Lời nói đầu
Trang bị điện điện tử cho máy công nghiệp dùng chung là một môn
học đã đợc đa vào giảng dạy đối với sinh viên ngành điện tự động ở hầu
khắp các trờng đại học trên cả nớc. Với môn học này sinh viên sẽ đợc
trang bị một cách tổng quát những kiến thức cơ sở về các trang thiết bị
máy móc, cơ cấu đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đồng thời các
kiến thức cơ sở và chuyên ngành cũng đợc hệ thống lại một cách tổng
quát và chuyên sâu điều này là rất cần thiết và hữu ích giúp cho sinh viên
có thể có đợc những hình dung căn bản về các hệ thống dây chuyền công
nghệ trong công nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho việc học tập và sau
này khi ra ngoài thực tế sản xuất.
Trong thiết kế môn học Tổng quan về công nghệ gia nhiệt trong
các dây chuyền công nghiệp nhựa này cũng không nằm ngoài mục đích
trên. Dới sự hớng dẫn của thầy giáo TS. HOàNG XUÂN BìNH là chủ
nhiệm bộ môn Điện Tự Động Công Nghiệp đồng thời cũng là giáo viên
phụ trách giảng dạy môn học Trang Bị Điện cùng các thầy cô giáo trong
bộ môn với sự giúp đỡ của bạn bè và tài liệu em đã cố gắng hết sức để
hoàn thành các nhiệm vụ đợc giao trong đề tài. Không thể tránh khỏi
những thiếu sót và nhầm lẫn, rất mong nhận đợc sự chỉ bảo tận tình và
chu đáo của thầy cô cùng các bạn. Em xin chân thành cảm ơn!
Trong phạm vi đề tài này gồm có 3 nhiệm vụ chính cần hoàn thành
bao gồm:
1. Tổng quan về gia nhiệt trong các dây chuyền sản xuất sản phẩm nhựa.
2. Thiết kế hệ thống gia nhiệt cho dây chuyền.
3. Viết chơng trình điều khiển quá trình gia nhiệt cho nhiều đối tợng gia
nhiệt.
Phụ lục
Lời nói đầu 1
Phụ lục 2
Chơng1 . 3
Tổng quan về công nghệ gia nhiệt.

rắn. Hạt nhựa thuận tiện cho việc vận chuyển và bảo quản, chính vì vậy
mà cần phải có một công đoạn làm nóng chảy các hạt nhựa để có thể đa
vào khuôn, công đoạn đó đợc gọi là gia nhiệt.
Việc gia nhiệt cho các hạt nhựa không thể tiến hành gia nhiệt một
cách cục bộ mà phải đợc tiến hành trong một khoảng thời gian nhất định
và từ từ làm cho nhựa chuyển thành dạng lỏng đều. Trong quá trình này
các phụ gia cần thiết khác cũng đợc trộn đều.
Rõ ràng đây là một công đoạn không thể thiếu trong các dây
chuyền công nghệ nhựa và nó cũng ảnh hởng có tính quyết định tới chất
lợng sản phẩm.
Quá trình gia nhiệt thờng đợc thực hiện bởi các vòng điện trở nhiệt
trong các lò điện trở nhịêt. Thời gian tiến hành gia nhiệt hoàn toàn cho
nhựa nguyên liệu thờng kéo dài trong khoảng thời gian từ 3-5 giờ.
* Đặc điểm của quá trình gia nhiệt:
- Thời gian quá độ lớn;
- Đặc tính gia nhiệt: theo hình 6-1 trang 71 [1]
3
Hình 1-1. Đồ thị nhiệt độ và công suất lò nhiệt.
trong đó:
0

là nhiệt độ gia nhiệt cần thiết của vật cần gia nhiệt,
mt

là nhiệt độ của môi trờng xung quanh,
p là công suất của lò nhiệt.
Ban đầu khi bắt đầu gia nhiệt từ
mt

là nhiệt độ môi trờng đến giá

o


mt

0
t
1.2. Cấu trúc chung của dây chuyền sản xuất nhựa
Thể hiện trên hình 1-2.
Hình 1-2. Cấu trúc chung của dây chuyền sản xuất các sản phẩm
nhựa.
trong đó:
(1): là Silô chứa liệu;
(2): là đờng ống dẫn liệu;
(3): là bơm hút nguyên liệu;
(4): là đờng ống dẫn liệu;
(5): là Silô cấp liệu;
(6): bộ phận lờng hạt;
(7): quạt gió làm mát động cơ chính;
(8): động cơ chính truyền động cho 2 bơm trục vít;
(9): hộp số và bộ phận phối lực;
(10): Xilanh nhiệt và trục vít xoắn;
(11): Các vòng gia nhiệt;
(12): đầu hình;
(13): cảm biến nhiệt;
5
Ngoài ra trong một dây chuyền sản xuất nhựa sẽ còn có nhiều bộ
phận khác cấu thành nên hệ thống tùy theo chức năng của từng hệ thống.
1.3. Quy trình sản xuất sản phẩm nhựa
Hạt PVC cùng với phụ gia vừa đủ trộn đều với nhau rồi đợc đa vào

+ Lò nhiệt độ cao (t
0
> 1200
0
C).
b) Theo nơi dùng ta có
+ Lò dùng trong công nghiệp,
+ Lò dùng trong phòng thí nghiệm,
+ Lò dùng trong gia đình v.v
c) Theo các đặc tính làm việc ta có
+ Lò làm việc liên tục,
+ Lò làm việc gián đoạn.
6
d) Theo kết cấu lò ta có
+ Lò buồng,
+ Lò giếng,
+ Lò chụp,
+ Lò bể
e) Theo mục đích sử dụng ta có
+ Lò tôi, lò ram, lò ủ, lò nung, lò nấu chảy v.v
1.5. Những yêu cầu đối với vật liệu làm dây đốt
Lò điện trở dây đốt làm nhiệm vụ biến đổi điện năng thành nhiệt
năng thông qua hiệu ứng Joule. Dây đốt cần phải làm từ các vật liệu thỏa
mãn các yêu cầu sau:
- độ bền cơ khí cao,
- chịu đợc nhiệt độ cao,
- có điện trở suất lớn (vì điện trở suất nhỏ sẽ dẫn đến dây dài, khó
bố trí trong lò hoặc tiết diện dây phải nhỏ, không bền),
- hệ số nhiệt điện trở nhỏ (tức là dây đốt ít biến đổi theo nhiệt độ,
đảm bảo công suất lò),

trở (

.10
-
3
độ
-1
)
điện trở
suất
10
-6

m
Cr Ni Al SiC SiO
2
Cr-Ni
Cr-Ni
Cr-Al
Cr-Al
SiC
Graphit
Mo
Ti
W
20-23
15-18
12-15
23-27
75-78

t
M
A =
, [
s
kg
] (6-1). [1]
trong đó: M khối lợng vật gia nhiệt (kg);
t thời gian gia nhiệt (s).
Nhiệt lợng hữu ích cần cấp cho vật gia nhiệt:
Q
hi
= M. c. (t
2
o
t
1
o
), [J] (6-2). [1]
trong đó:
c - nhiệt dung riêng trung bình của vật gia nhiệt trong khoảng nhiệt
độ
)(
21
oo
tt ữ
, [J/kg.độ];
t
1
o

hiệu suất của lò.
Thờng lò điện trở có hiệu suất

= 0,6
ữ
0,8.
Công suất đặt của thiết bị:
P = k.P
lò
, [W] (6-5). [1]
trong đó:
k là hệ số dự trữ, tính đến tình trạng điện áp lới bị tụt thấp, do
dây già hoá mà điện trở tăng lên.
k = 1,2
ữ
1,3 đối với lò làm việc liên tục,
k = 1,4
ữ
1,5 đối với lò làm việc theo chu kỳ.
Từ công suất P, có thể tính gần đúng mật độ công suất day đốt một
pha. Đó là khả năng cấp nhiệt của dây đốt trong một đơn vị thời gian trên
một đơn vị diện tích bề mặt dây.
dd
dd
Fm
P
W
.
=
,

L=
CW
P
dd
(6-8). [1]
trong đó:
L chiều dài dây đốt [m];
C chu vi tiết diện dây đốt [m].
Trên quan hệ giữa các thông số điện thì:
9
S
L
U
R
U
P
ph
ph
ph
ph
.
22

==
afatr aa

ph
ph
P
SU

o
)
Kích thớc dây đốt (m.m)
Dây tròn
(đờng kính d)
Dây chữ nhật
(kích thớc a x b),
)( m
b
a
=
<300
300 600
600 800
800 1000
1000 1100
1100 - 1200
1
2
3 4
4 5
6 7
7 - 8
8 x 1
10 x 1
15 x 15
20 x 2
25 x 2
25 x 3


2
3
)1(2
phdd
ph
UWmm
P
a
+
=

, [m] (6-12). [1]
và b = ma; thờng m =
155 ữ
Chiều dài dây dẫn sẽ tìm theo công thức (6-9). [1].
Bố trí dây trong lò, dây có thể uốn xoắn tròn (hình 1-3a) đối với
dây tròn hoặc uốn dích dắc (hình 1-3b) đối với dây chữ nhật hay tròn.
a
b
a
a
S
b)
a)
S
d
d
Hình 1-3. Kích thớc uốn dây tròn và chữ nhật.
Khi uốn xoắn tròn, đờng kính uốn là tuỳ theo độ bền cơ của dây
đốt. Thờng D = (4

TT
CP ])
100
()
100
[(
44
=

, [W] (6-13)
trong đó:
P - là công suất lò, [W];
C
S
- là khả năng bức xạ của vật đen tuyệt đối;
C
S
= 5,7 W/m
2
, (K)
4
;
T
dd
là nhiệt độ dây đốt, [K];
T
V
là nhiệt độ vật gia nhiệt, [K];
qd


C
F
P
W ==


][
2
m
W
(6-14)
hay W
dd
=
Sqd
W

với
],)
100
()
100
[(
44
Vdd
SS
TT
CW =

][

2.1. Thiết kế hệ thống gia nhiệt
Sơ đồ khối: Hình 2.1.
Hình 2.1
Dùng máy tính với các tài nguyên nh cổng LPT và COM để điều
khiển và giám sát hệ thống gia nhiệt thông qua bộ phận ghép nối.
2.2. Tính toán dây đốt
Dựa vào phần lý thuyết trình bày trên mục 1.6 ta đi tính toán dây
đốt cho lò nhiệt.
Chọn vật liệu làm dây đốt là Cr-Ni có tiết diện tròn có thông số cho
nh ở bảng 6.1: d = 1mm. Điện trở suất

= 1.15*10
-6

m

.
13
Bộ phận
ghép nối
giữa máy
tính với hệ
thống
Máy tính Hệ thống gia
nhiệt
S =
==
62
10**
4


s
kg
Nhiệt lợng hữu ích cần cấp cho vật gia nhiệt:
Q
hi
= M. c. (t
2
o
t
1
o
), [J] (6-2). [1]
trong đó:
c = 7368 J/kg.độ theo bảng 1.114: nhiệt dung riêng troung bình của
một số vật liệu rắn [3] (trang 162).
t
1
o
= 30
o
C; t
2
o
= 180
o
C.
Q
hi
= 100*7368*(180 30 ) = 110531520 J

= 1,3*19189,5 = 24946,35 W
trong đó: k = 1,3.
Vời lò có số pha đối xứng, công xuất một pha sẽ là: (m = 3)
P
ph
=
45,8315
3
35,24946
==
m
P
W.
Ta có thể tính đợc độ dài thanh dẫn là:
14
m
P
SU
L
ph
ph
973,3
45.8315*10*1.15
10*0,785*220
*
*
6-
-62
2
===

ta phải đa nó qua điện trở 10K và diode zenne 4.7V để chuyển tín hiệu về
dạng tơng thích với đầu vào 5V của CDP6402. Dữ liệu song song sẽ đợc
truyền qua các chân dữ liệu của ADC7524. Đây là IC chuyển đổi tín hiệu
từ số sang tơng tự. Tại đây khi có tín hiệu thấp ở chân /WR thì tín hiệu sẽ
đợc chuyển sang dạng tơng tự ở chân đầu ra A có giá trị từ 0 5V.
Tín hiệu từ chân A này sẽ đợc đa tới chân số 11 của TCA785.
Tín hiệu ở chân DTR dùng để lựa chọn chíp. Tơng tự tín hiệu này
cũng đợc chuyển tới các chân A, B, C của CDP6402. Đầu ra của
CDP6402 đợc đa tới 74HC138. Đây là một IC giải mã địa chỉ. Với mỗi tổ
hợp logic ở 3 chân A, B, C ta sẽ có 1 đầu ra Y
i
ở mức thấp. Tín hiệu thấp ở
chân Y
i
này đợc đa tới chân /WR của CDP6402 để chọn chế độ hoạt
động.
Dói đây là mạch giám sát nhiệt độ từ các kênh đa về máy tính.
Trong sơ đồ này sử dụng IC LM314 để cảm biến nhiệt độ đa về
máy tính. Tín hiệu ra của LM314 là chân số 1, có độ phân dải là 10mV do
vậy đợc đa tới mạch khuếch đại bằng khuếch đại thuật toán để tín hiệu đa
về có thể tơng thích với các IC phía sau và giảm ảnh hởng của nhiễu.
Trên hình 2.4 thể hiện mạch cảm biến nhiệt độ.
18
H×nh 2.4: m¹ch c¶m biÕn nhiÖt ®é lÊy tõ c¸c kªnh.
S¬ ®å díi ®©y lµ s¬ ®å ghÐp nèi víi cæng LPT ®Ó lÊy tÝn hiÖu nhiÖt
®é tõ c¸c kªnh vÒ m¸y tÝnh ®Ó tiÕn hµnh gi¸m s¸t qu¸ tr×nh gia nhiÖt vµ
®iÒu khiÓn.
19
20
Hoạt động của mạch hình 2.5:

BEGIN_MESSAGE_MAP(CSimulationDlg, CDialog)
//{{AFX_MSG_MAP(CSimulationDlg)
ON_WM_SYSCOMMAND()
ON_WM_PAINT()
ON_WM_QUERYDRAGICON()
ON_BN_CLICKED(IDC_EXIT, OnExit)
ON_WM_SIZE()
ON_WM_DESTROY()
ON_WM_TIMER()
ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTON_XILANH, OnButtonXilanh)
ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTON2, OnButtonTRUCVIT)
ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTON_DAUHINH,
OnButtonDauhinh)
ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTON_CONOI, OnButtonConoi)
END_MESSAGE_MAP()
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
BOOL CSimulationDlg::OnInitDialog()
{
CDialog::OnInitDialog();
IDC_STATIC;
int iInstallResult;//cai dat bo dinh gio he thong TIMER
iInstallResult = SetTimer(ID_CLOCK_TIMER,1000,NULL);
x1 = 0;//gia tri nhiet do lay ve tu cong COM ban dau
22
x2 = 0;
x3 = 0;
x4 = 0;
t = 0;//gia tri thoi gian ban dau =0s
return TRUE; // return TRUE unless you set the focus to a control
}

void CSimulationDlg::DrawScreen(CDC *pDC)
{
//**VE DO THI NHIET DO XI LANH
CBrush *pBrush,*pOldBrush;
pBrush=new CBrush(RGB(250,200,100));
pOldBrush=pDC->SelectObject(pBrush);
CRect rect(50,50,350,200);
pDC->FillRect(&rect,pBrush);
delete pDC->SelectObject(pOldBrush);
//Ve truc toa do
CPen lSolidPen(PS_SOLID,1,RGB(0,255,255));
CPen *pOldPen=pDC->SelectObject(&lSolidPen);
23
//Ve truc y
pDC->MoveTo(50,50);
pDC->LineTo(50,200);
//Khac do truc tung
int i;
for(i=1;i<16;i++)
{
pDC->MoveTo(50,200-i*10);
pDC->LineTo(55,200-i*10);
}
// Ve truc t
pDC->MoveTo(50,200);
pDC->LineTo(350,200);
//Khac do truc t
for(i=1;i<10;i++)
{
pDC->MoveTo(50+i*30,200);

//**VE DO THI NHIET DO DAU HINH
24
CBrush *pBrush2,*pOldBrush2;
pBrush2=new CBrush(RGB(250,200,100));
pOldBrush2=pDC->SelectObject(pBrush2);
CRect rect2(50,300,350,450);
pDC->FillRect(&rect2,pBrush2);
delete pDC->SelectObject(pOldBrush2);
//Ve truc tao do
CPen lSolidPen2(PS_SOLID,1,RGB(0,255,255));
CPen *pOldPen2=pDC->SelectObject(&lSolidPen2);
//Ve truc y
pDC->MoveTo(50,300);
pDC->LineTo(50,450);
//Khac do truc tung
for(i=1;i<16;i++)
{
pDC->MoveTo(50,450-i*10);
pDC->LineTo(55,450-i*10);
}
// Ve truc t
pDC->MoveTo(50,450);
pDC->LineTo(350,450);
//Khac do truc t
for(i=1;i<10;i++)
{
pDC->MoveTo(50+i*30,450);
pDC->LineTo(50+i*30,445);
}
//** VE DO THI NHIET DO CO NOI