Một số ứng dụng về điều khiển tự động trong sản xuất

1
Một số ứng dụng về điều khiển tự động trong sản xuất
Th.s Nguyễn Chỉ Sáng - Phan Đăng Phong
Viện Nghiên cứu Cơ khí Email:

Tóm tắt: Việc nghiên cứu tích hợp giữa Điện điều khiển và Cơ khí trong các nhà máy
sản xuất tại Việt Nam là rất cần thiết, xong để đa ra đợc các phơng án phù hợp
với yêu cầu về kinh tế mà chất lợng vẫn đảm bảo là một yêu cầu khó, báo cáo này sẽ
trình bầy một số ứng dụng về một số kết quả ứng dụng của viện Nghiên cứu Cơ khí về
vấn đề này.
1. Đặt vấn đề
So với các nớc công nghiệp phát triển thì tự động hoá tại nớc ta mới chỉ ở giai đoạn
bắt đầu, do đặc điểm nền kinh tế là nông nghiệp lạc hậu nên số lợng nhà máy công, nông
nghiệp đợc tự động hoá cao còn ít và ở trình độ thấp. Tuy nhiên để hoà nhập với kinh tế thế
giới, tăng sức cạnh tranh của hàng hoá Việt nam thì tự động hoá trong sản xuất là yêu cầu cấp
thiết để nâng cao chất lợng, số lợng, hiệu quả sử dụng nguyên, nhiên liệu.
Nguyên nhân chính trong việc chậm chễ áp dụng tự động hoá trong các dây chuyền sản
xuất là do giá của các thiết bị tự động quá cao mà các doanh nghiệp này lại cần thu hồi vốn
nhanh. Nhng nếu không hiện đại hoá trong quá trình sản xuất, nhất là các công đoạn sản xuất
đồng loạt và đòi hỏi độ chính xác cao thì không thể đáp ứng tốt với nhu cầu của thị trờng và
cạnh tranh đợc với các hàng hoá trong khu vực. Nếu chỉ nhập các thiết bị tự động mà không
chú ý đến việc tự chế tạo ra nó thì chẳng bao lâu nữa Việt Nam sẽ trở thành một thị trờng chỉ
để tiêu thụ các sản phẩm chứ không tự chế tạo ra đợc các sản phẩm tự động phục vụ cho
mình. Đảng và Nhà Nớc ta đã quan tâm đến vấn đề này và đang kêu gọi các Tổ chức, Bộ,
Ngành phát huy nguồn lực nội sinh và một trong những vấn đề đó là biết phát huy những trí
tuệ trong nớc để chế tạo ra các sản phẩm tự động hoá ở trình độ cao phục vụ cho quá trình sản
xuất và đời sống trong nớc. Trong bài viết này chúng tôi sẽ trình bầy một vài ứng dụng về tự
động hoá tại các cơ sở sản xuất trong nớc của viện Nghiên cứu Cơ khí.
2. tiếp cận bài Toán
Trong một máy hoặc một dây chuyền sản xuất tự động bao giời cũng gồm các phần

sau:






Trong đó giá thành của phần cơ khí chiếm khoảng 30%, phần thiết bị điều khiển 40%
và phần mềm 30% tổng giá thành. Các máy tự động trong các dây chuyền sản xuất trong nớc
từ trớc lại nay đều đợc nhập từ các nớc công nghiệp pháp triển nh: Đức, Nhật, Mỹ..nó
thờng là rất đắt và không chủ động đợc công nghệ. Trong khi đó nếu sản xuất các máy này
tại Việt Nam sẽ nâng cao tính cạnh tranh của hàng hoá và tạo đợc việc làm cho nhiều ngời
lao động. Việc áp dụng tự động hoá trong sản xuất không phải là khó, vấn đề ở đây là phải biết
kết hợp chặt chẽ giữa công nghệ và điều kiện sản xuất để lựa chọn các thiết bị điều khiển cho
phù hợp, tránh hiện tợng dùng các thiết bị điều khiển quá hiện đại cho một dây chuyền đơn
Phần Cơ khí

Phần thiết bị
điều khiển
Phần mềm điều khiển

2
giản, điều đó sẽ dẫn đến chi phí để chế tạo máy quá cao. Sau đây là một vài ứng dụng tích hợp
Cơ_Điện để chế tạo ra các máy tự động phục vụ cho quá trình sản xuất trong nớc của Viện
Nghiên cứu Cơ khí.
3. Các bài toán điều khiển tự động
3.1. Tính toán, thiết kế, hệ thống cân băng định lợng
3.1.1. Phát biểu bài toán: Tính toán, thiết kế hệ thống cân băng định lợng 5 thành phần cho
nhà máy xi măng lò đứng 8,8 vạn tấn/năm.
3.1.2. Giải quyết bài toán:

Yêu cầu đặt ra: Thiết kế, chế tạo một hệ thống cân phối liệu tự động dạng băng tải với
các đặc tính sau:
- Có thể điều khiển đợc thành phần các chất tham gia phối liệu thông qua máy tính và
hệ thống điều khiển.
- Lu trữ các thống tin vào máy tính
- Nếu máy tính hỏng, thì PLC có thể hoạt động độc lập để điều chỉnh thành phần các
chất thông qua biến tần để điều chỉnh tốc độ quay của động cơ băng tải trong trờng hợp máy
tính bị trục trặc kỹ thuật.
- Độ chính xác của hệ thống thiết bị 1.5 %.
Giải pháp công nghệ
Hệ thống bao gồm
- Các thiết bị truyền động cơ khí nh: các băng tải để vận chuyển vật liệu, các động
cơ và hộp số, hệ thống giàn cân.
- Các thiết bị điều khiển: các đầu đo lực (Loadcell), đo tốc độ (Encoder), biến tần
điều khiển tốc độ (Inveter), PLC S7-300 và các mô đun của hãng SIEMEN.
- Phần mềm điều khiển: Kết hợp giữa chơng trình phát triển của SIEMEN và
VISUAL BASIC.
Trên cơ sở các thiết bị lựa chọn chúng tôi đề xuất phơng án nh hình 1

3


Remote Display





PS307
2A



CPU 314

SP340
RS485

10DI/10DO

40DO

SIWAREX
U

Load cell
Hình 1 - Sơ đồ hệ thống điều khiển cân tự động 5 thành phần
Hệ thống gồm PLC 314 của Siemens hoạt động độc lập thông nhận tín hiệu từ 05 đầu
đo lực ( loadcell), xử lý các tính hiệu đó và đa hiển thị nên màn hình: các thông số cơ bản
nh: Năng suất (kg/m), tốc độ băng tải, trọng lợng trên một mét băng tải, từ đó hệ thống PLC
điều khiển năng suất của một thành phần dựa vào điều khiển tốc độ của động cơ thông qua các
biến tần. Hệ PLC này đợc nối với một máy tính để nhận; lu trữ và đa ra các mệnh lệnh cho
các cơ cấu chấp hành.
Ưu điểm: Đây là phơng án tối u nhất bởi các lý do sau:
+ Cùng một lúc dùng PLC có thể điều khiển đợc cả 05 thành phần của 05 băng tải, các tín
hiệu từ 05 thành phần đó đợc hiển thị trên cùng một màn hình ( Năng suất Q, tốc độ băng
tải, và khối lợng).

KG

RS485/RS232

PC

FUNCTION BOX
R_Incoder + Inveter

4
+ Có cổng nối qua máy tính để lu trữ số liệu vào máy tính và đa các lệnh hoạt động
cho dây chuyền.
+ Có thể hoạt động độc lập khi máy tính có sự cố
3.1.3. Kết quả của đề tài
Chế tạo đợc 01 hệ thống cân băng phối liệu tự động dạng băng tải với các tính năng
nh sau:
- Năng suất 8.8 vạn tấn/năm
- Phối liệu tự động cho 05 thành phần
- Độ chính xác tới 1%
-
Chế độ điều khiển: hoàn toàn tự động




Trên cơ sở của bài toán này, chúng tôi đã áp dụng tại nhà máy Xi măng Anh
sơn, Lơng sơn hiện hệ thống vẫn đang hoạt động có hiệu quả tại các cơ sở này.
3.2. Tính toán, thiết kế máy hàn bán tự động cần số và ống bô xe máy
3.2.1. Phát biểu bài toán: Thiết kế hoàn chỉnh đợc 01 máy để hàn tự động phần cung tròn và

một phần đờng thẳng của cần số xe máy. Các phần cấp khí, phần điều khiển đầu hàn (vào/ra,
đánh điện), tốc độ quay của động cơ và các điều khiển đồ gá, các thiết bị an toàn đợc điều
khiển tự động.
3.2.2. Giải quyết bài toán
Giải pháp công nghệ
Việc lựa chọn giải pháp công nghệ phụ thuộc vào rất nhiều các lý do:
- Nguồn vốn đầu t, hiện trờng lắp đặt máy
- Phôi trớc khi hàn và yêu cầu của sản phẩm sau khi hàn ( Độ cong vênh cho phép, độ
đồng đều và bền của mối hàn...)
Sau khi nghiên cứu kỹ lỡng các yêu cầu của dạng sản phẩm ta đa ra phơng án sau:
- Chọn loại đồ gá có thể tháo lắp nhanh và có dỡng để điều chỉnh sai số cơ khí của phôi
- Nhằm tiết kiệm thời gian và nâng cao năng suất khi hàn chọn phơng án hàn liền một
lúc cả hai bên đờng hàn việc này rất khác với các máy của Nhật hiện có chỉ hàn 1
đờng sau đó xoay lại và hàn đờng còn lại.
Hình 2. Mô hình cân băng tại phòng thí nghiệm Hình 3. Tủ điện điều khiển tại NM XM Anh
Sơn

5
- Chọn thiết bị điều khiển là PLC của Siemen bởi các thiết bị của Siemen tơng đối ổn
định và thích hợp với sản xuất công nghiệp.
Căn cứ vào giải pháp trên ta có sơ đồ thuật toán sau (hình 4):

BĐ
Kiểm tra các điều
Vị trí đầu
Vị trí chi tiết
Vị trí đồ gá
Đ/K để đầu
hàn về đúng vị
Đ/K để đầu
hàn về đúng vị
Đ/K để đầu
hàn về đúng vị
S
S
S
Đ
Đ
Đ
Xi lanh đa hai đầu
hàn hai bên vào ( 2s)
Đầu hàn đóng điện,
động cơ quay

Hàn hết đờng
Động cơ quay ngợc lại trả
sản phẩm về vị trí ban đầu.

Lấy sản phẩm ra
KT
S
Đ
Hình 4- Thuật toán hàn cần số xe máy