ải

Ki
ểm tra khối
lư
ợng bao

Nh
ả bao tại
v
ị trí bao lỗi

Reset b
ộ
ñ
ếm

K
ết thúc

23

3.5 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN NẠP LIỆU VÀ CÂN BAO
B
ắt
ñ
ầu

Cấp nguồn (máy ñứng yên)
N
ạp vỏ bao vào vòi

Kẹp bao

T

Ki
ểm tra có bao

Cấp khí vào bao,Mở van 3 vị trí
F

Pittong xy lanh
k
ẹp bao hồi về

T

F

Động cơ turbin cấp liệu hoạt ñộng
Đóng van 3 vị trí, nạp tinh

Tiếp tục nạp
T

F
Tiếp tục nạp

Dừng nạp liệu, ñóng van 3 vị trí
Reset bộ ñếm

Ki
ểm tra khối
lư
ợng bao

Ki
ểm tra khối
lư
ợng bao

K
ết thúc

24

KẾT LUẬN
1 KẾT QUẢ
- Đã thiết kế, chế tạo hệ thống ñiều khiển ñóng bao xi măng và
cân, sử dụng PLC S7-200 CPU 226 XP của hãng Siemens. Hệ thống
ñã ñược lắp ñặt trên hai máy ñóng bao tại Phân xưởng 2 Công ty Cổ
phần Vicem Hải Vân.
- Hệ thống này hoạt ñộng theo các yêu cầu ñặt ra. Hệ thống
hoạt ñộng ổn ñịnh, Chính xác cao, vận hành xử lý dễ dàng và giá
thành thấp.
- Thông qua giao diện TD200 người vận hành có thể cài ñặt
các thông số của hệ thống ñể có thể ñáp ứng phù hợp với nhiều loại
liệu cũng như nhiều loại bao có khối lượng khác nhau và theo dõi
giám sát ñược các sự cố.
4.2. TRIỂN VỌNG ĐỀ TÀI
- Sau khi lắp ñặt thành công trên máy ñóng bao tại Phân

xưởng 2 của Công ty sẽ tiếp tục nghiên cứu phát triển ñề tài ñể cải
tạo máy ñóng phân xưởng 1 (hiện ñang dùng hệ thống cân cơ ) sang
hệ thống như trên.
- Nghiên cứu ứng dụng hệ thống ñiều khiển ñóng gói tự ñộng
và cân, không chỉ cho dây chuyền sản xuất xi măng mà còn phát triển
với nhiều dây chuyền thiết bị khác như phân bón, bột mì,
- Việc nghiên cứu hệ thống ñiều khiển giám sát sử dụng PLC
từ ñề tài ñã mở ra nhiều ứng dụng thực tế khác tại Công ty trong thời
gian ñến sẽ triển khai như:
* Hệ thống ñịnh lượng chất trợ nghiền.
* Bộ ñếm bao và ñiều khiển.