LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, xu công nghiệp hóa, đại hóa mang lại nhiều đổi thay cho đất nước Đặc biệt ngành công nghiệp hóa chất – nơi mà môi trường lao động có nhiều chất độc hại cần phải áp dụng tự động hóa khâu sản xuất Nhằm bảo vệ sức khỏe người lao động, bảo vệ môi trường, tăng suất Đề tài “ Phân tích QTCN trộn nguyên liệu sản suất sơn, sâu máy khấy trộn ” em gồm hai mảng nội dung chính, mảng thứ phân tích quy trình công nghệ trộn nguyên liệu, mảng thứ hai phân tích chi tiết sơ đồ điện cho máy khuấy trộn điển hình Trong phạm vi đồ án em xin chọn phân tích quy trình sản xuất sơn bột tĩnh điện Do thời gian nguồn tài liệu hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót, kính mong quý thầy cô cảm thông đóng góp cho đồ án em hoàn thiện Cuối em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu thầy PGSTS Hoàng Xuân Bình , thầy cô khoa, bạn lớp trình hoàn thiện đề tài Hải Phòng, tháng năm 2014 Sinh viên thực Nguyễn Đình Thơ CHƢƠNG KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SƠN BỘT TĨNH ĐIỆN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ Nguyên liệu chủ yếu cho sản xuất dòng sản phẩm hóa chất gốc hữu sản phẩm hóa dầu số sản phẩm bột vô khác Sau chế biến gia công có sản phẩm sơn dạng bột siêu mịn Bột sơn sơn lên sản phẩm nhờ súng phun đặc biệt (sử dụng hiệu ứng lực hút tĩnh điện sơn vật cần sơn giúp cho sơn phủ bám dính bề mặt)sau gia nhiệt buồng kín để sơn nóng chảy bề mặt, cuối làm nguội vật cần sơn màng sơn để thu bề mặt sơn bóng , đẹp có độ bền tương đối cao Quy trình sản xuất sơn miêu tả qua sơ đồ sau: Nguyên liệu dạng bột Cân nạp vào thùng chứa Khuấy trộn không gia nhiệt (MIXING) Khuấy trộn , đùn có gia nhiệt (EXTRUSION) Cán làm lạnh (COOLING DOWN) Đập vỡ màng (CRUSHING) Nghiền mịn (GRINDING) Trộn phụ gia đóng gói (PACKING) Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất sơn bột 1.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ TRỘN NGUYÊN LIỆU 1.2.1 Quy trình trộn không gia nhiệt Nguyên liệu sau cân nạp đầy thùng khuấy trộn đẩy tới máy trộn M4 XL1 XL2 M1 M2 M5 M3 Hình 1.2: Nguyên lý trộn bột nguyên liệu Máy trộn kiểm tra tín hiệu từ cảm biến quang học để kiểm tra xem thùng nguyên liệu vào vị trí chưa Nếu thỏa mãn PLC lệnh cho ĐC M1, M2 quay vít me nâng thùng lên sát miệng máy trộn Tới cuối hành trình này, ĐC dừng nhờ tín hiệu từ công tắc hành trình kiểm soát trình nâng Sau PLC lệnh cho xylanh XL1, XL2 thực hành trình thuận xoay chốt kẹp góc 900 để kẹp chắn thùng trộn Hành trình thuận xy lanh giám sát công tắc hành trình, nhờ PLC biết thùng kẹp hoàn toàn hay chưa Tiếp đó, PLC cho ĐC M3 chạy để xoay trục, quay thùng trộn 1800 Bột tiếp xúc trực tiếp với cánh trộn Một công tắc hành trình khác có nhiệm vụ báo thùng trộn vị trí thẳng đứng, PLC dừng ĐC M3 đồng thời bật ĐC M4, M5 để trộn nguyên liệu Hình 1.3: Vị trí thùng sau xoay 1800 Sau khoảng thởi gian định trước, PLC ngắt ĐC trộn, bật ĐC M3 theo hành trình ngược lại để đưa thùng chứa trạng thái ban đầu → Xoay chốt kẹp theo chiều ngược lại 900 nới lỏng miệng thùng (thực hành trình ngược cho xylanh XL1, XL2)→ Bật động M1, M2 theo chiều ngược lại, hạ thùng xuống sàn Lúc thùng sẵn sàng chuyển đến khâu khâu khuấy trộn, đùn có gia nhiệt 1.2.2 Khuấy trộn, đùn có gia nhiệt Up stair SE HP1 M6 SSC SE HP2 TE HTR Heater zone M7 DSC Hình 1.4: Sơ đồ trình khuấy trộn, đùn sơn có gia nhiệt Sau nguyên liệu trộn không gia nhiệt, thùng chứa chuyển tới sàn thao tác để dòng nguyên liệu dễ dàng di chuyển tới công đoạn nhờ Từ thùng chứa, vách chặn đáy thùng mở ra, bột nhanh chóng tràn đầy phễu chứa HP1, để xuống phễu chứa HP2, bột phải định lượng qua vít xoắn đơn SSC (Single Screw) Vít xoắn lai động M6 Động M6 động pha, rô to lồng sóc, công suất cỡ 2HP sử dụng hệ truyền động Biến tần- Động Tốc độ động điều khiển bám theo tốc độ động M7 Nếu luật điều khiển phễu HP2 bị thiếu tràn nguyên liệu trình vận hành Động M7 động KĐB pha công suất cỡ 50 HP, tốc độ 1450 rpm sử dụng hệ truyền động Biến tần- Động (Inverter-motor) để chỉnh trơn tốc độ cải thiện momen khởi động Vít xoắn kép DSR (Double Screwers) vít xoắn có hình dáng tương tự nhau, quay ngược chiều nhờ cặp bánh ăn khớp hộp giảm tốc khí Do điều kiện làm việc khắc nghiệt (ma sát mài mòn lớn, nhiệt độ cao >2000C) nên vít xoắn chế tạo từ thép siêu cứng Ngoài tác dụng trộn hỗn hợp, vít có tác dụng dồn (đùn) nguyên liệu cửa thoát liệu nhờ đoạn gia công có bước xoắn liên tục Bộ gia nhiệt HTR (Heater) có nhiệm vụ nung nóng vùng trộn nguyên liệu đến nhiệt độ yêu cầu công nghệ trì mức nhiệt độ ổn định suốt trình vận hành Trong thực tế vùng gia nhiệt gồm modul (Zone1; Zone2 Zone3) độc lập với nhau, modul có mức nhiệt độ cài đặt (Setpoint) khác (nhiệt độ tăng dần theo hướng di chuyển vật liệu) Để tiết kiệm điện năng, người ta thực luật điều khiển ON-OFF cho 2/3 số phần tử đốt nóng (sợi đốt) luật điều khiển theo vòng kín liên tục PID cho số phần tử lại Trong vùng gia nhiệt này, quán tính nhiệt lớn nên để bảo vệ nhiệt người ta trang bị cho chúng đường nước làm mát với van nước điện từ, đóng mở tự động nhờ ngõ điều khiển điều khiển nhiệt độ có hiển thị Led (Temperature Controler) 1.3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CÁN MỎNG, LÀM MÁT VÀ NGHIỀN THÔ 1.3.1 Sơ đồ công nghệ HC HC HC TE CR F1 F2 F3 CRR M8 CB HC M9 HC Hình 1.5: Sơ đồ công nghệ khâu cán mỏng, làm mát nghiền thô 1.3.2 Chức phần tử sơ đồ CR: cooling rollers, ru lo làm thép có bề mặt mạ sáng bóng để chống bám dính, chế tạo dạng hình trụ rỗng có khả tuần hoàn nước lạnh lòng rỗng làm mát bề mặt liên tục cán hỗn hợp nguyên liệu nóng chảy thành dạng màng mỏng Hai ru lô có khả quay đồng tốc ngược chiều nhờ cặp bánh ăn khớp ngoài, tỉ lệ truyền 1:1 M8: Động KĐB 3pha công suất kw, tốc độ 1450 rpm, sử dụng hệ truyền động Biến tần –Động để cải thiện điều khiển tốc độ,mô men đặc biệt khả chỉnh trơn tốc độ cho phù hợp loại sơn khác CB: Cooling Belt, băng tải kim loại giúp di chuyển làm mát màng sau cán Băng tải truyền động động M9, tốc độ băng tải chỉnh trơn sử dụng hệ truyền động Biến tần – Động M9: Động KĐB 3pha công suất 3kw,tốc độ 1450 rpm f=50 Hz CRR: Cruser – Cặp ru lô có sắc nhọn xếp so le với nhau, quay đồng tốc, ngược chiều, dùng để đập vỡ màng sơn thành mảnh vụn có kích thước cỡ 3×6 mm rơi vào thùng chứa phía Cặp ru lô sử dụng cặp bánh ăn khớp để truyền động cho lai động M9 Tỉ số truyền tính toán cho vận tốc dài ru lô băng tải F1; F2; F3: quạt gió pha Trong trường hợp nước qua ru lô CR không đủ làm mát cho màng sơn cán quạt bật lên 1.3.3 Vòng điều khiển trình làm mát cho ru lô CR Trong trình vận hành, nhiệt độ bề mặt ru lô CR cần ổn định với sai số cho phép Nếu nhiệt độ thấp làm đọng lượng mồ hôi lớn làm ảnh hưởng tới chất lượng sơn, tăng momen cán Nếu nhiệt độ nhỏ làm màng sơn sau cán dễ bám dính, không tách khỏi băng chuyền Điều đòi hỏi phải có vòng điều khiển PID cho thông số nhiệt độ bề mặt ru lô CR CR Tsp TC TT Cooling water in water out Hình 1.6: Vòng điều khiển PID cho nhiệt độ ru lô CR 1.4 QUY TRÌNH NGHIỀN TINH SẢN PHẨM 1.4.1 Sơ đồ công nghệ FRESS AIR M13 BL Air tank Pressure air AH DC CC T1 GRR M10 CLT2 M11 M12 Cooled Air Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ trình nghiền sơn 10 K500(3.0.3): Cặp tiếp điểm đóng có lỗi từ Biến tần-Động nạp liệu (Feeder Alarm) K301(3.0.3): Cặp tiếp điểm mở ta reset lỗi nút ấn S301(3.0.5) đẻ tắt còi báo động S301(3.0.5): Nút ấn reset Alarm HT301(3.0.3): Còi báo động H300(3.0.7): Đèn báo màu đỏ, sáng có lỗi Feeder Alarm 59 3.5 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƠM DẦU HỘP GIẢM TỐC, BƠM NƢỚC LÀM MÁT CÁC HEATER ZONE 3.5.1 Thiết kế mạch Hình 3.9: Sơ đồ mạch động lực điều khiển ĐC bơm dầu 60 Hình 3.10: Sơ đồ mạch động lực điều khiển ĐC bơm nước 61 3.5.2 Các phần tử sơ đồ QM401(4.0.3): Aptomat đóng cắt mạch động lực ĐC bơm dầu bôi trơn hộp giảm tốc khí, bảo vệ tải cho ĐC nhờ phần tử cảm biến nhiệt KM 401(4.0.3): Tiếp điểm Contactor đóng cắt mạch động lực ĐC bơm dầu M40(4.0.3): ĐC bơm dầu KĐB pha, công suất 0.75 KW S401(4.0.6): Nút ấn mở máy bơm dầu S402(4.0.6): Nút ấn tắt máy bơm dầu KM401(4.0.6): Cuộn hút contactor mở máy ĐC bơm dầu H401(`4.0.6): Đèn báo “ RUN” màu xanh, động bơm dầu H402(`4.0.8): Đèn báo “ TRIP” màu đỏ, báo động bơm dầu bị cố tải QM411(4.1.3): Aptomat đóng cắt mạch động lực ĐC bơm nước làm mát Heater Zone, bảo vệ tải cho ĐC nhờ phần tử cảm biến nhiệt KM 411(4.1.3): Tiếp điểm Contactor đóng cắt mạch động lực ĐC bơm nước M41(4.0.3): ĐC bơm nước KĐB pha, công suất 0.75 KW S411(4.1.6): Nút ấn mở máy bơm dầu S412(4.1.6): Nút ấn tắt máy bơm dầu KM411(4.1.6): Cuộn hút contactor mở máy ĐC bơm nước H401(`4.0.6): Đèn báo “ RUN” màu xanh, động bơm nước H402(`4.0.8): Đèn báo “ TRIP” màu đỏ, báo động bơm nước bị cố tải 62 3.6 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ CẤP NGUYÊN LIỆU (FEEDER SYSTEM) 3.6.1 Thiết kế mạch Hình 3.11: Sơ đồ mạch hệ thống nạp liệu 63 3.6.2 Các phần tử sơ đồ QM 500(5.0.2): Aptomat đóng cắt mạch động lực cấp nguồn cho Biến tần ASC 355 tay bảo vệ tải, ngắn mạch tự động nhờ phần tử nhiệt U500(5.0.2): Biến tần điều khiển ĐC quay trục vít cấp liệu Trong đó, mạch ngoại vi biến tần có ngõ giao tiếp quan trọng như: Ngõ vào R, S, T: Nguồn xoay chiều pha đến Ngõ U, V, W: Cấp điện áp xoay chiều biến tần số tới ĐC cấp liệu Ngõ (9,12): Cho phép biến tần hoạt động cổng nối tắt ( cặp tiếp điểm K501) Ngõ ra(17,19) : Ngõ tín hiệu ON/OFF, báo lỗi hỏng cách điện động (có dòng rò), dòng điện, lỗi nội biến tần… Ngõ vào (2,3) : Nhận tín hiệu speed setpoint từ điều khiển,hiển thị tốc độ 0÷10 VDC Ngõ (7,8) : Xuất tín hiệu tốc độ (tần số ) analog output Dải tín hiệu:0÷10 VDC Tín hiệu đưa tới cổng (6+,7-) điều khiển tốc độ N501 M50(5.0.2): Động KĐB pha, công suất 1.5KW lai trục vít cấp liệu K500(5.0.4): Rơ le nhận tín hiệu báo lỗi KT500(5.0.5): Rơ le thời gian giúp trì hoãn việc dừng ĐC 5÷6 s , quãng thời gian độ biến tần, biến tần có lỗi “giả” S501(5.0.6): Nút nhấn khởi động động nạp liệu S502 (5.0.6): Nút nhấn dừng động nạp liệu 64 H501(5.0.7): Đèn xanh, báo nạp liệu “ON” H502(5.0.8): Đèn đỏ, báo nạp liệu “ON” N501 (5.0.9): Bộ điều khiển hiển thị tốc độ ĐC nạp liệu Hình 3.12: Các ngõ vào, điều khiển biến tần ABB- ACS 355 65 3.7 THIẾT KẾ MẠCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ 3.7.1 Thiết kế mạch Hình 3.11: Sơ đồ mạch hệ thống điều khiển nhiệt độ Zone 66 Hình 3.12: Sơ đồ mạch hệ thống điều khiển nhiệt độ Zone 67 Hình 3.13: Sơ đồ mạch hệ thống điều khiển nhiệt độ Zone 68 Hình 3.14: Sơ đồ mạch hệ thống điều khiển nhiệt độ Zone 69 3.7.2 Các phần tử sơ đồ mạch hệ thống điều khiển nhiệt độ Q711(7.1.2): Aptomat đóng cắt mạch động lực điện trở gia nhiệt, tự động bảo vệ ngắn mạch, tải V711(7.1.2): Van bán dẫn SSR ( Solid State Relay) cung cấp dòng tải liên tục gián đoạn cho phụ tải điện trở gia nhiệt V712 (7.1.3) phần tử tương tự Trong đó, cặp cổng L1+, L1-: Cổng nhận tín hiệu mở van bán dẫn, tín hiệu đến tín hiệu áp 10VDC từ điều khiển nhiệt độ BT(7.1.7) gửi đến FU711(7.1.2) FU712: Cầu chì bảo vệ ngắn mạch 1EH1(7.1.2) 1EH2: Các điện trở gia nhiệt công suất 4KW 712V(7.1.5): Van bán dẫn SSR 1YV1(7.1.5): Van điện từ đóng, cắt dòng nước làm mát cho Heater Zone1 ST1(7.1.9): Cảm biến nhiệt độ (can nhiệt ) gắn trực tiếp lòng Heater Zone1 BT711(7.1.8): Bộ điều khiển hiển thị nhiệt độ cho Heater Zone (Temperature Controller) Thiết bị cho phép người dùng cài đặt nhiệt độ setpoint ( SV) hiển thị gí trị nhiệt độ tức thời PV ( Present Value) Tùy thuộc vào giá trị SP PV, điều khiển lệnh đóng, mở van bán dẫn gia nhiệt cách xuất không xuất tín hiệu cổng (5+,6), lệnh mở van nước làm mát ( nhiệt quán tính nhiệt lớn Heater) cách xuất tín hiệu cổng(9+,10-) 70 Hình 3.15: SSR với tín hiệu điều khiển dòng điện Hình 3.16: SSR với tín hiệu điều khiển điện áp Thiết kế phần cứng gia nhiệt từ Zone1 đến Zone Chỉ khác giá trị nhiệt độ PV điều khiển khác nhau, tùy theo yêu cầu công nghệ mẻ sản xuất khác 71 KẾT LUẬN Qua trình thực đồ án: “ Phân tích QTCN trộn nguyên liệu sản suất sơn, sâu máy khấy trộn ” em làm phần việc sau: - Phân tích công nghệ sản xuất sơn bột tĩnh điện - Phân tích sâu khâu trộn nguyên liệu sản xuất sơn - Củng cố hiểu sâu kiến thức khí cụ điện, thiết bị tự động thông dụng công nghiệp Những điều chưa làm được: Do lực thân kém, tài liệu gốc nhà máy thất lạc nhiều thời gian xây dựng đồ án hạn chế nên đồ án: - Chưa đề cập tới phần mềm điều khiển cho PLC điều khiển tự động trình trộn sơ cấp - Chưa xây dựng phần tính chọn dây dẫn khí cụ điện chi tiết - Chưa đề xuất điều khiển nhiệt độ có sử dụng lưu đồ PID (điều khiển theo luật tuyến tính) Một lần nữa, em xin cảm ơn quý thầy cô khoa, đặc biệt thầy PGS-TS Hoàng Xuân Bình tạo điều kiện giúp em trình hoàn thiện đồ án Em xin trân trọng cảm ơn Hải Phòng, ngày tháng năm 2014 Sinh viên thực Nguyễn Đình Thơ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Hoàng Xuân Bình, Bài giảng trang bị điên – điện tử máy công nghiệp dùng chung GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, Máy điện - dùng cho trường đại học cao đẳng kỹ thuật, Nhà xuất Xây Dựng Vũ Quang Hồi – Nguyễn Văn Chất – Nguyễn Thị Liên Anh (2006), Trang bị điện – điện tử máy công nghiệp dùng chung, Nhà xuất Giáo Dục Nguyễn Đức Lợi (2004), Tự động hoá hệ thống lạnh, Nhà xuất Giáo Dục Nguyễn Doãn Phước – Phan Xuân Minh – Vũ Văn Hà (2002), Tự động hoá với somatic S7-202, Nhà xuất Khoa hoc – kỹ thuật Hà Nội 73