VIỆN TỰ ĐỘNG HÓA KỸ THUẬT QUÂN SỰ

BÁO CÁO TỐNG KẾT ĐỀ TÀI:

HOÀN THIỆN VÀ CHẾ TẠO CÁC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA
CÔNG NGHỆ NUNG CÁC SẢN PHẨM GỐM SỨ CNĐT: PHẠM TIẾN DŨNG 8595


Chương 2: THIẾT KẾ
HỆ THỐNG …………………………………… 16
1. Sơ đồ cấu trúc và các module của hệ thống 16
1.1 Sơ đồ cấu trúc 16
1.2 Module CPU (khối xử lý trung tâm) 17
1.3 Module khuếch đại tín hiệu 23
1.4 Module điều khiển cơ cấu chấp hành 29
1.5 Khối nguồn………………………………………………………. 31
1.6 Màn hình giao diện và phần mềm hệ thống 31
2. Nội dung công nghệ đã được hoàn thiện trong dự án…………………. 43
2.1 Các sản phẩm cơ khí…………………………………………… 43
2.2 Các sản phẩ
m là bảng mạch, module điện tử……………………. 46

3. Quy trình sản xuất và điều hành ……………………………………… 49

3.1. Mua vật tư linh kiện……………………………………………… 49

3.2. Giao nhận vật tư linh kiện để sản xuất…………………………… 51

3.3. Chuẩn bị sản xuất………………………………………………… 51

3.4. Hàn linh kiện dán………………………………………………… 52

3.5. Hàn linh kiện thông thường……………………………………… 52

3.6. Kiểm tra………………………………………………………… 52

3.7. Vệ sinh mạch và vệ sinh công nghiệp……………………………. 53



1.2. Sản phẩm "Dạng II" 57

1.3. Sản phẩm "Dạng III" 58

1.4. Hợp đồng kinh tế 59

1.5. Các kết quả khác 59

2. Đánh giá hiệu quả của dự án 59

2.1. Hiệu quả kinh tế, xã hội 59

2.2. Hiệu quả về khoa học công nghệ
60

3. Đánh giá mức độ hoàn thành của dự án 61

3.1. Về sản phẩm 61

3.2. Về kinh phí 61

4. Kết luận và kiến nghị 61

4.1. Kết luận 61

4.2. Kiến nghị 61

Tài liệu tham khảo 63
Hướng dẫn vận hành và lắp đặt 64
Hình 4: Sơ đồ khối kênh đọc ADC Hình 5: Sơ đồ cấu trúc khối đọc Encorder Hình 6: Thiết lập cấu hình trực quan Hình 7: Tạo hàm điều khiển PID và các bộ lọc trên Matlab Simulink Hình 8: Sơ đồ chân của IC AD620 Hình 9: Sơ đồ chân của IC DS1307 Hình 10: Sơ đồ khối của IC DS1307 Hình 11:
Địa chỉ vùng nhớ của IC DS1307 Hình 12: Sơ đồ đấu nối với vi điều khiển

Hình 23: Sơ đồ các khối điều khiển bên trong LCD TG19264A Hình 24: Giản đồ thời gian của quá trình đọc một byte dữ liệu từ LCD Hình 25: Giản đồ thời gian của quá trình ghi một byte dữ liệu vào LCD Hình 26: Giản đồ thời gian của quá trình ghi một chuỗi thông tin vào LCD Hình 27: Quy trình chế thử sản phẩm cơ khí Hình 28: Quy trình chế tạo hàng loạt sản phẩm cơ khí Hình 29: Quy trình chế thử sản phẩm điện tử Hình 30: Quy trình chế tạo hàng loạt sản phẩm điện tử 5
MỞ ĐẦU
Ở các nước đang phát triển, vấn đề tự động hoá cho quá trình nung luyện rất
được quan tâm giải quyết. Vì vậy công nghệ nung luyện (CNNL) được tự động hoá
ở mức cao. Đối với CNNL sử dụng nhiên liệu là khí hóa lỏng (một dạng nhiên liệu

6
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẢN XUẤT GỐM SỨ

Gốm sứ là những sản phẩm được tạo hình từ nguyên liệu dạng bột, khi nung ở
nhiệt độ cao, chúng kết khối, rắn như đá và cho nhiều tính chất quý: cường độ cơ
học cao, bền nhiệt, bền hóa, bền điện.
Để sản xuất gốm sứ có được tính chất quý như trên, công nghệ sản xuất chúng
ngày càng phức tạp và hiện đại hơn. Những v
ấn đề cơ bản của kỹ thuật sản xuất
gốm sứ tập trung chủ yếu vào các nội dung chính sau:
• Nguyên liệu để sản xuất.
• Gia công và chuẩn bị phối liệu.
• Tạo hình.
• Nung.
Nung là khâu rất quan trọng trong kỹ thuật sản xuất gốm sứ vì nó ảnh hưởng
quyết định đến chất lượng và giá thành sản phẩm. Năng lượng
được sử dụng trong
sản xuất sản phẩm gốm sứ hiện nay là điện, than, củi, gas. Xu thế sử dụng lò gas
đang tăng mạnh do các doanh nghiệp cần nâng cao chất lượng sản phẩm nhằm đáp
ứng nhu cầu thị trường ngày càng cao ở trong nước và xuất khẩu. Đa số các sản
phẩm xuất khẩu đều được nung đốt bằng lò gas. Nung bằng lò gas cho sản phẩm
đạt chấ
t lượng cao và đồng đều, tỷ lệ thành phẩm cao. Tuy nhiên việc điều chỉnh
nhiệt độ và các thông số công nghệ quyết định đến môi trường lửa trong quá trình
nung hiện nay chủ yếu dựa vào kinh nghiệm của người thợ đốt lò.
1. Quy trình nung các sản phẩm gốm sứ.
1.1. Sấy sản phẩm.
Trước khi nung, sản phẩm được sấy từ 1 đến 5 giờ, tuỳ thuộc vào chủng loại và
kích c

chậm lại xong không dừng hẳn. Nếu độ xốp đạt khoảng 8-10% thì các hạt không bị
ngăn cách bởi các bọt khí nữa mà tiếp xúc với nhau, khi đó bắt đầu quá trình tái kết
tinh. Nếu duy trì lâu hay tăng nhiệt độ thì thể tích các hạt có thể đạt và vượt kích
thước các hạt vật liệu ban đầu khoảng 2-3 lần.
Cũng ở giai đoạn này trong sản phẩm nung thường tồ
n tại pha khí, chúng tạo ra
lỗ xốp kín. Mặt khác, hình dạng và kích thước các hạt rắn rất khác nhau, bản chất

8
hoá học của nó cũng khác nhau. Điều hết sức quan trọng và là điều chúng ta mong
muốn là sau khi nung, cấu trúc của sản phẩm đạt được sự đồng đều về cách phân
bố, cùng với sự xuất hiện các kẽ nứt nhỏ trên bề mặt các hạt rắn có ý nghĩa rất lớn -
ảnh hưởng mạnh đến tính chất của sản phẩm nhất là độ bền cơ học,
độ bền nhiệt và
tính năng về điện [1, tr.76-80].
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
2.1. Thành phần hoá học
Trong quá trình nung, trong sản phẩm sẽ xảy ra các phản ứng hoá học phức tạp
giữa các oxyt bazơ và oxyt axit.
Lý thuyết và thực nghiệm đều chỉ ra thành phần hoá học của phối liệu là yếu tố
chủ yếu quyết định độ chịu l
ửa của nó tức là quyết định nhiệt độ và khoảng kết
khối.
Thành phần khoáng vật chỉ giữ vai trò phân bố thành phần hoá và các đặc trưng
diễn biến, các thay đổi trung gian dưới tác dụng của nhiệt độ và do đó có ảnh
hưởng đến quá trình hình thành pha tinh thể mới trong quá trình nung.
2.2. Kích thước và thành phần hạt.
Kích thước và thành phần hạt chẳng những có tác dụng đến việc sắp xếp các hạt
vật ch
ất trong sản phẩm lúc mới tạo hình mà còn là nhân tố khá quan trọng ảnh

0
C – 30
0
C và kéo dài thời gian ủ ở nhiệt độ đó lâu
hơn. Phối liệu có khoảng kết khối rộng cho phép nung ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ
lý thuyết 20
0
C – 30
0
C song rút ngắn thời gian ủ ở nhiệt độ đó một ít vẫn thu được
sản phẩm tốt đồng thời giảm được năng lượng tiêu tốn cho một đơn vị sản phẩm.
2.4. Tốc độ thay đổi nhiệt độ
Tốc độ nâng nhiệt độ lúc nung sản phẩm gốm sứ phụ thuộc chủ yếu là quá trình
biến đổi các cấu tử trong phối liệu theo nhi
ệt độ và đặc tính của từng loại sản
phẩm, tuỳ thành phần khoáng vật của phối liệu mà ứng với các khoảng nhiệt độ,
nhất định, sẽ xảy ra quá trình biến đổi thù hình, hiệu ứng thu, toả nhiệt phản ứng
hoá học, kết khối, xuất hiện pha lỏng v.v ứng với quá trình trên trong sản phẩm
vật chất có các trạng thái khác nhau: cấu trúc thay đổi, lực liên kết giữ
a chúng cũng
khác nhau. Do đó nếu tốc độ nâng nhiệt độ không hợp lý sẽ dẫn đến các dạng
khuyết tật, thậm chí sản phẩm bị phá huỷ hoàn toàn (sứ cách điện, sứ vệ sinh lúc
nung dễ bị nổ tung nếu nâng nhiệt độ quá nhanh).
Nói chung sản phẩm lớn, thành dày, hình dáng phức tạp phải nâng nhiệt độ từ
từ; loại sản phẩm bé, mỏng đơn giản cho phép nâng nhanh nhiệt độ
.

10
Ứng với các khoảng nhiệt độ có các hiệu ứng đột biến (bao gồm cả biến đổi thù
hình, phân huỷ ) thì tuỳ trường hợp cụ thể nâng chậm hay nhanh hoặc lưu ở nhiệt

thái dẻo nhớt sang giòn trong phạm vi 90
0
C – 800
0
C, do đó từ nhiệt độ nung cực
đại đến khoảng 950
0
C được phép làm nguội nhanh, sau đó tốc độ làm nguội giảm
dần. Loại sản phẩm chứa nhiều SiO2 dạng tự do thì ở 573
0
C là giai đoạn nguy
hiểm.

11
2.5. Môi trường khí
Trong quá trình nung sản phẩm gốm sứ, môi trường khí giữ vai trò quan trọng
vì nó có thể làm thay đổi thành phần hoá học và kéo theo là làm thay đổi tính chất
của sản phẩm.
Tuỳ loại sản phẩm trong giai đoạn nung mà điều chỉnh môi trường cần thiết cho
chính xác: oxy hoá, khử, trung tính, chân không hay các khí bảo vệ khác (với gốm
đặc biệt có thể nung trong môi trường khí O2, N2, v v)
Khi nung sứ dân dụng ở giai đoạn 900
0
C -1050
0
C thường duy trì oxy nhằm tạo
điều kiện thuận lợi cho quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ có trong nguyên
liệu.
Ở giai đoạn 1050
0

0
C còn
có phản ứng:
2Fe2O3
→
4FeO + O2
3Fe2O3
→
2Fe3 O4 + ½O2

12
Như vậy nếu duy trì môi trường không đúng thì chẳng những sứ không đạt
được màu sắc mong muốn mà còn có thể gây nên bọt men. Hàm lượng CO dư ở
giai đoạn khử trong lò cần từ 2% – 5%.
Trong phạm vi nhiệt độ cao, còn có khả năng xảy ra phản ứng:
2CO
→
CO2 + C
Khi đó các hạt cacbon sẽ bám vào bề mặt sản phẩm, đó là nguyên nhân gây ra
dạng khuyết tật chấm đen; vì vậy nếu sứ chỉ nung ở nhiệt độ thấp hơn 1300
0
C
thường tráng men đục và nung trong môi trường Oxy hay trung tính [1, tr.81-86].
Đối với người sử dụng và qua thực tế khảo sát, do không có đầy đủ công cụ để
ghi chép và đánh giá các thông số trong từng mẻ đốt nên đường cong nung không
rõ ràng. Các tiêu chí về thông số công nghệ cho từng giai đoạn không có, việc điều
khiển môi trường lửa chỉ thông qua kinh nghiệm nhìn màu sắc của môi trường
trong lò mà điều khiển lượng khí ga đưa vào và khống chế đường thoát khí ra
(thông qua ống khói).
Việc điều khiển mang tính kinh nghiệm như vậy gặp nhiều hạn chế như: chất

- Quyết định số: 434/QĐ-BKHCN ngày 20/03/2008 về việc phê duyệt kinh
phí 01 dự án sản xuất thử nghiệm bắt đầu thực hiện năm 2008 thuộc chương trình
KH&CN trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn 2006-2010. Nghiên cứu, phát triển và
ứng dụng công nghệ tự động hoá, mã số KC.03/06-10.
- Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số: 03/2008/HĐ-
DACT- KC.03/06-10, ký ngày 24 tháng 04 năm 2008.

Đề tài cấp nhà nước KC.03.19 (Xuất xứ của dự án) đã thiết kế, chế tạo ra “hệ
thống tự động hoá công nghệ nung các sản phẩm gốm sứ” hoàn chỉnh, với các
thành phần của hệ thống bao gồm cả phần cứng và phần mềm. Hệ thống đã đi vào
thực tế sử dụng và mang lại hiệu quả thiết thực. Các nội dung chính mà đề tài đã
thực hiện là:
Thiết kế được mô hình hệ thống điều khiển tự động hoá các công nghệ nung
luyện và các thành phần của hệ thống.
Thiết kế và tạo ra bộ chương trình phầm mềm điều khiển cho hệ thống.
Xây dựng đường cong công nghệ cho một loại lò nung.

14
Như vậy đề tài đã giải quyết được vấn đề tự động hoá công nghệ nung các
sản phẩm gốm sứ. Các sản phẩm của đề tài chính là hệ thống thiết bị và hệ thống
phần mềm để thực hiện nhiệm vụ đó bao gồm:
a) Các thiết bị là cơ cấu chấp hành:
• Cơ cấu chấp hành (CCCH) điều khiển lưu l
ượng khí đốt.
• CCCH điều khiển lưu lượng khí thải.
• Mỏ đốt tự động trộn khí
• Thiết bị hút gió và làm mát phục vụ đo nồng độ khí thải
• Tủ vỏ hộp cho hệ thống
b) Các thiết bị là bảng mạch, module điện tử:
• Trung tâm thu thập số liệu và điều khiển

tính truyền thống, kết hợp với kinh nghiệm của các nghệ nhân để xây dựng mô
hình động học cho đối tượng điều khiển. Sử dụng phương pháp của lý thuyế
t điều
khiển hiện đại để tổng hợp hệ thống nhằm đáp ứng tốt nhất các yêu cầu công nghệ
nung. Các chỉ tiêu tối ưu do công nghệ mang lại đối với người sử dụng là:
Giai đoạn đầu của quá trình nung (sấy khô sản phẩm) phải điều khiển chính xác
tốc độ tăng nhiệt để chống méo, nứt, rỗ bề mặt s
ản phẩm, đồng thời tiết kiệm thời
gian cho giai đoạn này.
Các giai đoạn nung ở môi trường oxi hoá: đảm bảo cho nhiệt độ tăng lên theo
đường cong công nghệ mà vẫn giữ được môi trường oxi hoá.
Các giai đoạn khử: đảm bảo có chế độ khử, thời gian khử và duy trì tốc độ tăng
nhiệt theo đường công nghệ trong quá trình khử.
Giai đoạn trung tính: đảm bảo khí cháy hết và ổn định nhi
ệt.
Thiết bị đo lường và điều khiển phải đơn giản, tin cậy, dễ thao tác, có độ chính
xác hợp lý và giá thành phù hợp.
Tính phù hợp của công nghệ đối với phương án sản xuất và yêu cầu thị trường.
Sản phẩm của dự án được thiết kế trên cơ sở có tính đến các điều kiện đặc thù
về môi trường, cũng như yếu tố con người, nh
ằm đảm bảo phù hợp với mục đích
sử dụng trong các làng nghề Việt nam.

16
Chương 2
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
1. Sơ đồ cấu trúc và các module của hệ thống
1.1. Sơ đồ cấu trúc
Mô hình tổng quát cho một hệ thống có cấu hình đầy đủ như sau:


CCCH
CỬA
THOÁT
KHÍ
SENSOR
ĐO
NỒNG ĐỘ
CO, 02
CCCH
VAN NAP
KHÍ ĐỐT
Hinh 1: Sơ đồ cấu trúc h
ệ
thốn
g
THIẾT BỊ
LÀM MÁT
VÀ LỌC KHÍ
NÓNG
MỎ ĐỐT
TỰ ĐỘNG
TRỘN KHÍ
MÀN HÌNH GIAO
DIỆN

17
1.2. Module CPU (khối xử lý trung tâm)
Bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển trung tâm dspic33FJ256 MC710
Các đặc điểm cơ bản của vi điều khiển dsPIC33FJ256 .
Đây là một dòng chip dsp 16 bit, có khả năng xử lý tín hiệu số khá mạnh,với 8


Hình 2. Sơ đồ chân

18

Hình 3. Sơ đồ khối chung của dspic33FJ256 MC710 19
Với bộ nhớ chương trình FLAT là 256K, bộ nhớ Ram 30K cho phép ta thực
hiện được các bài toán phức tạp. Một đặc điểm nổi bật là ta có thể ghi xoá vào bộ
nhớ chương trình ngay trong lúc làm việc tương tự như bộ nhớ EEPROM, nhưng
tốc độ ghi xoá nhanh hơn so với sử dụng bộ nhớ EEPROM nhiều lần.
Trên chip có 24 kênh ADC 12 bit với tốc độ tối đa 500Ksp, vì vậy việc thực
hiện các bài toán đ
o lường trở lên đơn giản.
Hình 4. Sơ đồ khối kênh đọc ADC

20
Chip có thể hoạt động bằng nguồn dao động nội ở tần số tối đa 80Mhz, với tính
năng này giúp cho nó có thể hoạt động tốt trong môi trường có độ ẩm cao.

trực quan, điều này giúp cho người lập trình tiếp cận đối tượng rất nhanh chóng,
không cần mất nhiều thời gian nghiên cứu các chế độ của những thanh ghi điều
khiển.

Hình 6: Thiết lập cấu hình trực quan

22
Lập trình bằng Matlab Simulink
Ta có thể thiết kế hoạt động của vi mạch trên Matlab Simulink, việc này giúp
cho các lập trình viên rút ngắn thời gian lập trình, có thể thực hiện các thuật toán
điều khiển phức tạp (ví dụ như các bộ PID số, các bộ lọc số v v). Ngoài ra ta có
thể sử dụng code mà Matlab tạo ra và chỉnh sửa lại theo ý của riêng mình thông
qua phần mềm MPLAB C30.

Đây là loại IC khuyếch đại chuyên dụng của hãng Analog devices thường dùng
trong các thiết bị đo lường có độ chính xác cao.
Thông số kỹ thuật:
- Hệ số khuyếch đại có thể thay đổi từ 1 đến 1000.
- Độ trôi theo nhiệt độ khá nhỏ 0.6 µV/ºC
- Cấu trúc bên trong IC tương đươ
ng với 3 IC khuyếch đại mắc theo sơ đồ vi sai
- Điện áp hoạt động từ ±2.3 V đến ±18 V.
- Hệ số khuyếch đại được tính theo công thức sau:
Trong đó RG là điện trở nối giữa chân 1 và 8 Hình 8: Sơ đồ chân của IC AD620

24
• IC thời gian thực DS1307.
Đây là IC đồng hồ thời gian, nó cung cấp Giây, Phút, Giờ, Thứ, Ngày, Tháng,