Công nghệ chế tạo Cơ khí Vật liệu

BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC & MÁY NÔNG NGHIỆP
VIỆN CÔNG NGHỆ



BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
MÃ SỐ 246.07 RD/HĐ – KHCN


Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐỊNH
LƯỢNG VẬT LIỆU NHIỀU PHA ĐIỀU KHIẺN SỐ, SỬ DỤNG
TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TẤM LỢP KHÔNG
AMIĂNG

CƠ QUAN CHỦ QUẢN: BỘ CÔNG THƯƠNG
CƠ QUAN CHỦ TRÌ: VIỆN CÔNG NGHỆ
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: KS. NGUYỄN THÀNH LONG





6800
12/4/2008

HÀ NỘI, 03 – 2008

BỘ CÔNG NGHIỆP
TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC & MÁY NÔNG NGHIỆP
VIỆN CÔNG NGHỆ




BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
MÃ SỐ 246.07 RD/HĐ – KHCN



Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG
ĐỊNH LƯỢNG VẬT LIỆU NHIỀU PHA ĐIỀU KHIỂN SỐ,
SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TẤM LỢP
KHÔNG AMIĂNG

CƠ QUAN CHỦ TRÌ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI




KS NGUYỄN THÀNH LONG

HÀ NỘI, 03 – 2008



DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN



1. KS. Nguyễn Thành Long Viện Công Nghệ
2. TS. Đỗ Quốc Quang Viện Công Nghệ
3. KS. Trần Xuân Thành Viện Công Nghệ
4. KS. Tống Văn Cường Viện Công Nghệ

1
MỤC LỤC
Trang
Mục lục
A. Nội dung báo cáo chính
Chương I. Tổng quan
1. Sơ lược về tự động hóa trong sản xuất tấm lợp.
2. Hệ thống chuẩn bị liệu trong dây truyền sản xuất tấm
lợp Fibro Ximăng không Amiăng.
3. Vai trò của tự động hóa công đoạn chuẩn bị liệu trong
ngành sản xuất tấm lợp Fibro Ximăng không Amiăng.
4. Các ph
ương pháp định lượng trong sản xuất tấm lợp
Fibro Ximăng không Amiăng.
5. Hiện trạng tình hình ứng dụng tự động hóa quá trình
chuẩn bị liệu ở nước ta.
6. Giải pháp cho tự động hóa cụm chuẩn bị liệu

6.1 Giải pháp điều khiển cho cụm chuẩn bị liệu
6.2 Giải pháp điều khiển cho hệ thộng định lượng
Chương II:
Thiết kế động học của hệ thống
1. Định lượng Ximăng
2. Định lượng vật liệu lỏng và huyền phù
Chương III: Hệ thống điều khiển và hiển thị của hệ thống
1. Hệ thống điều khiển
2. Hệ thống hiển thị
B. Kết luận và hướng phát triển
1. Kết qu
ả đạt được
2. Hướng phát triển
Tài liệu tham khảo





1
2
2
2
4

6

7

14

16
17
17
18
18
18
23
23
29
33
33
34
35

2
A. NI DUNG BO CO CHNH
Chng I: Tng quan
1. S lc v t ng húa trong sn xut tm lp:
Cựng vi s phỏt trin ca ngnh t ng hoỏ th gii, ngnh t ng hoỏ
trong sn xut cụng nghip Vit Nam cng ang tng bc phỏt trin. Cỏc
nh mỏy, xớ nghip ti Vit nam ang tin hnh lp t v ci to mi, mnh
dn a vo nhng thit b
, cụng ngh t ng hoỏ tiờn tin ca cỏc nc cụng
nghip hin i nh: Canada, Nht, M v mt s nc trong khi cỏc nc
chõu u EU.
Trong ngành tấm lợp nói riêng, kỹ thuật tự động hoá cũng từng bớc thâm
nhập vào quá trình sản xuất. ở Việt Nam hiện nay ngành sản xuất tấm lợp vẫn
chủ yếu sản xuất tấm lợp sử dụng Amiăng.

Hỡnh 1.2: Tng quan ton b dõy chuyn sn xut tm lp Fibro Ximng

Trong công nghệ này do số lợng vật liệu cấp phối không nhiều (chủ yếu là
amiăng và ximăng- chất rắn) nên việc tự động định lợng thành phần vật liệu
đầu vào có thể thực hiện tơng đối đơn giản và thờng đợc thực hiện bằng cân
đo thủ công hoặc với những thiết bị cân đong có độ tin cậy cha cao.

3
Năm 2006, Viện Công nghệ đã nghiệm thu Đề tài cấp nhà nớc KC.06.15
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm dây chuyền sản xuất tấm lợp
không sử dụng amiăng năng suất 0,5 triệu m2/năm. Đây là dây chuyền pilot
năng suất thấp nên việc định lợng các thành phần cấp phối đều thực hiện bằng
tay. Hiện nay, việc triển khai áp dụng đại trà dây chuyền sản xuất tấm lợp không
amiăng đã làm nảy sinh yêu cầu định lợng tự động hoặc bán tự động các vật
liệu tham gia thành phần cấp phối. Trong công nghệ sản xuất tấm lợp không sử
dụng amiăng, số lợng các thành phần cấp phối cao hơn hẳn qui trình sản xuất
cũ nên việc kiểm soát các thành phần vật liệu cấp phối trở nên rất quan trọng và
mang tính quyết định đối với chất lợng của bán thành phẩm và sản phẩm cuối
cùng. Mặt khác, do diện tích sản xuất và số lợng thiết bị tăng hơn so với qui
trình cũ nên việc tự động hoá công tác định lợng sẽ làm giảm đáng kể số công
nhân vận hành, tăng chất lợng sản phẩm và tăng năng suất dây chuyền.
ở nớc ta không có nhiều nhà máy áp dụng công nghệ không amiăng trong
sản xuất tấm lợp nên việc tự động hoá hệ thống định lợng chỉ đợc sử dụng tại
những nhà máy nhập dây truyền sản xuất của nớc ngoài (Pháp, Đức) nh :
Nhà máy tấm lợp Đông Anh Hà Nội, Công ty Xi măng Đồng Nai. Cho đến nay
cha có đơn vị nào trong nớc nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị này,
trong khi nhu cầu về sản xuất tấm lợp không amiăng (tấm lợp bảo vệ môi trờng)
ngày càng lớn. Vì vậy tự động hoá quá trình định lợng thành phần vật liệu đầu
vào là một nhu cầu tất yếu không những cho hiện tại mà cả trong tơng lai.

4

Hình 1.2: Tổng quan toàn bộ dây chuyền sản xuất tấm lợp Fibro Ximăng không
Amiăng

2. Hệ thống chuẩn bị liệu trong dây truyền sản xuất tấm lợp Fibro Ximăng
không Amiăng:
Nói đến công nghiệp sản xuất chế tạo nói chung, và sản xuất tấm lợp nói
riêng, quá trình chuẩn bị liệu là một quá trình quan trọng và có tính quyết định
đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Mỗ
i một lĩnh vực sản xuất, mỗi sản
phẩm do tính khác biệt của nó nên vật liệu làm nên các sản phẩm cũng có
những tính chất khác nhau. Đối với lĩnh vực sản xuất tấm lợp Fibro ximăng thì
vai trò của quá trình chuẩn bị liệu lại càng quan trọng, nó là công đoạn đầu tiên
của quy trình sản xuất ra tấm lợp, ở công đoạn này các loại vật liệu được trải
qua các công đoạn nghiền, trộn riêng liên tục trước khi chúng được đưa vào
một thùng khuấy trộn chung. Lượng huyền phù của thùng khuấy trộn chung
này tiếp tục được đưa đến một thùng khấy phân phối trước khi đưa vào xeo.

5
Đối với công nghệ sản xuất tấm lợp không Amiăng, công đoạn này có nhiều
thay đổi nhất so với công nghệ cũ, quyết định đến tính chất và chất lượng của
sản phẩm. Như chúng ta đã biết trong sản xuất tấm lợp quá trình được nhắc tới
nhiều nhất là quá trình xeo cán. Đó là một quá trình quan trọng, nhưng trước
khi liệu được xeo để tạo nên bán thành phẩm, quá trình tạo nên hỗ
n hợp liệu
trước đó cũng có tính quyết định đến cơ lý tính của tấm.Vì vậy, ở các cơ sở sản
xuất tấm lợp, quá trình này là mối quan ngại và cũng giành được sự quan tâm
đặc biệt của nhà sản xuất.
Quá trình chuẩn bị một mẻ liệu như sau:

Đầu tiên giấy và nước được đưa vào máy khuấy cây thông (101) để khuấy
trộn, sau đó một khoảng th
ời gian ( do nhà công nghệ xác định), giấy được bơm
vào thùng chứa trung gian (102), giấy từ đây được bơm qua hệ thống các máy
nghiền (103) để thực hiện các chu trình nghiền. Sau khi nghiền xong (đạt yêu
cầu công nghệ), giấy tiếp tục được bơm lên các thùng trữ giấy (104). Ở thùng trữ
giấy tiếp tục được khuấy trộn. Cùng thời gian này, phụ gia Bentonite và
Silicafume cũng được đưa vào các thùng khuấy trộn (105) cùng với nước thực
hiện quá trình khấy trộn.

Hình 1.3 : Sơ đồ công nghệ cụm chuẩn bị liệu

6
Sau một thời gian khuấy trộn, liệu từ các thùng khuấy (104) và (105) được đưa
vào thùng khuấy Turbo (106) thông qua một thùng đong định lượng. Các vật
liệu như ximăng và PVA cũng được đưa vào thùng khuấy cây thông để khuấy
trộn để tạo thành hỗn hợp nhiều thành phần. Sau một thời gian khuấy để đạt
được yêu cầu cần thiết, lượng huyền phù tạo thành sẽ được bơm lên khuấy phân
phố
i để từ đây cung cấp cho công đoạn xeo.
3. Vai trò của tự động hóa công đoạn chuẩn bị liệu trong ngành sản xuất tấm
lợp Fibro Ximăng không Amiăng:
Khi chúng ta đang từng bước hội nhập với thế giới, sản xuất công nghiệp cũng
đứng trước cơ hội lớn để có thể tiếp xúc với những công nghệ và thiết bị hiện
đại đế
n từ các nền công nghiệp phát triển ở khắp nơi trên Thế giới. Với ngành
sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và ngành sản xuất tấm lợp nói riêng thì
việc đưa tự động hóa vào sản xuất là một giải pháp tốt, được nhiều cơ sở sản
xuất ứng dụng và có xu thế phát triển rộng.
Ngày nay, với việc giá thuê nhân công tăng mạnh và khách hàng đã quan tâm

đến chất lượng của s
ản phẩm nhiều hơn thì những doanh nghiệp sản xuất cũng
đứng trước một bài toán khó. Họ bắt đầu quan tâm đến việc đầu tư thêm trang
thiết bị cũng như con người để theo kịp nhu cầu mà thực tế đòi hỏi.
Để đáp ứng được nhưng yêu cầu thực tế đó, các doanh nghiệp đã phải nghĩ
đến các phương án nhằm tăng năng suấ
t lao động và đặc biệt là nâng cao chất
lượng sản phẩm. Một trong những phương án mang lại hiệu quả là ứng dụng
công nghệ cao vào sản xuất. Tự động hóa được tính đến như là một lời giải pháp
phù hợp cho bài toán năng suất và chất lượng. Với một dây truyền sản xuất cụ
thể thì nhà công nghệ lại đặt ra một bài toán riêng cho nó. Có thể tự động hóa
toàn bộ hoặc từ
ng phần tùy theo yêu cầu công nghệ và sự đáp ứng của thiệt bị
của dây truyền.
Với những dây truyền sản xuất tấm lợp Fibro Ximăng có sử dụng Amiăng
công đoạn chuẩn bị liệu không phức tạp, lượng thiết bị cũng ít hơn đáng kể so
với công công đoạn chuẩn bị liệu của dây truyền sản suất tấm lợp không
Amiăng. Như trình bày ở trên, liệu được trải qua nhiều công đoạn khuấy trộn

7
trước khi được đưa vào xeo. Việc kiểm soát lượng vật liệu của quá trình này
tương đối phức tạp. Mặt khác, yêu cầu đối với công đoạn này là tỷ lệ liệu phải
có độ chính xác cao. Trong công đoạn này, chủ yếu liệu được đưa vào trước khi
trộn lẫn ở 2 dạng là rắn và huyền phù (lỏng). Ngoài ra để thực hiện thao tác ở
mức độ chính xác và đồng đều nhằm
đáp ứng được yêu cầu về công nghệ thì
việc sự dụng một lúc nhiều nhân công thao tác và quan sát sự hoạt động của các
thiết bị là không khả thi và gặp nhiều khó khăn trong việc di chuyển liên tục.
Chính sự bất hợp lý này có thể gây ra những sai sót chủ quan làm giảm năng
suất của công đoạn, ảnh hưởng lớn đến chất lượng cũng như năng suất lao động

chung. Vì vậy vi
ệc lựa chọn một phương án tự động hóa cho công đoạn này
trong dây truyền sản xuất tấm lợp Fibro Ximăng không Amiăng là cần thiết và
phù hợp với yêu cầu thực tế của công nghệ.
Như vậy tự động hóa công đoạn chuẩn bị liệu chủ yếu là bài toán định lượng
vật liệu 2 pha là rắn và huyền phù. Cùng với đó là sự chuẩn xác của các thao tác
điề
u khiển thiết bị.
4. Các phương pháp định lượng trong sản xuất tấm lợp Fibro Ximăng không
Amiăng :
4.1 . Phương pháp định lượng vật liệu rắn:
Trên thế giới các vật liệu ở thể rắn được định lượng chủ yếu bằng phương pháp
cân. Thiết bị thực hiện phương pháp này gồm các lạo cân dưới đây:
- Cân cơ học: Cân này là loại cân đơn giản v
ới việc lấy quả cân làm đối trọng
để xác định khối lượng vật liệu. Cân này có độ chính xác không cao và không
hiệu quả đối với liệu có khối lượng lớn. Vì vậy loại cân này ít được sử dụng
trong công nghiệp.

8

Hình 1.4 : Cân đĩa

- Cân điện tử: Hiện nay trên thế giới có rất nhiều loại cân điện tử khác nhau,
mỗi loại cân sử dụng cho những mục đích khác nhau
Cân đếm Cân treo

9

Cân bàn

Hình 1.5 : Các loại cân điện tử
Những loại cân này có độ chính xác cao, nhưng có giới hạn về tải trọng như :
cân đếm, cân treo, cân tiểu ly. Những loại cân này thường dùng trong phòng thí
nghiệm và sử dụng trong thương mại. Cân bàn là lạo cân rất tiện lợi cho việc di
chuyển và có giới hạn tải trọng tương đối lớn nhưng để cân được một hệ thống
có kích thước lớn và phức tạ
p thì sử dụng cân bàn sẽ gặp hiều khó khăn.
Ngoài những loại cân trên, có một thiết bị định lượng mà được sử dụng rất
nhiều trong công nghiệp là: thiết bị định lượng cảm ứng (Loadcell). Với những
thiết bị này thì việc cân hệ thiết bị có tải trọng lớn có thể thực hiện một cách dễ
dàng. Với những ưu điểm về mặt kích th
ước, giới hạn tải trọng, độ chính xác của
thiết bị…Loadcell có thể đáp ứng được những điều kiện trong sản xuất công
nghiệp


Hình 1.6: Thiết bị cảm ứng ( Loadcell )

4.2 . Phương pháp định lượng vật liệu lỏng

10
Nhu cầu về những hệ thống tự động hóa xử lý tinh vi, sự nghiêm ngặt
trong điều khiển quá trình và những yêu cầu ngày càng khắt khe trong môi
trường đo mức khiến kỹ sư phải đi tìm những hệ thống đo mức tin cậy hơn,
chính xác hơn. Kết quả đo chính xác cao làm giảm thiểu những sai lệch trong
việc trộn các chất ở dạng lỏng, góp phần nâng cao chất lượng s
ản phẩm đầu
ra, giảm chi phí và lãng phí.
Những công nghệ đo mức:
a. Thiết bị đo mức đơn giản và cổ nhất trong công nghiệp là một loại bình

trong suốt. Là một phương pháp đo thủ công truyền thống và nó có nhiều hạn
chế: con người phải tiếp xúc trực tiếp với môi truòng đo có thể xảy ra tình
trạng rò rỉ chất lỏng qua nắp và cặn của chất l
ỏng có thể hạn chế tầm nhìn,
điều này càng không phù hợp khi đo dung dịch có chứa nhiều thành phần và
đặc biệt là có chứa ximăng trong đó ,đây là vật liệu dễ bám vào thành bình.
b. Phao: Phao có nguyên lý làm việc rất đơn giản . Phao là một vật nổi trên
mặt nước do trọng lực của chất lỏng và không khí phía trên tác động. Để theo
dõi mức độ dao động của chất lỏng ta gắn một thiết bị c
ơ khí với phao .
Những hệ thống phao đầu tiên sử dụng các thiết bị cơ khí như dây cáp , dòng
dọc và bánh răng để theo dõi mức chất lỏng. Những kiểu đo này có độ chính
xác không cao. Ngày nay một loại phao phổ dụng đó là phao từ. Những bộ
phát tín hiệu mức đầu tiên đi kèm với với phao là những thiết bị cho tín hiệu
tưong tự hoặc rời rạc, nên giá trị đo giữa các b
ước tín hiệu bị bỏ qua.
c. Thiết bị thủy tĩnh: Ống thủy , phương pháp đo bằng bong bóng và bộ phát
tín hiệu áp suất vi sai đều được gọi là thiết bị đo thủy tĩnh.


11
Ống thủy hoạt động dựa trên định luật Ác-si-met. Như trong hình 2 ta
thấy , ống thủy được nhúng trong chất lưu . Chất lưu trong ống thủy đậm đặc
hơn ở ngoài bình chứa. Khi chất lưu trong bình chứa dâng thì chất lưu trong
ống thủy cũng dâng tương ứng. Mức chất lưu trong ống thủy thay đổi sẽ tạo
ra một áp lực, và một bộ chuyển đổi nối với b
ộ phát tín hiệu làm nhiệm vụ
kiểm soát sự thay đổi áp lực đó. Qua đó ta biết được sự thay đổi mức chất
lỏng trong bình chứa.

Cảm biến kiểu mức bong bóng (hình 3) có 1 ống dẫn khí xuống đáy bình
chứa để tạo bong bóng . Khi khí được dẫn vào , áp suất trong ống sẽ tăng cho
đến khi thắng được áp suất của chất lỏng có trong bình . Một bộ chuyển đổi
được nối với ống dẫn khí để giám sát sự tăng áp suất đo được sẽ tính ra mức
chất lỏng trong bình chứa.
d. Loadcell(cầu điện trở
đo áp lực). loadcell hay thước đo độ biến dạng .
loadcell đo mức bằng cách chuyển đổi trọng lực của chất lỏng tác động lên
nó thành tín hiệu điện . Khi mức chất lỏng trong bình chứa tăng , thì lực tác
dụng lên loadcell cung tăng và ngược lại. Lợi thế của loadcell là đo không
tiếp xúc với chất lỏng nên nó đựoc sử dụng khá rộng rãi. Nhưng có những
nhượ đi
ểm là các thùng chứa nguyên liệu trong nghành sản xuất tấm lợp đều
có khuấy gây rung động nên dùng loadcell sẽ nhanh hỏng.
e. Thước đo mức từ tính:
Thước đo mức từ tính (hình 5) được lấy mẫu làm vật thay thế cho phương
pháp đo bằng bình trong suốt. Thước đo từ tính có nguyên lý giống như phao,
nhưng có điểm khác là chúng xác định mức bằng từ tính.

12


Một chiếc phao từ tính được đặt trong ống phụ gắn thông hai đầu với
bình chứa. Do vậy khi mức chất lỏng trong bình chứa tăng thì trong bình
chứa cũng tăng tương ứng hoặc ngược lại. Và phao từ tính trong ống cũng
tăng lên hoặc hạ xuống tương ứng theo mức chất lỏng trong ống phụ.
f. Cảm biến đo mức bằng điện dung.
Cảm biến đo mức điện dung (hình 6) hoạt động dựa trên sự khác biệt về
hằng số điện môi giữa chất lưu và không khí. Điều kiện đẻ áp dụng phương
pháp này là hằng số điện môi của chất lưu phải lớn hơn hằng số điện môi của

không khí thường là gấp đôi. Hằng số điện môi của nướ
c gấp khoảng 50 lần
so với không khí.Khi mức chất lưu thay đổi thì hằng số điện môi cũng thay
đổi tưong ứng . Một loại tụ điện được gọi là cầu điện dung đo toàn bộ điện
dung và cho tín hiệu đo liên tục.

g. Cảm biến siêu âm