NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SƠN TĨNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG DẠNG BỘT Thực NGUYỄN NGỌC HẠNH NGUYỄN ĐỨC MỸ Khóa luận đệ trình để đáp ứng u cầu cấp kỹ sư ngành Cơ Điện Tử Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN VĂN HÙNG Thành Phố Hồ Chí Minh Tháng 6/2012 I    LỜI CẢM TẠ Lời chúng em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ tồn thể q thầy tận tình dạy dỗ truyền đạt kiến thức cho chúng em thời gian học tập trường Chúng em xin chân thành cám ơn thầy cô giảng dạy chúng em, đặc biệt thầy cô Bộ môn Cơ điện tử Chúng em xin chân thành cám ơn thầy TS Nguyễn Văn Hùng hướng dẫn giúp chúng em hoàn thành tốt luận văn Xin gửi lời cảm ơn đến tất bạn giúp đỡ nhóm q trình học tập làm luận văn Và cuối chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến cha, mẹ người thân gia đình ni dưỡng, u thương tạo điều kiện cho chúng em có kết ngày hôm Chúng em xin cảm ơn tất người ! II    TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu “Thiết kế hệ thống sơn tĩnh điện tự động dạng bột” Được tiến hành trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh từ tháng đến tháng năm 2012 Đề tài nghiên cứu trình bày kết tính tốn thiết kế hệ thống sơn tĩnh điện dạng bột tự động với kết thu được: Nghiên cứu thiết kế buồng sơn tự động với tay phun sơn bột, hệ thống hút bụi thu hồi sơn lọc bụi Đã nghiên cứu thiết kế hệ thống băng tải xích với phương pháp điều khiển tự động giám sát máy tính điều khiển Hồn thành tính tốn kích thước buồng sấy điều khiển nhiệt độ theo yêu cầu sản xuất Đã xây dựng phương pháp điều khiển chương trình điều khiển giám sát hệ thống SCADA ứng dụng phần mềm WinCC PLC S7-300 Các kết nghiên cứu tiến hành chế tạo thực tế kiểm nghiệm cho việc thiết kế hệ thống tương tự III    MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ II TÓM TẮT III MỤC LỤC IV DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT VII DANH SÁCH CÁC HÌNH VII DANH SÁCH CÁC BẢNG XI Chương 1_MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích Chương 2_TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan hệ thống sơn tĩnh điện 2.2 Yêu cầu hệ thống sơn tĩnh điện 2.3 Các hệ thống sơn nước 2.4 Các thành phần hệ thống 2.5 Tổng quan buồng sơn 2.6 Tổng quan tay sơn 2.7 Tổng quan lọc Cyclone 2.8 Tổng quan quạt hút ly tâm 10 2.9 Tổng quan buồng sấy 11 IV    2.10 Tổng quan cảm biến nhiệt PT100 12 2.11 Tổng quan băng tải xích 12 2.12 Tổng quan SIMATIC WinCC Explorer v7.0 14 2.13 Tổng quan PLC S7-300 15 2.14 S7-PLCSIM Simulating Modules v5.5 21 2.15 SIMATIC Manager 21 2.16 Tổng quan Biến tần Siements MicroMaster 440 (MM440) 23 2.17 Tổng quan Profibus 27 2.18 Tổng quan ProfiDriver 28 Chương 3_NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 3.1 Nội dung nghiên cứu 31 3.2 Phương pháp nghiên cứu 31 3.2.1 Phương pháp thiết kế buồng sơn 31 3.2.2 Phương pháp tính tốn chon loại Cyclone 35 3.2.3 Phương pháp thiết kế buồng sấy 37 3.2.4 Phương pháp thiết kế băng tải 40 3.2.5 Phương pháp thiết kế chương trình điều khiển, giám sát 42 Chương 4_KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46 4.1 Khảo sát hệ thống có 46 4.1.1 Cấu tạo hệ thống 46 4.1.2 Nhận xét hệ thống sơn tay 48 4.2 Thiết kế hệ thống sơn tĩnh điện dạng bột tự động 49 V    4.2.1 Yêu cầu thiết kế 49 4.2.2 Xây dựng quy trình sơn sấy 49 4.2.3 Bố trí hệ thống 50 4.2.4 Thiết kế phận khí 52 4.2.4.1 Buồng sơn 52 4.2.4.2 Tay sơn tự động 53 4.2.4.3 Hệ thống thu hồi sơn lọc khí 56 4.2.4.3 Buồng sấy 59 4.2.4.4 Bộ phận dẫn động 62 4.2.5 Thiết kế phận giám sát điều khiển 66 4.2.5.1 Sơ đồ đấu dây PC-PLC-MM440 66 4.2.5.2 Quá trình điều khiển 72 4.2.5.3 Chương trình điều khiển 73 Chương 5_KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 75 5.1 Kết luận 75 5.2 Đề nghị 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC…… ………………………………………………………………… 76 VI    DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ADC: Analog to Digital Converter AI: Analog Input AO: Analog Output DI: Digital Input DO: Digital Output PLC: Programmable Logic Control WinCC: Windows Control Center HMI: Human Machine Interface SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition System VII    DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Hệ thống sơn công ty Power Cube Electro Controls Hình 2.2: hệ thống sơn tĩnh điện cơng ty Sigmalink Hình 2.3: Các thành phần hệ thống sơn tĩnh điện Hình 2.4: Sơ đồ bố trí buồng sơn Hình 2.5: Tay sơn tự động Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động sung phun sơn Hình 2.7: Bộ lọc cyclone Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý Cyclone Hình 2.9: Quạt ly tâm gián tiếp 10 Hình 2.10: Cấu trúc buồng sấy 11 Hình 2.11: Biến trở PT100 12 Hình 2.12: Các thành phần băng tải 13 Hình 2.13: Giao diện khởi động WINCC 14 Hình 2.14: PLC S7-300 CPU 313C-2DP 15 Hình 2.15: Module SM 335 17 Hình 2.16: Sơ đồ kết nối module SM 335 với S7-300 18 Hình 2.17: Cơ đồ khối module SM 335 18 Hình 2.18: Module SM 323 19 Hình 2.19: Sơ đồ kết nối module SM 323 với S7-300 19 Hình 2.20: Sơ đồ khối SM 323 20 VIII    Hình 2.21: Kết nối PLC – PC 20 Hình 2.22: Chạy mơ PLCSIM 21 Hình 2.23: Khai báo CPU phần cứng SIMATIC Manager 22 Hình 2.24: Chọn kiểu truyền thơng thông số cho PLC 22 Hình 2.25: Viết chương trình SIMATIC Manager 23 Hình 2.26: Biến tần MicroMaster 440 23 Hình 2.27: Sơ đồ khối biến tần M440 24 Hình 2.28: Nguyên lý hoạt động biến tần M440 25 Hình 2.29: Sơ đồ kết nối điều khiển biến tần M440 26 Hình 2.30: Cấu hình Profidriver 29 Hình 3.1: Sơ đồ buồng phun sơn 31 Hình 3.2: Mơ hình tay sơn tự động 32 Hình 3.3: Quá trình thiết kế Cylone 35 Hình 3.4: Các chi tiết Cyclone 36 Hình 3.5: Sơ đồ bố trí buồng sấy 38 Hình 3.6: Sơ đồ bố trí băng tải 40 Hình 3.7: Sơ đồ kết nối điều khiển 42 Hình 3.8: Các bước thực chương trình SIMATIC Manager 43 Hình 3.9: Các bước thực WinCC 44 Hình 4.1: Sơ đồ buồng sơn - sấy tay 46 Hình 4.2: Bộ điều khiển nhiệt độ 48 Hình 4.3: Quy trình cơng nghệ sơn tĩnh điện dạng bột 49 IX    Hình 4.4: Sơ đồ bố trí hệ thống sơn tính điện dạng bột 50 Hình 4.5: Mơ hình hệ thống sơn tự động 51 Hình 4.6: Sơ đồ buồng phun sơn 52 Hình 4.7 tay sơn tự động 53 Hình 4.8: Bộ lọc Cyclone 56 Hinh 4.9: Buồng sấy 59 Hình 4.10: Bộ phận kéo xích băng tải 62 Hình 4.11: Lực tác dụng lên băng tải 64 Hình 4.12: Sơ đồ đấu dây thiết bị 66 Hình 4.13: Sơ đồ đấu dây cơng tắc hành trình tay sơn 66 Hình 4.14: Sơ đồ điều khiển sao/tam giác 67 Hình 4.15: Quá trình điều khiển 72 Hình 4.16: Giao diện thiết kế WinCC 73 Hình 4.17: Giao diện điều khiển tự động 73 Hình 4.18: Giao diện điều khiển tay 74 X    Tốc độ cực đại smax = 1500 (rpm) pset = 10923 Khi tốc độ đầu : p s 13107.1500 16384   s p 1000  rpm Biến tần tự động điều chỉnh đầu đề động đạt tốc độ 1000rpm  Kiểm vị trí điều khiển thơng qua tần số đọc về: Tần số cực đại smax = 50Hz Tần số đọc sfeed = 30Hz Khi vị trí biến tần điều khiển là: s p p s 30.16384 50 1307,2   Kiểm vị trí điều khiển thông qua tốc độ đọc về: Tốc độ cực đại smax = 1500 rpm Tốc độ đọc sfeed = 1000 rpm Khi vị trí biến tần điều khiển là: p s p s 1000.16384 1500 69    10922,7  Cài đặt phần cứng PLC S7-300 CPU 313C-2DP: Từ phần mềm Step7 tạo project tên DP-master, tiến hành khai báo trạm DPmaster làm trạm chủ mạng truyền thông Profibus Vào DP-master tiến hành khai báo phần cứng: chọn CPU 313C 2DP mã hiệu 6ES7 313-6CF03-0AB0 V2.6, chọn kết nối Profibus tiến hành đặt địa thiết lập thuộc tính cần thiết Vào Profibus DP chọn Addittional Field Devies chọn Drivers chọn Simovert chọn Micromaster Chọn địa Profibus chọn loại PPO5 Thiết lập thuộc tính Count: chọn Channel, chọn Count continuously Operating mode, chọn Count again Gate function, nhập giá trị so sánh Comparison value, chọn Pulse/direction Signal evaluation, chọn Count >= comparison value Characteristics of the output, chọn xung đếm tối đa sai lệch Max frenquency Tiến hành cài đặt địa công tắc DIP module Profibus theo dõi biến tần qua thông số P918 Chọn địa cho biến tần cách gạt công tắc địa lên ON Cài đặt thông số biến tần: Cài đặt truyền thông: thiết lập mức truy cập cài đặt thông số P0003 = kiểm tra địa Profibus thông qua thông số P918 Cài đặt P700 = P1000 = phép điều khiển vận hành qua mạng Profibus đầy đủ Cài P719 = để đảm bảo an toàn vận hành Profibus 70    Cài P927 = 0011 để chọn thiết lập thơng số từ hình BOP (của biến tần) thông qua truyền thông Profibus –DP Cài P2040 = không theo dõi, vận hành chọn lớn Cài đặt thông số vận hành cho động bảng 4.1 Bảng 4.1: Thông số cài đặt cho biến tần MM440 Thông Giá trị cài Chú thích P010 Cài đặt nhanh P0100 Theo tiêu chuẩn châu Âu P0300 Kiểu động không đồng pha P0304 230 Điện áp định mức động (V) P0305 8A Dòng điện định mức (A) P0307 2,2 Công suất định mức (kW) P0308 0,85 Hệ số công suất định mức P0310 50 Tần số định mức (Hz) P0311 1400 Tốc độ định mức (V/ph) P1080 10 Tần số nhỏ (Hz) P1081 50 Tần số lớn (Hz) P1120 10 Thời gian tăng tốc (s) P1121 10 Thời gian giảm tốc (s) số Cài P3900 = để biến tần tự động tính toán lại liệu động Cài P0010 = để đảm bảo động quay 71    Q trình giao tiếp máy tính, PLC S7-300 biến tần MM440: PLC biến tần liên kết với thông qua mạng truyền thông ProfibusDP, PLC Master, biến tần Slave Trong module CPU PLC tích hợp sẵn cổng truyền thơng DP, biến tần MM440 tích hợp module truyền thơng.Máy tính gửi liệu tốc độ động tay sơn, động kéo xích, động quạt giá trị nhiệt độ buồng sấy xuống PLC, PLC phân tích liệu điều khiển biến tần thông qua module Profbus, biến tần nhận liệu gửi lại PLC trạng thái hoạt động biến tần động như: điện áp, dòng điện, tốc độ, moment…PLC tiếp tục gởi máy tính thơng số hoạt động PLC, biến tần, động cảm biến nhiệt 4.2.5.2 Quá trình điều khiển Hình 4.15: Quá trình điều khiển 72    4.2.5.3 Chương trình điều khiển Hình 4.16: Giao diện thiết kế WinCC Giao diện hiển thị trạng thái tồn hệ thống, thơng số tốc độ động cơ, nhiệt độ, quạt hút, tốc độ băng tải… Nhấn nút Tu đong để vào chương trình tự động Nhấn nút Dieu khien để vào chương trình điều khiển tay Hình 4.17: Giao diện điều khiển tự động 73    Nhập giá trị thời gian sấy vào ô THOI GIAN SAY Nhập giá trị nhiệt độ sấy vào ô NHIET DO SAY Nhấn nút BAT DAU SON hệ thống tự động tính tốn giá trị bắt đầu khởi động động Nhấn nút Ket thuc muốn dừng hệ thống Hình 4.18: Giao diện điều khiển tay Nhập giá trị vào tương ứng nhấn ENTER động tương ứng chạy nhấn nút TAT để dừng 74    Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Đề tài hoàn thành thời gian tháng với kết đạt được: Đã tìm hiểu cơng nghệ sơn tĩnh điện công nghiệp với hệ thống sơn tĩnh điện dạng bột bán tự động nhà máy cơng ty khí Nam Sài Gòn Hồn thành tính tốn thiết kế hệ thống sơn tĩnh điện dạng bột tự động kích thước 50x20x5 (m) với suất 360 m2/ Tạo vẽ lắp phận: hệ thống băng tải, hệ thống phun sơn, hệ thống sấy, tay sơn tự động, hệ thống lọc thu hồi sơn Đã xây dựng chương trình điều khiển giám sát theo hệ SCADA dựa phần mềm SIMATIC Manager SIMATIC WinCC Explorer, thực mô phần mềm WinCC TAG Simulator S7-PLCSIM Simulating Modules Các kết kiểm nghiệm thực tế tiến hành chế tạo 5.2 Đề nghị Tiếp tục đầu tư nghiên cứu hệ thống tiền xử lý vật sơn để hệ thống hoàn chỉnh áp dụng chế tạo hệ thống sơn tĩnh điện thực 75    TÀI LIỆU THAM KHẢO Lâm Vĩnh Sơn 2010 Thiết kế hệ thống lọc thu hồi sơn, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP.HCM 74 trang Nguyễn Văn May 2010 Giáo trình Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật PGS TS TRẦN THU HÀ 2012 Cad tự động hóa, Nhà xuất Hồng Đức 286 trang TRẦN THU HÀ 2011 Điều khiển giám sát với S7200-S7300 PC ACCES WINCC, Nhà xuất Đại học Quốc Gia 302 trang ĐỖ TẤN HƯNG 2012 Báo cáo ProfiDriver, Công ty TNHH TM&KT Nguyễn Đức Thịnh 19 trang Trang Web: http://www.rdmengineering.co.uk Trang Web: http://www.sigmalinkindia.com 76    PHỤ LỤC Phụ lục1: Bảng thông số loại động 77    Phụ lục2: Thông số quạt hút Phụ lục 3: Chức bít P1 Bit Giá trị Chức ON1 ON1 1 Cấm coast_stop Coast_stop Cấm quit_stop Quit_stop Mô tả Cấm RAMP_STOP Dừng drive thông qua ramp_stop sử dụng thời gian giảm tốc Pr 2.21 Drive trạng thái “not ready for swicht on” Điện áp ngắt khỏi drive Cấm coast_stop Điện áp ngắt khỏi drive, dừng theo chế độ coast_stop Drive trạng thái inhibit Drive trạng thái “switching on inhibited” Cấm quit_stop Drive quit_stop sử dụng thời gian giảm tốc Pr 2.22 Drive hiển thị “inhibit” chuyển đến trạng thái “switching on inhibit” 78    1 1 10 11 Enable Disable Cho phép RAMP Câm Disable Cho phép OFF3 Cho phép setpoint Cấm setpoint Nhận biết ỗ Không JOG1_ON Drive hiển thị “READY” Drive hiển thị “Inh” Drive trạng thái RUN, chưa có tốc độ chưa cho phép setpoint Cấm ramp Cấm off3: fast_stop Cho phép fast_stop Cho phép setpoint tạo tín hiệu Reference vào Pr 1.21 Setpoint chuyển đổi thành tốc độ RPM hay Hz tùy thuộc vào chế độ hoạt động Xóa gia trị setpoint = Tốc độ reference Pr 1.21 = Drive chạy vận tốc Drive run main setpoint xóa Drive sử dụng setpoint Pr 1.05 tăng tốc chọn Pr 2.19 theo chiều quay thuận JOG1_OFF Ngắt JOG1 Drive trạng thái run, lúc setpoint JOG setpoint run bị reset Drive chạy với tốc độ JOG2_ON Drive run main setpoint xóa Drive sử dụng setpoint Pr 1.05 tăng tốc chọn Pr 2.19 theo chiều quay ngược JOG2_OFF Ngắt JOG2 Drive trạng thái run, lúc setpoint JOG setpoint run bị reset Drive chạy với tốc độ Điều khiển Cho phép điều khiển qua PLC qua mạng Cấm Cấm điều khiển qua mạng Quay thuận Cho phép drive quay theo chiều thuận 79    12 13 13 Cấm quay thuận Cấm drive quay theo chiều thuận Quay ngược Cho phép drive quay theo chiều ngược Cấm quay ngược Cấm drive quay theo chiều ngược Tăng motorized pot Xóa chức tăng tốc Giamr motorized pot Xóa chức giảm tốc No fault 14 14 15 Tăng tốc motorized pot Xóa chức tăng tốc motorized pot Giảm tốc motorize pot Xóa chức giảm tốc motorized pot Fault command 80    Phụ lục 4: Chức bit P2 Bit Giá Chức Mô tả trị 1 1 1 Sẵng sàng bật switch + Cấp nguồn, hoạt động chế độ vòng kín vòng hở + Drive trạng thái inhibit + Nếu có nguồn ngồi main contactor Sẵng sàng hoạt động + Cấp nguồn, hoạt động chế độ vòng kín vòng hở + Drive trạng thái inhibit + Điện áp DC bus tăng lên đến giá trị định mức Tín hiệu Run Chưa cho phép Báo lỗi + Chân enable tác động mức cao + Drive trạng thái “READY” + Chân enable tác động mức thấp + Drive trạng thái inhibit + Drive báo trip (Pr 10.01 = 0) Drive ngừng hoạt động chuyển sang trạng thái inhibit drive đươch reset Khơng có + Drive bình thường,khơng xảy trip No + Báo drive không trạng thái coast_stop OFF2: + Báo drive trạng thái coast_stop No + Báo drive không trạng thái quit_stop OFF3:Quit_ + Báo drive trạng thái Quit_stop Switch on Drive trạng thái điều inhibit kiện sau xảy ra: + Trong thời gian ramp_down off2 xảy + Trong thời gian ramp_down of3 xảy + Drive có trip No switch Drive khơng có trip chưa có lệnh on off2, off3 Thông báo + Alarm xảy Alarm + Alarm thể trạng thái địa chỉ: Pr 10.12; Pr 10.17;Pr10.18 Pr 10.19 81    10 1 11 12 13 1 14 15 Không xảy alarm Phát At speed tuyệt Không phát At speed Cho phép điều Cho phép điều Phát At speed tương Không phát At speed Lỗi điện áp DC Áp DC bus Main contactor Cấm main contactor hoạt động Kích hoạt C RFC Tắt Quay chiều thuận Quay chiều ngược Không xảy alarm + At speed tuyệt đối Chỉ dùng tốc độ phản hồi để tính tốn Pr 10.06 Khơng phát At speed tuyệt đối + Cho phép điều khiển qua mạng Cho phép điều khiển cục + At speed tương đối Chỉ dùng tốc độ phản hồi tốc độ đặc để tính tốn Pr 10.06 + Không phát At speed tương đối + Nếu điện áp DC bus thấp giá trị cho phép bit 11=1 Áp DC bus bình thường Main contactor tác động Cấm main contactor hoạt động Báo hiệu Post_ramp Pre_Ramp Báo hiệu Post_ramp = Pre_Ramp Tốc độ motor >=0 Tốc độ motor < FKL Drive hoạt động với điện áp thấp No FKL Drive hoạt động với điện áp cao 82    1    ... niên 1970 sơn tĩnh điện phát triển nhanh sử dụng rộng rãi Châu Âu Đầu thập niên 1980 phát triển nhanh sử dụng rộng rãi Bắc Mỹ Nhật Giữa thập niên 1980 phát triển nhanh sử dụng rộng rãi Viễn Đông... quản lý hệ thống thu thập liệu Với tài nguyên có sẵn, việc thiết kế hệ thống điều khiển đơn giản nhanh chóng hiệu Hình 2.13: Giao diện khởi động WINCC 14    Các thư viện thường dùng thiết kế điều... bị Về tính năng, S7300 có nhiều cải tiến so với S7-200:  Dung lượng nhớ lớn, tốc độ truy cập nhanh  Các module nối với qua khe cắm  Ngơn ngữ lập trình đa dạng: STL, LAD, FBD, Graph, Hi-Graph,