Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 21 2.1.2. Nguyên lý hoạt động của dây chuyền sản xuất nhôm định hình Phôi nhôm có 3 loại 4 inch, 6 inch, 7 inch và dài 5.8 m (do nhà máy đặt hàng) đợc đa vào lò gia nhiệt, trong lò nhiệt độ lên đến 500 0 C. Sau đó, phôi nhôm chuyển vào bộ phận cắt phôi (cắt bằng dao cắt thuỷ lực). Khi có tín hiệu cắt thì bộ phận cắt sẽ tác động (phôi nhôm có chiều dài khoảng 27 cm), phôi đợc cắt sẽ chuyển xuống giá đỡ, đồng thời pittông thuỷ lực đẩy phôi nhôm còn lại về ống dẫn hớng (ống cấp phôi ban đầu) và tấm chắn đợc hạ xuống chắn bên ngoài ống dẫn hớng. Trong thời gian đó phần phôi đợc cắt chuyển xuống giá đỡ và chuyển sang máy đùn nhôm. Khi giá đỡ nhôm đợc nâng lên đồng trục với pittông và pittông này sẽ đẩy phôi nhôm vào buồng nung (buồng nung làm nhôm đợc nung mềm và nhiệt độ trong buồng từ 500 0 C đến 600 0 C) để thực hiện việc ép dễ dàng. Khi pittông ép nhôm với lực rất lớn, phôi nhôm đi qua khuôn để tạo hình với vận tốc 10 -70m/phút và nhiệt độ ở đó là 473 0 C sẽ có bộ phận kéo nhôm, bộ phận này chạy trên các rulô với tốc độ 28mm/sec đến độ dài xác định (do ngời vận hành đặt hay hết phôi) thì ở phía đầu có bộ phận ép thanh nhôm làm thanh nhôm cố định và dao cắt chuyển động tịnh tiến và cắt thanh nhôm. Khi cắt xong hệ thống rulô hạ xuống băng tải sẽ chuyển nhôm ra ngoài. Khi đó bộ phận kéo thanh nhôm chạy về vị trí ban đầu với tốc độ 80mm/sec tiếp xúc với 3 tiếp điểm làm cho động cơ chuyển động chậm và bộ phận kéo thanh này dừng lại ở đối diện với bộ phận cắt. Nếu trong buồng nung hết phôi thì pittông ép đợc kéo ra và buồng nung nóng nhôm cũng đợc tịnh tiến lùi và gạt công tắc hành trình làm cho dao phía trên cắt sát phần phôi nhôm thừa ở đầu khuôn nhôm, phần thừa này sẽ đợc chuyển xuống thùng phế liệu làm dới lòng đất. Sau khi cắt xong buồng nung đợc tịnh tiến sát với khuôn nhôm và tác động vào tiếp điểm làm bộ phận chuyển phôi từ giá đỡ lên đồng trục pittông ép và tiếp tục quá trình ép nhôm. Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 22 Khi giá đỡ chuyển xuống thì tác động cho bộ phận cắt nhôm tiếp tục hoạt động cắt phôi nhôm. Khi băng tải chuyển nhôm sang khâu kéo căng thanh nhôm (kéo bằng thuỷ lực) gồm một đầu giữ chặt một đầu của thanh nhôm, đầu kia giữ và kéo căng thanh nhôm với một lực đợc nhà sản xuất đặt sẵn tơng ứng với từng loại thanh nhôm. Kéo căng thanh nhôm có tác dụng làm thẳng và tăng mômen uốn. Sau khi kéo căng sẽ có bộ phận (con ngời) kiểm tra sau kéo. Nếu kiểm tra kéo đạt yêu cầu, băng tải chuyển sang khâu cắt thanh. Bộ phận này sẽ cắt thanh nhôm theo nhiều đoạn khác nhau (3m, 4m, 5m, 6m, 7m). Và sau khi cắt xong các thanh nhôm sẽ đợc kiểm tra xem có đạt yêu cầu hay không. Nếu không đạt các thanh nhôm sẽ đợc chuyển xuống thùng phế liệu. Nếu đạt yêu cầu các thanh nhôm sẽ đợc đa vào lò hóa già bằng gas nung đến 200 0 C trong thời gian 4 giờ. Hoá già xong sản phẩm chuyển sang phun nhãn logo cho sản phẩm Anốt. Sau khi phun xong sẽ có khâu kiểm tra hoá già và phun nhãn sản phẩm. Hoàn thành khâu phun nhãn sẽ đợc chuyển công đoạn: Nếu sản phẩm cần Anốt hoá sẽ đợc chuyển sang xởng Anốt hoá. Sản phẩm đợc đa vào Anốt hoá mạ mầu phủ ED (Electric Deposition). Khi mạ mầu phủ ED xong chuyển sang khử Acid, sau đó rửa nớc (độ PH >6), khắc mòn S.A, rửa nớc, ăn mòn kiềm, rửa nớc, trung hoà A.R, rửa nớc, Anốt, Anốt, rửa nớc, rửa nớc. Nếu cần sản phẩm tráng bạc thì chuyển sang rửa nớc DI và đa vào các khâu làm kín, rửa nớc nóng DI (độ PH >5,5; T o từ 70 0 ữ 75 0 ), sấy, kiểm tra chuyển công đoạn bao gói sản phẩm Anốt, cuối cùng bao gói và chuyển vào kho thành phẩm. Còn nếu không cần sản phẩm tráng bạc ta đa vào khâu mạ mầu điện hoá, rửa nớc DI, rửa nớc nóng DI. Nếu ta cần lấy sản phẩm Anốt mạ màu không phủ bóng thì chuyển sang khâu làm kín, sau đó đợc rửa nớc nóng DI, sấy, kiểm tra chuyển công đoạn bao gói sản phẩm Anốt, rồi đến bao gói và chuyển vào kho thành phẩm. Nếu không Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 23 cần sản phẩm Anốt mạ màu không phủ bóng ta đa vào khâu rửa nớc DI, phủ bóng ED (%ED 60,2(%); độ PH 7,6 ữ 8,1; T o : 18 o ữ 20 o C), rửa thu hồi R01 (độ PH 7,8ữ 8,5; độ dẫn điện <250, %ED <0,35%), rửa thu hồi R02 (độ PH 7,8 ữ 8,5; độ dẫn điện <180). Sau khâu rửa thu hồi R02 sẽ đợc chuyển sang các khâu sấy, kiểm tra chuyển công đoạn bao gói sản phẩm Anốt, bao gói và chuyển vào kho thành phẩm. Trong quá trình này từ khi khử Acid đến rửa thu hồi R02 đều đợc kiểm tra nhiệt độ dung dịch làm việc, độ PH, nồng độ hoá chất, chất lợng nớc rửa. Nếu sản phẩm cần sơn tĩnh điện, phủ Film thì chuyển sang xởng sơn và phủ Film. Sản phẩm đa vào khử kiềm, khử kiềm xong chuyển sang rửa nớc, khử Acid, rửa nớc, rửa nớc DI, cromat tự do, rửa nớc DI, sấy khô. Từ khâu khử kiềm đến rửa nớc DI đều đợc kiểm tra nhiệt độ dung dịch làm việc, độ PH, nồng độ hoá chất, chất lợng nớc rửa. Sau khi sấy khô sản phẩm đa vào kiểm tra quá trình tiền xử lý sơn tĩnh điện, và sau đó đợc đa vào các khâu sơn tĩnh điện, lò trùng hợp cuối cùng đợc kiểm tra sau khi sơn và chuyển công đoạn bao gói sơn tĩnh điện. Còn sản phẩm cần bao Film sẽ đợc đa vào các khâu bao Film, sau đó hàn Film và hút chân không, hấp Film, cuối cùng sản phẩm đợc kiểm tra sau khi phủ Film và chuyển công đoạn bao gói sản phẩm sơn tĩnh điện. 2.2. Thuật toán điều khiển mô hình điều khiển tự động quá trình cắt nhôm 2.2.1. Yêu cầu công nghệ Trong dây chuyển sản xuất nhôm định hình, các khâu trong dây chuyền đều có ý nghĩa quyết định đến sản phẩm cuối cùng. Trong đó quá trình cắt nhôm cũng là một khâu quan trọng. Ta muốn có sản phẩm đẹp và có độ dài đạt tiêu chuẩn mà nhà sản xuất yêu cầu thì quá trình cắt nhôm phải đạt độ chính xác và có độ thẩm mỹ cao. Muốn đạt đợc những yêu cầu đó thì trong quá trình cắt nhôm phải đạt độ chính xác trong từng khâu của quá trình. Trong đó khâu ép chắt thanh nhôm, và khâu chuyển động dao cắt phải hợp lý. Nếu nhôm không đợc ép chặt thì nhôm cắt không đợc bằng phẳng, khi đó thanh nhôm sẽ bị chéo, và làm cong thanh nhôm. Chính vì vậy, quá trình cắt nhôm là một khâu quan trọng trong dây chuyền sản xuất nhôm định hình. Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 24 2.2.2. Xây dựng sơ đồ thuật toán Để tiến hành điều khiển quá trính cắt nhôm tự động, tôi xây dựng thuật toán điều khiển của chơng trình bằng PLC. B¸o c¸o tèt nghiÖp t« kim hïng – tù ®éng 46 Tr−êng ®hnni – hµ néi khoa c¬ ®iÖn 25 Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 26 Hoạt động của quá trình: Ta chọn chiều dài mà ta cần cắt. Khi bắt đầu thì băng tải 1 chuyển nhôm (nhôm đợc đặt sát rãnh dao cắt) để đo chiều dài bằng ENCODER. Khi thanh nhôm đã chạy đợc một chiều dài mà ta đặt cố định trong từng bộ counter của PLC, thì băng tải 1 chuyển nhôm sẽ dừng và tác động đến bộ phận ép nhôm ép chặt nhôm, khi bộ phận ép chặt tắc động đến công tắc hành trình thì động cơ cắt chạy đẩy động cơ chuyển động dao cắt chạy từ từ đi vào và cắt nhôm. Khi cắt xong động cơ đẩy động cơ cắt sẽ tác động vào công tắc hành trình cuối rồi nhả động cơ ép, đồng thời dừng động cơ dao cắt. Trễ 5 giây sau thì đảo chiều động cơ chuyển động dao cắt, đa động cơ cắt ra ngoài đến khi gặp công tắc hành trình đầu làm động cơ chuyển động dao cắt dừng lại và khởi động động cơ băng tải 2 chuyển sản phẩm ra ngoài kết thúc quá trình cắt. 2.3. Kết luận chơng II Qua nghiên cứu dây chuyền công nghệ sản xuất nhôm định hình chúng ta thấy đợc vai trò to lớn của tự động hoá trong sản xuất công nghiệp và đó cũng là mục tiêu mà mọi ngành sản xuất đều hớng tới. Song do quá trình hội nhập và khả năng tài chính của nhà máy còn nhiều hạn chế nên việc áp dụng tự động hoá toàn nhà máy cha đợc hoàn thiện. Vì vậy trong toàn bộ quá trình sản xuất còn có những khâu phải làm việc bán tự động. Chính vì điều đó tôi tiến hành nghiên cứu và viết sơ đồ thuật toán điều khiển, để phần nào hoàn thiện tự động hoá dây chuyền sản xuất nhằm nâng cao năng suất và chất lợng sản phẩm. Qua phân tích và xây dựng thuật toán tôi nhận thấy. Đối với các bài toán điều khiển lớn, việc giải quyết nó phải do nhiều ngời cùng làm. Chính phơng pháp module hoá sẽ cho phép tách bài toán ra thành các phần độc lập tạo điều kiện cho các nhóm giải quyết phần việc của mình. Với chơng trình đợc xây dựng trên cơ sở của các thuật toán (giải thuật) đợc thiết kế theo cách này thì việc tìm hiểu cũng nh sửa chữa chỉnh lý sẽ dễ dàng hơn. Đây là tiền đề, là cơ sở để chúng tôi tiến hành nghiên cứu mô phỏng hệ thống trên phần mềm Step 7 - Micro/Win 32. Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 27 Chơng III Thiết kế mô hình điều khiển tự động quá trình cắt nhôm 3.1. ứng dụng phần mềm Simatic S7 200 3.1.1. Giới thiệu chung về PLC PLC (viết tắt từ tiếng Anh của từ: Programmable Logic Controller) đợc gọi là Bộ điều khiển logic lập trình đợc. Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và công nghệ điều khiển logic khả trình dựa trên cơ sở phát triển của tin học, cụ thể là sự phát triển của kỹ thuật máy tính. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC hiện nay có ứng dụng rất rộng rãi. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC có thể thay thế đợc cả một mảng rơle, hơn thế nữa PLC giống nh một máy tính nên có thể lập trình đợc. Chơng trình của PLC có thể thay đổi rất dễ dàng, các chơng trình con cũng có thể sửa đổi nhanh chóng. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC đáp ứng đợc hầu hết các yêu cầu và nh là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công nghiệp. Trớc đây thì việc tự động hoá chỉ đợc áp dụng trong sản xuất hàng loạt năng suất cao. Hiện nay cần thiết phải tự động hoá cả trong sản xuất nhiều loại khác nhau, để nâng cao năng suất và chất lợng. 1. Các thành phần của một bộ PLC Một bộ PLC thông thờng có những Modul phần cứng nh sau: - Modul nguồn. - Modul đơn vị xử lý trung tâm CPU. - Modul bộ nhớ chơng trình. - Modul đầu vào. - Modul đầu ra. Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 28 - Modul phối ghép. - Modul chức năng phụ. * Modul nguồn: nhận từ nguồn điện lới công nghiệp để tạo ra nguồn điện một chiều cung cấp cho hoạt động của toàn bộ PLC. * Modul đơn vị xử lý trung tâm CPU: trong mỗi thiết bị PLC Modul đơn vị xử lý trung tâm gồm nhiều hệ thống vi xử lý bên trong, có hai loại đơn vị xử lý trung tâm đó là: đơn vị xử lý một bít và đơn vị xử lý bằng từ ngữ. * Modul bộ nhớ chơng trình: Chơng trình điều khiển hiện hành đợc giữ lại trong bộ nhớ chơng trình bằng các bộ phận lu giữ điện tử nh ram, prom hoặc eprom. Chơng trình đợc tạo ra với sự trợ giúp của một đơn vị lập trình chuyên dụng, rồi đợc chuyển vào bộ nhớ chơng trình. Một nguồn điện dự phòng cần thiết cho RAM để duy trì chơng trình ngay cả trong trờng hợp mất nguồn điện chính. * Modul đầu vào: Modul đầu vào có chức năng chuẩn bị các tín hiệu bên ngoài để chuyển vào trong PLC có chứa các bộ lọc và bộ thích ứng mức năng lợng. Một mạch phối ghép có lựa chọn đợc dùng để ngăn cách điện giải mạch trong ra khỏi mạch ngoài. Các Modul đầu vào đợc thiết kế để có thể nhận nhiều đầu vào và có thể cắm thêm các Modul đầu vào mở rộng. Việc chuẩn đoán các sai sót h hỏng sẽ đợc thực hiện rất dễ dàng với mỗi đầu vào đợc trang bị một Điốt phát sáng (Led) bộ chỉ thị ánh sáng báo hiệu cho sự có mặt của điện thế đầu vào. * Modul đầu ra: Modul đầu ra có cấu tạo tơng tự nh Modul đầu vào. Nó gửi thẳng các thông tin đầu ra đến các phần tử kích hoạt (cho dẫn động) của máy làm việc. Vì vậy mà nhiều Modul đầu ra thích hợp với hàng loạt mạch phối ghép khác nhau đã đợc cung cấp. Điốt phát sáng (Led) cũng có thể giúp quan sát điện thế đầu ra. * Modul phối ghép: Modul phối ghép dùng để nối bộ điều khiển khả trình PLC với các thiết bị bên ngoài nh màn hình, thiết bị lập trình hoặc các Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 29 Panel mở rộng. Thêm vào đó, nhiều chức năng phụ cũng cần thiết hoạt động song song với những chức năng thuần tuý logic của một bộ PLC cơ bản. Cũng có thể ghép thêm những thẻ điện tử phụ đặc biệt để tạo ra các chức năng phụ đó. Trong những trờng hợp này đều phải dùng đến mạch phối ghép. * Modul chức năng phụ: Những chức năng phụ điển hình nhất của PLC là bộ nhớ duy trì có cùng chức năng nh rơle duy trì nghĩa là bảo tồn tín hiệu trong quá trình mất điện. Khi nguồn điện trở lại thì bộ chuyển đổi của bộ nhớ nằm ở t thế nh trớc lúc mất điện. Bộ thời gian của PLC có chức năng tơng tự nh các rơle thời gian, việc đặt thời gian đợc lập trình hoặc điều chỉnh từ bên ngoài. Bộ đếm đợc lập trình bằng các lệnh logic cơ bản hoặc thông qua các thẻ điện tử phụ. Bộ ghi tơng ứng với cơ cấu nút bấm. Bớc tiếp theo đợc thả ra bởi bộ phát thời gian hoặc bằng xung của mạch chuyển đổi. Chức năng số học đợc thiết kế để thực hiện bốn chức năng số học cơ bản: cộng, trừ, nhân, chia và các chức năng so sánh: lớn hơn, nhỏ hơn, bằng và không bằng. Chức năng điều khiển số của PLC để điều khiển các quá trình công nghệ trên các máy công cụ hoặc trên các tay máy, ngời máy công nghiệp. 2. Chức năng của PLC Chức năng của bộ điều khiển logic khả trình cũng giống nh các bộ điều khiển khác thiết kế trên cơ sở các rơle hoặc các thành phần điện tử: - Thu nhận các tín hiệu đầu vào và phản hồi ( từ các cảm biến ). - Liên kết, ghép nối lại và đóng mở mạch phù hợp với chơng trình. - Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu đợc. - Phân phát các lệnh điều khiển đó đến các địa chỉ thích hợp. 3. Ưu điểm của việc ứng dụng PLC Việc ứng dụng các bộ PLC vào các hệ thống đã gặp rất nhiều thuận lợi nh: Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 30 - Thời gian lắp đặt ngắn. - Độ tin cậy cao và ngày càng tăng. - Dễ dàng thay đổi hoặc soạn thảo chơng trình không gây tổn thất tài chính - Cần ít thời gian để huấn luyện. - Có thể tính toán đợc chính xác giá thành. - Xử lý dữ liệu tự động. - Tiết kiệm không gian. - Chuẩn hoá đợc phần cứng điều khiển. - Khả năng tái tạo. - Thích ứng trong môi trờng khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng ồn. - Ghép nối máy tính. - Ghép nối máy in. 3.1.2. Vai trò của PLC trong điều khiển tự động Trong một hệ thống thiết bị điều khiển tự động, bộ điều khiển PLC đợc coi nh bộ não có khả năng điều hành toàn bộ hệ thống điều khiển. Với một chơng trình ứng dụng điều khiển (lu dữ trong bộ nhớ PLC) trong khâu chấp hành, PLC giám sát chặt chẽ, ổn định chính xác trạng thái của hệ thống qua tín hiệu của thiết bị đầu vào. Sau đó nó sẽ căn cứ trên chơng trình Logic để xác định tiến trình hoạt động đồng thời truyền tín hiệu đến thiết bị đầu ra. PLC có thể đợc sử dụng để điều khiển những thao tác ứng dụng đơn giản, lặp đi lặp lại hoặc một vài thiết bị trong số chúng có thể đợc nối mạng cùng với hệ thống điều khiển trung tâm hoặc những máy tính trung tâm thông qua một phần của mạng truyền dẫn, với mục đích để tổ hợp việc điều khiển một quá trình xử lý phức tạp. . động quá trình cắt nhôm 2.2.1. Yêu cầu công nghệ Trong dây chuyển sản xuất nhôm định hình, các khâu trong dây chuyền đều có ý nghĩa quyết định đến sản phẩm cuối cùng. Trong đó quá trình cắt nhôm. chuẩn mà nhà sản xuất yêu cầu thì quá trình cắt nhôm phải đạt độ chính xác và có độ thẩm mỹ cao. Muốn đạt đợc những yêu cầu đó thì trong quá trình cắt nhôm phải đạt độ chính xác trong từng. hớng tới. Song do quá trình hội nhập và khả năng tài chính của nhà máy còn nhiều hạn chế nên việc áp dụng tự động hoá toàn nhà máy cha đợc hoàn thiện. Vì vậy trong toàn bộ quá trình sản xuất còn