Thiết kế hệ thống điều khiển tự động lò ram bi nghiền Tại Nhà Máy Nhôm Đông Anh Công Ty Cổ Phần Cơ Khí LiCoGi

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, trong thời kì đổi mới,thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa, sự tiến bộ
nhanh chóng của các ngành khoa học kỹ thuật nói chung và các ngành khoa học kỹ
thuật điện - điện tử nói riêng với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
đã góp phần thay đổi mạnh mẽ nền công nghiệp nước ta theo hướng công nghiệp hóa
hiện đại hóa.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật như vậy thì việc ứng dụng thiết bị logic khả
trình PLC để tự động hóa quá trình sản xuất, nhằm mục tiêu tăng năng xuất lao động,
giảm sức người, nâng cao chất lượng sản phẩm là một vấn đề rất cần thiết.
Đồ án với đề tài: " Thiết kế hệ thống điều khiển tự động lò ram bi nghiền - Tại Nhà
Máy Nhôm Đông Anh - Công Ty Cổ Phần Cơ Khí LiCoGi"
Trong quá trình làm đồ án, mặc dù được sự chỉ dẫn tận tình của giáo viên hướng
dẫn TS.Phan Minh Tạo và bản thân em cũng đã tham khảo thêm nhiều tài liệu và tìm
hiểu thực tế ở công ty nhưng do thời gian và năng lực em còn hạn chế nên đồ án không
thể tránh khỏi những thiếu sót. Em mong nhận được những ý kiến đóng góp và nhận
xét của các thầy cô để em có thể hoàn thiện đồ án tốt hơn cũng như cho em thêm kiến
thức để làm hành trang cho tương lai sau này.
Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.Phan Minh Tạo bộ môn tự động
hóa xí nghiệp công nghiệp – Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Hà Nội người đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn các quý Thầy Cô giáo trong trường nói chung, các quý
thầy cô trong bộ môn tự động hóa xí nghiệp công nghiệp – Trường Đại Học Mỏ Địa
Chất Hà Nội nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương và các môn
chuyên ngành giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều khiển cho em
suốt quá trình học tập.
Sinh viên thực hiện
Lê Văn Tùng

1

MỤC LỤC

2


DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Bi nghiền hình cầu và hình trụ
Hình 1.2 Sơ đồ dây chuyền sản xuất bi nghiền
Hình 1.3 Thùng đựng hỗn hợp cát
Hình 1.4 Băng tải chuyển cát
Hình 1.5 Rót nguyên liệu vào khuôn
Hình 1.6 Bi thô
Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ lò ram
Hình 2.2 Bộ điều khiển nhiệt độ Omron
Hình 2.3 Can nhiệt Pt100k
Hình 2.4 Dây gia nhiệt niken,crom Cr15Ni60
Hình 2.5 Thiết bị điều khiển PLC
Hình 2.6 Công tắc hành trình Omron dòng WLCA12
Hình 2.7 Piston thủy lực

3


DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của bi nghiền
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của bộ điều khiển nhiệt độ E5AZ
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật công tắc hành trình Omron dòng WLCA12
Bảng 3.1 Giá trị vào ra của chương trình

4

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
1. HT: công tắc hành trình
2. SCDC: sự cố động cơ
3. KĐ: khởi động
4. ĐC: động cơ
5. LV: làm việc
6. ĐCCuaVaoT: động cơ cửa vào quay thuận
7. ĐCCuaVaoN: động cơ cửa vào quay ngược
8. B1: buồng 1
9. B2: buông 2
10. PT: piston
11. HĐ: hoạt động
12. NĐ B1: nhiệt độ buồng 1
13. NĐ B2: nhiệt độ buồng 2

5


CHƯƠNG 1: DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BI ĐẠN NGHIỀN CỦA CÔNG TY
1.1 Giới thiệu về bi đạn nghiền
Bi nghiền được sử dụng trong lĩnh vực khai thác mỏ để nghiền quặng sắt, quặng
Mangan, cát thạch anh. Trong sản xuất gạch silica để nghiền hỗn hợp cát vôi, trong
công nghiệp xi măng để nghiền Clinker và bùn. Trong các nhà máy nghiền than. Trong
công nghiệp gốm nguyên liệu sản xuất các loại ngói. Trong sơn mài nghiền mầu và
phụ gia. Trong công nghiệp thực phẩm xay cà phê, ca cao và các loại ngủ cốc.

Hình 1.1 Bi nghiền hình cầu và hình trụ
Bi nghiền chia làm 2 loại bi cầu hình tròn và bi đạn hình trụ, bi nghiền được đúc từ

các loại thành phần hợp kim như Mn, Si, Cr, Fe…., trong đó thành phần chủ đạo
trong bi là crom có thành phần từ 12 - 30% tùy vào từng loại quặng hoặc vật liệu
nghiền mà hàm lượng Crom và hợp kim khác cao hay thấp cùng với độ cứng của bi
được nhiệt luyện theo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật.

6


Thông số cơ bản:
Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của bi nghiền
TT
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
B

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Đường kính
/ Kích
Loại
thước
(thành phần Cr -%)
(mm)
BI ĐÚC, RÈN
15
16
17
18
19
20
22
25
1. Cr: 11-14%
30
2. Cr: 15-17%
3. Cr: 17-19%

35
40
50
60
70
80
90
100
BI TRỤ (ĐẠN)
14 x 14
16 x 16
19 x 19
19 x 30
1. Cr: 11-14%
20 x 25
2. Cr: 15-17%
22 x 22
3. Cr: 17-19%
22 x 28
25 x 25
25 x 30
32 x 38

7

Độ cứng
(HRc)

Trọng lường
bình quân

(Kg/viên)

58 - 64

0.016
0.019
0.022
0.025
0.030
0.036
0.050
0.067
0.115
0.181
0.270
0.520
0.910
1.500
2.220
3.100
4.220

62,500
53,476
45,455
40,000
33,898
28,169
20,000
14,925

8,734
5,525
3,704
1,923
1,099
667
450
323
237

58 - 64

0.017
0.025
0.041
0.067
0.059
0.067
0.081
0.093
0.120
0.234

58,824
40,000
24,510
14,993
16,949
14,925
12,346

10,753
8,368
4,274

Số lượng viên
trung bình / tấn


1.2 Dây chuyền sản xuất bi đạn nghiền của Công ty
1.2.1 Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất bi đạn

Hình 1.2 Sơ đồ dây chuyền sản xuất bi nghiề

8


1.2.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ dây chuyền
Đầu tiên chuẩn bị cát làm khuôn và chọn mẫu khuôn bắt đầu tiến hành làm khuôn trên
dây chuyền tự động DISAMATIC. Tiếp theo chuẩn bị nguyên vật liệu để nung nấu.
Khi đã nung luyện xong thì rót thành khuôn. Đợi cho khuôn nguội và cứng lại tiến
hành phá khuôn rồi lấy bi thô ra mài rũa làm mịn viên bi. Đưa bi vào lò nhiệt luyện để
bi đạt được

độ

nhất

định.

Khi

đã

nhiệt

luyện

xong

thì

làm sạch bi

và

gói.

Hình 1.3 Thùng đựng hỗn hợp cát

9

cứng

đóng


Hình 1.4 Băng tải chuyển cát

10

Hình 1.5 Rót nguyên liệu vào khuôn

11


Hình 1.6 Bi thô
1.3 Đánh giá thực trạng hệ thống sản xuất bi đạn nghiền của công ty
Hiện nay công ty cơ khí đông anh là đơn vị đứng đầu trong cả nước về chất lượng
cũng như sản lượng trong lĩnh vực sản xuất bi đạn nghiền và phụ tùng máy móc của
ngành xi măng sản xuất giàn không gian ngành xây dựng:
Bi, đạn nghiền 6000 tấn/năm,được thực hiện trên dây chuyền đúc tự động
DISAMATIC của vương quốc Đan Mạch. Dây chuyền được nhập về từ đầu những
năm 1990 cho đến nay đã được hơn 20 năm. Tuy không còn mới nhưng hệ thống hoạt
động vẫn tốt và ổn định
Sản phẩm của công ty đạt được nhiều giải thưởng chất lượng sau:
Thứ nhất: huy chương vàng chất lượng cao ngành xây dựng việt nam các năm 1993
cho sản phẩm bi,đạn nghiền;năm 1995 cho sản phẩm bi đạn nghiền và tấm lót thép Mn
cao,máy nghiền xi măng;năm 1999 cho sản phẩm bi đạn nghiền và tấm lót vách
ngăn,búa đập đá và máy nghiền xi măng
12


Thứ hai: huy chương vàng hội chợ triển lãm cơ khí – điện tử - luyện kim việt nam năm
2002 cho sản phẩm phụ tùng nghiền xi măng(bi đạn,tấm lót) và sản phẩm giàn lưới
không gian cho ngành xây dựng
Thứ ba:cúp “Ngôi Sao Chất Lượng” dành cho doanh nghiệp tiêu biểu tại Hội chợ triển
lãm cơ khí-điện tử-luyện kim việt nam năm 2002
Thứ 4:cúp vàng hà nội trong hội chợ doanh nghiệp việt nam hướng tới ngàn năm thăng
long-hà nội cho sản phẩm dàn lưới không gian ngành xây dựng vào ngày 03/01/2003

Thứ 5:cúp vàng tại hội chợ triển lãm ngành xây dựng việt nam 2003 nhân dịp kỉ niệm
45 năm ngành xây dựng vào ngày 30/04/200
Hạn chế: hệ thống nhập về đã lâu thiết bị máy móc đã cũ thi thoảng vẫn gặp phải sự
cố.

13


CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG LÒ RAM BI NGHIỀN CỦA CÔNG TY
2.1 Hệ thống lò ram bi
2.1.1 Sơ đồ công nghệ

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ lò ram
2.1.2 Quy trình hoạt động của hệ thống
Bật chế độ khởi động trên bảng điều khiển đồng thời khay bi được công nhân chất
lên vị trí ban đầu ( trước của vào của lò).
- Trong bước này, nhiệt độ trong 2 lò được ổn định tự động thông qua việc đóng ngắt
dòng tự động thông qua tín hiệu nhiệt chuyển về từ can nhiệt với giá trị đặt theo
nguyên lý:
Khi bắt đầu đóng điện và cấp dòng cho dây gia nhiệt làm dây gia nhiệt nóng lên. Khi
nhiệt độ đạt tới giá trị đặt thì tự động cắt điện. Sau khi nhiệt độ được can nhiệt đo và
truyền tín hiệu về bằng giá trị nhiệt độ thấp nhất cho phép thì tự động đống điện, cấp
dòng trở lại và nhiệt độ trong lò lại tăng lên giá trị đặt thì tự động cắt điện.
14


Chọn chế độ tự động
- Bộ điều khiển tự động tác động theo tuần tự:
+Nâng cửa trước và cửa sau lò lên tới khi tác động vào cực hạn, công tắc hành trình
tác động và cửa được dừng lại đồng thời piton được tác động đẩy khay bi vào lò.

+Sau khi tới cực hạn, piston tự động lùi về tới vị trí an toàn thì cửa trước và sau sập
xuống giữ nhiệt trong lò, sau khi piston lùi tới cực hạn cuối thì dừng lại. Kết thúc hành
trình trên, khay bi cuối cùng được đẩy ra ngoài kết thúc quá trình ram.
2.2 Các thiết bị đo lường và cảm biến
2.2.1 Bộ Điều Khiển Nhiệt Độ Omron E5AZ

Hình 2.2 Bộ điều khiển nhiệt độ Omron E5AZ
-

Đặc điểm chung:
Bộ điều khiển nhiệt độ Omron dòng E5AZ với độ sâu 78mm
Ngõ vào: can nhiệt, nhiệt điện trở, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại và ngõ vào

-

Analog
Có cả 2 chế độ Auto - Tuning và bán Auto - Tuning
Chế độ điều khiển heating hoặc heating/cooling
Ngõ vào sự kiện cho phép lựa chọn nhiều SP và chức năng run/stop
Card ngõ ra dạng mô đun hóa
Bộ điều khiển nhiệt độ Omron E5AZ có chức năng cảnh báo thời gian trê
Chức năng kết nối truyền thông
15


-

Phù hợp với tiêu chuẩn an toàn UL, CSA và IEC cũng như thị trường châu Âu.
Úng dụng của bộ điều khiển nhiệt độ Omron E5AZ: Sử dụng để điều khiển nhiệt
độ trong các lò nhiệt, máy đúc nhựa, công nghiệp giấy, gỗ, hóa chất, linh kiện điện

tử, chế biến thực phẩm.

Thông số kỹ thuật:
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật bộ điều khiển Omron E5AZ
Kích thước
Hiển thị
Nguồn cấp

H24xW48
LED 7 đoạn và chỉ thị sáng đơn
Kích thước: PV:15.0mm; SV: 9.5mm
100-240 VAC, 50/60 Hz
Can nhiệt: K, J, T, E, L, U, N, R, S, B, W
Nhiệt điện trở: JPt100, Pt100

Ngõ vào

Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại: 10 - 70°C, 60 - 120°C, 115
- 165°C, 160 - 260°C
Điện áp: 0-50mV
Relay: SPST-NO, 5A 250 VAC (tải thuần trở)

Ngõ ra

Voltage: 12 VDC +15%/-20% (PNP)
Liner currents: 4 - 20 mA DC

Chu kỳ lấy mẫu
Phương pháp
điều khiển

500 ms
ON/OFF hoặc 2-PID

Tính năng

Tùy theo kênh điều khiển

Truyền thông

RS-232C, RS-485

Kiểu đấu nối

Cầu đấu, cầu đấu kẹp

Kiểu lắp đặt

Lắp trên cánh tủ, bắt vít trên tủ điện
Cáp kết nối USB E58-CIFQ2, Cáp truyền thông E58-CIFQ2-

Phụ kiện

E, Biến dòng, Gá kệp thiết bị trên cánh tủ Y92F-55, Gioăng chống
nước Y92S-P12

Cấp bảo vệ

Mặt trước: IP66, Mặt sau: IP20, Cầu đấu: IP00

Tiêu chuẩn

UL, CSA

16


2.2.2 Can nhiệt loại Pt100,K
Thông số kỹ thuật:
- Có dạng ren 13, ren 9.6 hoặc không ren.
- Đường kính: 3.2mm, 4mm, 6.4mm, 8mm.
- Chiều dài: 30mm, 40mm, 50mm, 100mm...
- Nhiệt độ : -50~200 (Pt100), 0- 400 (K).
- Dây cáp dài : 2m.
- Thân : Inox 304, inox 316.

Hình 2.3 Can nhiệt Pt100k
Nguyên lý hoạt động :
Can nhiệt còn có tên gọi khác là Cảm biến nhiệt độ, cặp nhiệt, nhiệt điển trở. Can nhiệt
có nhiệm vụ là cho ra điện áp, dòng điện, điện trở.... thay đổi theo sự thay đổi của
nhiệt độ theo 1 loại đặc tuyến của loại cảm biến đó.
Đặc tính vào ra : Pt100 có thể có 3 hoặc 4 đầu ra, do cách mắc để bù điện trở dây dẫn
từ machjgia công tín hiệu đến cảm biến Pt100

17


Nhiện điện trở sẽ làm sự thay đổi của nhiệt độ trở thành sự thay đổi của điện trở: còn
cặp nhiệt ngẫu nhiên sẽ biến sự thay đổi của nhiệt độ trở thành sự thay đổi của sức
điện động.

2.2.3 Dây gia nhiệt niken,crom Cr15Ni60
Thông số kỹ thuật:
- Xuất xứ: Jiangsu, Trung Quốc
- Thương hiệu: Hongtai
- Hình: dây, dải
- Chất liệu: hợp kim Niken
- Kích thước: 0,04-12 mm
- Thành phần hóa học: niken 60%

Hình 2.4 Dây gia nhiệt niken,crom Cr15Ni60
Một dây hợp kim sử dụng ở nhiệt độ vận hành lên đến 1200. Thành phần hóa học của
nó cung cấp cho khả năng chống oxy hóa tốt đặc biệt là trong điều kiện thường xuyên
chuyển đổi hay biến động nhiệt rộng.
18


NiCr liệu được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lò nung điện, thiết bị gia dụng và
các thiết bị hồng ngoại xa vì nhiệt độ cao sức mạnh và độ dẻo mạnh mẽ.

2.2.4 Thiết bị điều khiển PLC

Hình 2.5 Thiết bị điều khiển PLC
Thông số kỹ thuật:
-Số ngõ vào số: 24
-Số ngõ ra số: 16 Relay
-Nguồn cung cấp: 110 - 240 VAC
-Đồng hồ thời gian thực
19

-Ngõ ra xung đến 100kHz
-Có thể mở rộng 14 đến 128 ngõ vào/ra
-Truyền thông RS232C, RS 485
-Xuất xứ: Nhật Bản

20


2.2.5 Công tắc hành trình Omron dòng WLCA12
- Đặc điểm chung :
+ Công tăc hành trình WLCA12 Omron là loại có cần tác động dài
+ Góc tác động lớn, mở rộng 90 độ về cả hai phía
+ Dê dàng sử dụng, thiết kế nhỏ gọn
- Thông số kỹ thuật :
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật công tắc hành trình Omron dòng WLCA12
Ngõ vào

125 VAC (10A), 250 VAC (10A),500 VAC
(10A), 8VDC (10A), 14VDC(10A),
30VDC(6A), 125 VDC(0.8A),
250VDC(0.4A), 125 VAC(5A),
250VAC(5A), 125 VDC(0.4A),
250VDC(0.2A)
Cơ khí : 15.000.000 hoạt động phút
10A, 6A, 0.8A, 0.4A, 5A, 0,2A
Cơ khí : 30.000.000 hoạt động phút
15 kiểu
NC : Light ON khi đang hoạt động
NO: Light ON khi đang không hoạt động
IEC IP67

Tần suất hoạt động
Dòng ngắn mạch
Tuổi thọ
Kiểu tác động
Tiếp điểm
Cấp bảo vệ

Hình 2.6 Công tắc hành trình Omron dòng WLCA12

21


2.2.6 Piston thủy lực

Hình 2.7 Piston thủy lực
Thông số kỹ thuật:
+ Đường kính ngoài: 180mm
+ Đường kính trong: 120mm
+ Chiều dài: 3m
+ Áp suất làm việc thông thường: 180 - 220 bar
+ Áp suất làm việc max: 330 bar

22


2.3 Hệ thống mạch lực, mạch điều khiển
2.3.1 Sơ đồ mạch lực

23

2.3.2 Sơ đồ mạch điều khiển

24


2.3.3 Sơ đồ nối dây thiết bị vào ra PLC

25