tự động hóa quá trình sản xuất

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%
d1  1,098 (kg/l) : khối lượng riêng dung dịch HCl 20%.
d 2  1,1885 (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
� mdd  V .d1  500.1,098  550 (kg)
Ta tính được

m

HCl

có trong 550 (kg) dung dịch
C% 

m
m

ct

.100%

dd

� m HCl 

C %.m dd
100%



20.550
 110 (kg)
100

- Khối lượng dung dịch HCl 38%
Ta có

m

HCl 20%

 m HCl 38% do pha loãng HCl nên khối lượng chất tan là không đổi

� m dd  m ct .100% 
C%

110.100
 290 (kg)
38


Vậy khối lượng nước cần thêm vào khi pha loãng

�m

H 2O

 m dd20%  m dd38%  550  290  260 (kg)

- Thể tích các chất cần cho 1 lần trộn:
290
m
�240 (lít)
Dung dịch HCl 38% : V  dd38% 
d2
1,1885
Nước cần thêm : V 

m
d

H 2O

H 2O

II. Hệ thống trộn.



260
 260 (lít)
1


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
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

/h


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 dụng: dẫn các hóa chất được đựng sẵn từ các bình ch ứa đ ến bình
trộn để thực hiện trộn các hóa chất lại với nhau theo yêu cầu. Sau khi
các hóa chất đã được trộn theo đúng tỉ lệ xong sẽ được dẫn theo đ ường
ống ở đáy bình trộn đi đến những nơi làm việc khác.Ống dẫn được làm
bằng vật liệu Inox 304 và bên trong được phủ một lớp vật liệu
composite để chống ăn mòn hóa học.
 Giới thiệu về vật liệu Inox 304:
 Inox 304 là loại Inox phổ biến và được ưa chuộng nhất hiện nay trên
thế giới. Inox 304chiếm đến 50% lượng thép không gỉ được sản
xuất trên toàn cầu. Và ở Úc thì con số này dao động từ 50%-60%
lượng thép không gỉ được tiêu thụ. Inox 304 được sử dụng trong h ầu
hết các ứng dụng ở mọi lĩnh vực. Bạn có thể thấy inox 304 ở mọi n ơi
xung quanh cuộc sống hàng ngày của bạn như: Xoong, chảo, nồi, thìa,
nĩa, bàn, ghế, đồ trang trí…


Loại Inox 304L là loại inox có hàm lượng Carbon thấp (Ch ữ L ký hi ệu
cho chữ Low, trong tiếng Anh nghĩa là thấp). 304L được dùng để
tránh sự ăn mòn ở những mối hàn quan trọng . Còn loại Inox 304H là
loại có hàm lượng Carbon cao hơn 304L, được dùng ở nh ững n ơi đòi
hỏi độ bền cao hơn. Cả Inox 304L và 304H đều tồn tại ở d ạng t ấm và

ống, nhưng 304H thì ít được sản xuất hơn.
Tính chống ăn mòn:
Inox 304 đã thể hiện được khả năng chống ăn mòn tuy ệt v ời c ủa mình
khi được tiếp xúc với nhiều loại hóa chất khác nhau. Inox 304 có kh ả
năng chống gỉ trong hầu hết ứng dụng của ngành kiến trúc, trong hầu
hết các môi trường của quá trình chế biến thực phẩm và rất dễ v ệ
sinh. Ngoài ra, Inox 304 còn thể hiện khả năng chống ăn mòn của
mình trong ngành dệt nhuộm và trong h ầu h ết các Acid vô c ơ.
Khả năng chịu nhiệt:
Inox 304 thể hiện được khả năng oxi hóa tốt ở nhiệt độ 870 độ C, và
tiếp tục thể hiện được lên đến nhiệt độ 925 độ C Trong nh ững trường
hợp yêu cầu độ bền nhiệt cao, thì người ta yêu cầu vật liệu có hàm
lượng carbon cao hơn. Ví dụ: Theo tiêu chuẩn AS1210 Pressure Vessels
Code giới hạn khả năng chịu nhiệt của 304L là 425 độ C, và cấm sử
dụng những inox 304 với hàm lượng carbon 0.04% hoặc cao h ơn trên
nhiệt độ 550 độ C.
Inox 304 thể hiện khả năng dẻo dai tuyệt vời khi được hạ đến nhiệt
độ của khí hóa lỏng và người ta đã tìm thấy những ứng dụng tại những
nhiệt độ này.


Cơ tính và tính chất vật lý:

Giống như các loại thép trong dòng Austenitic, thì từ tính của Inox 304
là rất yếu và hầu như là không có. Nhưng sau khi làm việc trong môi
trường có nhiệt độ thấp, thì từ tính lại rất mạnh (điều này đi
ngược lại với quá trình tôi).
Ngoài ra, Inox 304 chỉ có thể được tăng cứng trong môi trường có nhiệt
độ thấp. Ứng suất đàn hồi cao nhất mà Inox 304 có thể đạt được là
1000MPa,điều này còn được ảnh hưởng bởi các yếu tố nh ư số lượng và

hình dạng của vật liệu.
Tôi là phương pháp chính để sản xuất ra Inox 304. Người ta sẽ gia nhi ệt
lên đến 1010 độ C – 1120 độ C, và sau đó sẽ làm lạnh đ ột ngột bằng
cách nhúng vào nước lạnh.
Khả năng gia công
Inox 304 có khả năng tạo hình rất tốt, nó có thể dát mỏng mà không


cần gia nhiệt. Điều này làm cho Inox này độc quy ền trong lĩnh v ực sản
xuất các chi tiết Inox.
Ví dụ: chậu rửa, chảo, nồi… Ngoài ra, tính chất này còn làm cho Inox
304 được ứng dụng làm dây thắng trong công nghiệp và các ph ương
tiện như ô tô, xe máy, xe đạp…
Inox 304 thể hiện khả năng hàn tuyệt vời, loại inox này phù h ợp v ới t ất
cả các kỹ thuật hàn (trừ kỹ thuật hàn gió đá). Khả năng cắt gọt c ủa Inox
304 kém hơn so với các loại thép Carbon, khi gia công v ật liệu này trên
các máy công cụ, thì phải yêu cầu tốc độ quay thấp, quán tính l ớn, dụng
cụ cắt phải cứng, bén và không quên dùng n 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

140

60

50

170

50

1000

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 1

van 2

bo thu 2

nguon phat 2
muc 2

bo thu 1

nguon phat 1
muc 1

bo thu 1
muc 0

van xa


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.