LỜI CAM ĐOAN
Kính gửi : - Ban giám hiệu Trường đại học Hàng Hải.
- Các thầy,cô trong Khoa Điện – Điện tử trường đại học Hàng Hải.
- Viện đào tạo sau đại học trường đại học Hàng Hải.
Em tên là Trần Thị Thu Hồng, học viên lớp tự động hóa năm 2013. Em được
giao nhiệm vụ viết luận văn :”Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển công
nghệ nghiền sơn”.
Em xin cam đoan rằng:

Các nội dung của luận văn này do em tự nghiên

cứu và trình bày dưới sự hướng dẫn của thầy PGS. TS. Trần Anh Dũng, những
phần tham khảo sẽ được trích dẫn rõ ràng , không sao chép từ nghiên cứu của
người khác. Nếu có bất kì sự gian dối nào trong nội dung của luận văn , em xin
chịu trách nhiệm trước Khoa, Nhà trường và pháp luật.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hải phòng, ngày 16

tháng 9 năm 2015

Người viết cam đoan

Trần Thị Thu Hồng

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và nghiên cứu chuyên ngành Tự động hóa- Khoa sau
đại học- Trường Đại học Hàng hải, được sự dạy dỗ và hướng dẫn nhiệt tình của
các thầy cô đến nay tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Trong quá trình làm

1.1. Giới thiệu chung về công nghệ....................................................................................................5
1.2 Phân tích QTCN khâu muối...........................................................................................................6
1.3 Phân tích QTCN nghiền.................................................................................................................8
1.4 Phân tích quá trình công nghệ đóng gói sản phẩm.....................................................................13
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN CỦA MỘT MÁY NGHIỀN SỬ DỤNG PLC S7-20031
2.1 Chọn mô hình máy......................................................................................................................31
2.2 Thiết kế mạch động lực..............................................................................................................32
2.3 Thiết kế mạch điều khiển với PLC...............................................................................................38
CHƯƠNG 3. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN QTCN NGHIỀN CHO PLC S7-200..................................60
3.1 Giới thiệu chung về PLC S7-200..................................................................................................60
3.2 Tổng hợp danh sách các biến vào, ra và xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển cho PLC...........63
3.3 Viết chương trình điều khiển cho PLC S7-200.............................................................................69
KẾT LUẬN..............................................................................................................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................................................80

iii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng
1.1

Tên bảng

Trang

Các biến trạng thái của QTCN đóng gói sản phẩm theo hàm 17
thể tích

1.2

1.4
1.5

Tên hình
Quy trình công nghệ sản xuất sơn
Sơ đô hệ thống cung cấp dung môi cho quá trình muối
Sơ đồ QTCN khâu nghiền sơn
Cảm biến áp suất thấp.
Công tắc phao báo Level low

Trang
5
7
9
12
13

1.6
1.7

Công tắc phao loại phòng nổ bảo vệ mức chất lỏng cao.
Sơ đồ quá trình công nghệ đóng gói sản phẩm theo hàm thể

13
15

1.8
1.9
1.10



28

1.15
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6

vào thùng
Lưu đồ thuật toán vòng điều khiển số 4, đóng nắp thùng sơn.
Máy nghiền 2 thùng nghiền khiểu đứng
Bảng điều khiển, vận hành máy
Mạch động lực 2 bơm vào, ra
Mạch động lực và mạch điều khiển thứ cấp ĐC nghiền số 1.
Mạch động lực và điều khiển thứ cấp ĐC nghiền số 2.
Mạch giao tiếp giữa “Operation control panel” với PLC

29
31
31
32
34
36
38

2.7
2.8

v


2.15
2.16

Mạch đầu vào PLC từ bit I2.5 đến I3.4
Mạch đầu ra của PLC từ Q0.1 đến Q0.7 điều khiển các đèn

53
54

2.17

sự cố
Mạch đầu ra của PLC từ Q1.0 đến Q1.6 điều khiển các đèn

56

2.18

sự cố.
Mạch đầu ra của PLC, từ Q2.0 đến Q2.3 điều khiển các rơ le 57
trung gian để đóng mở 4 ĐC, từ Q2.4 đến Q2.7 và Q0.0 tới

3.1
3.2
3.3

các đèn báo

năm 2020 nước ta trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại. Từ nay đến
thời điểm đó, ngay từ bây giờ chúng ta phải đẩy mạnh nền kinh tế phát triển nhanh
nhưng phải đồng bộ trên tất cả các lĩnh vực: hạ tầng kỹ thuật đô thị, nông thôn;
lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, giao thông dịch vụ thì mới đáp ứng yêu cầu
phát triển kinh tế - xã hội.
Ngành công nghiệp hóa chất nói chung và ngành sản xuất sơn nói riêng có
vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, do vậy việc áp dụng tự động hóa các
khâu sản xuất là rất cần thiết nhằm bảo vệ người lao động giảm sự tác động của
hóa chất độc hại, bảo vệ môi trường, tăng năng suất.
Thực hiện Nghị quyết Đại hội toàn quốc về tiến trình xây dựng đất nước
trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày 25 tháng 7 năm 2013 Hội đồng
nhân dân thành phố Hải Phòng đã ra Nghị quyết về nhiệm vụ, giải pháp phát triển
khoa học và công nghệ phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội
nhập quốc tế thành phố hải Phòng đến năm 2020 , định hướng đến năm 2030 với
một số nội dung nói về phát triển khoa học công nghệ như sau :
+ Quan điểm phát triển :
- Khoa học công nghệ là quốc sách hàng đầu, động lực quan trọng
nhất để phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ Tổ quốc ; là nền tảng và động

1


lực đổi mới mô hình tăng trưởng ; nâng cao sức mạnh tổng hợp, nâng cao
năng suất lao động.....
- Phát triẻn khoa học công nghệ hướng vào phục vụ phát triển kinh tế- xã
hội, đảm bảo quốc phòng-an ninh của thành phố. Ưu tiên phát triển khoa học
công nghệ về biển, kinh tế biển, một số lĩnh vực công nghệ tiên tiến, công
nghệ cao, nhất là các ngành, lĩnh vực trọng điểm......
+ Mục tiêu phát triển :
- Khoa học công nghệ thực sự là động lực quan trọng nhất để nâng cao sức

cấp thiết bị, tự đưa ra đề xuất thiết kế của bản thân và xem xét tính khả thi, phù
hợp thực tiễn sản xuất. Đây chính là con đường ngắn nhất để đội ngũ kĩ sư trẻ trở
thành người làm chủ máy móc, thiết bị, tiến tới đưa ra các cải tiến để hệ thống
ngày càng phù hợp với thực tế sản xuất tại Việt Nam. Trong tương lai, những
người thợ, kĩ sư của chúng ta sẽ phải tự thiết kế, sản xuất thiết bị nhằm giảm sự
phụ thuộc vào nhà cung cấp thiết bị, tiết kiệm ngoại tệ cho đất nước.
- Khảo sát tình hình hoạt động sản xuất của Nhà máy.
- Phân tích, đánh giá hệ thống dây chuyền hoạt động của nhà máy.
- Đề xuất giải pháp nâng cấp một khâu, một công đoạn trong hệ thống dây
chuyền, nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và tiết kiệm chi phí trong
sản xuất.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu:
- Tổng quan về nhà máy và dây chuyền sản xuất.
- Phân tích, đánh giá từng khâu, từng bộ phận trong hệ thống dây chuyền sản
xuất của nhà máy.
- Biện pháp nâng cao hiệu suất, tiết kiệm điện năng trong quá trình sản xuất.
* Phạm vi nghiên cứu:
- Đề tài sẽ tiến hành phối hợp với lãnh đạo công ty và các cán bộ kỹ thuật để
tìm hiểu những khó khăn vướng mắc trong quá trình hoạt động sản xuất của hệ
thống dây chuyền thiết bị và những ý kiến đề xuất. Trên cơ sở đó phân tích hệ
thống, lựa chọn đề xuất giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiển cho phù hợp, nâng
cao hiệu suất làm việc và hiệu quả hoạt động của dây chuyền sản xuất.

3


4. Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phân tích qúa trình công nghệ sản xuất
Sơn.

Hình 1.1: Quy trình sản suất sơn công nghiệp.
Muối: là giai đoạn đầu của công nghệ, ở giai đoạn này các nguyên liệu đầu
vào là các hóa chất hữu cơ, vô cơ ở dạng: bột, hạt, dầu lỏng, dung môi…được
khuấy trộn trong các bồn, bể theo yêu cầu công nghệ . Dung tích bể được chọn tùy
theo khối lượng của mẻ sơn cần sản xuất.
Các thiết bị được sử dụng trong giai đoạn này là các máy bơm, các máy
khuấy dạng cánh nhào hoặc máy khuấy đĩa có công suất 5-30 Kw. Đa phần các
động cơ khuấy dạng này sử dụng hệ truyền động điện biến tần- động cơ. Toàn bộ
phần thuyền máy có gắn trục khuấy và cánh khuấy có thể nâng hạ dễ dàng nhờ ben
thủy lực, giúp công nhân dễ dàng cho bể khuấy vào, ra vị trí công tác.
Nghiền: sản phẩm của khâu muối thường có độ mịn chưa đạt yêu cầu, nên
cần được nghiền cho đến khi có độ mịn cho phép.
Các thiết bị được sử dụng trong khâu này là các máy nghiền. Các máy này
sử dụng nguyên lý đĩa nghiền quay với vận tốc cỡ 1000 rpm, cuốn theo các hạt
nghiền bằng thạch anh hoặc ceramic có độ cứng cao, các hạt này sẽ va chạm với
nhau liên tục và nghiền nhỏ sản phẩm sơn. Công suất của các máy nghiền dạng này
từ 35- 75 KW.
Pha: các sản phẩm cần có gam màu chính xác, cũng như các chỉ tiêu khác
như độ nhớt, độ bóng…Do đó sản phẩm cần được pha thêm các hóa chất cho đến
khi đạt chất lượng yêu cầu.
Thiết bị sử dụng trong khâu này chủ yếu là các mấy khuấy đĩa có công suất
cỡ 22- 30 KW.

5


Đóng gói sản phẩm: Các sản phẩm sơn được bao gói dưới các dạng thùng
hộp kim loại có trọng lượng: 1.5; 10; 25; 30 kg tùy theo sản phẩm và khách hàng.
Các thiết bị sử dụng ở khâu này là các máy đóng thùng bán tự động 0.6; 5; 20 lít…
1.2 Phân tích QTCN khâu muối

V1.2

V1.3

L
T

L
T

L
T

LI
H
C

P1.1

P1.2
P

P1.3

M

P

V2.1


Bể muối
4

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống cung cấp dung môi cho quá trình muối.
7

M


Để đảm bảo không cho các loại dung môi bơm lẫn vào nhau do người vận
hành thao tác nhầm, PLC được lập trình cho bảo vệ đó. Các van cùng nhóm với
nhau, ví dụ như nhóm van đáy téc V1.1; V1.2; V1.3…. sẽ không bật đồng thời
được. Hoặc các bơm P1.1; P1.2; P1.3…tại mỗi thời điểm ta chỉ vận hành được một
bơm duy nhất. Cuộn solenoid của các van sử dụng điện áp 24VDC và liên kết gián
tiếp với trạm PLC thông qua các rơ le trung gian . Trạng thái tự nhiên của các van
khi mất điện là đóng lại, do đó đảm bảo an toàn cháy nổ khi nghắt khẩn cấp, mất
nguồn do hoạt động cứu hỏa, cứu nạn.
Các động cơ bơm là loại ĐC kiểu phòng nổ 3 pha rô to lồng sóc có công suất
3 KW, tốc độ 1450 rpm. Kiểu bơm là loại ly tâm, do đó trong sơ đồ không xuất
hiện bảo vệ áp suất cao.
Để đo và chỉ thị dung tích nguyên liệu lỏng trong téc chứa, nhà chế tạo sử
dụng các sensor áp suất gắn dưới đáy téc có dải tín hiệu ngõ ra từ 4- 20mA, tương
ứng với dung tích còn lại từ 0- 30.000 lít. Tín hiệu này gửi về đồng hồ hiển thị số
để thủ kho biết được lương dung môi còn lại. Để đo được lượng dung môi đã cấp
cho từng bể muối, sơ đồ sử dụng duy nhất một Flow mettor hoạt động theo nguyên
lý bộ phát xung (Pulse generator) các tín hiệu được gửi về bộ đếm xung hiển thị số.
Dữ liệu thu được là số lít chất lỏng đã bơm.
1.3 Phân tích QTCN nghiền
Hỗn hợp bán thành phẩm là đầu ra của khâu muối sẽ là đầu vào của khâu
nghiền. Đây là QTCN cần kiểm soát khá nhiều các điều kiện để đảm bảo cho sản


T
S

Millbase
water out

L
S

DH
P

M

PS

WS ( cool water)

Outlet pump

P

One way valve

Inlet pump
M
2

Hình 1.3: Sơ đồ QTCN khâu nghiền sơn.


HC

: PLC điều khiển quá trình vận hành máy nghiền.
: Khối nút ấn điều khiển bằng tay (Operation Control Panel).

1.3.2 Vận hành quá trình nghiền
Trước khi đưa máy vào vận hành, đảm bảo rằng hệ thống cấp khí nén, nước làm
mát thùng nghiền đã sẵn sàng cấp cho máy. Đổ đầy dung môi làm mát, làm kín
phớt Seal liquit
Mở van tay ở đáy các bể muối, sơn sẽ chảy tới đầu vào của các bơm đầu vào,
khởi động bơm đầu vào. Khi thùng nghiền đã ngập lỏng, tiếp tục mở động cơ
nghiền chính và động cơ bơm đầu ra.

10


Điều chỉnh lưu lượng sơn qua thùng nghiền theo yêu cầu công nghệ bằng
cách tăng giảm tốc độ động cơ bơm vào, ra. Động cơ nghiền chính lai trục nghiền
với tốc độ không đổi qua khớp truyền động puli- dây đai (tốc độ của trục nghiền cỡ
khoảng 600 rpm). Điều chỉnh nhiệt độ thùng nghiền, dung môi làm mát buồng SL
bằng cách thay đổi góc mở van cấp nước lạnh để thay đổi lưu lượng nước.
1.3.3 . Các sự cố cần bảo vệ trong quá trình nghiền
a) Quá tải các động cơ M1; M2; M3
Do trong quá trình vận hành có thể các trục quay bị kẹt, các động cơ bị mất
pha nên các động cơ cần được bảo vệ quá tải nhờ các rơ le nhiệt. Các phần tử nhiệt
được mắc nối tiếp trong mạch động lực với động cơ, các tiếp điểm phụ sẽ báo tín
hiệu về về PLC, ra lệnh dừng toàn bộ máy, báo tên sự cố bằng đèn tín hiệu.
b) Áp suất thùng nghiền cao
Vì một lý do nào đó (tắc đầu ra sơn…) áp suất của thùng tăng lên, điều này

Khi lượng dung dịch cấp cho buồng làm kín không còn đủ, hệ thống sẽ
ngưng và đèn “Seal liquid level low” sẽ nhấp nháy. Điều này thực hiện nhờ cảm
biến mức, khi chất lỏng ngập hay không ngập cặp điện cực, điện trở giữa các điện
cực thay đổi, tín hiệu này sẽ được khuếch đại, chuyển đổi sang tín hiệu đóng mở
tiếp điểm.
Hoặc đơn giản hơn, ta sẽ sử dụng loại công tắc phao kiểu cảm ứng có khả
năng phòng nổ đặt dưới đáy bình, bảo vệ Level low.
12


Hình 1.5: Công tắc phao báo Level low.
f ) Bảo vệ nhiệt độ thùng nghiền cao
Khi sảy ra sự cố mất nước làm mát tuần hoàn qua vỏ thùng nghiền, nhiệt độ
sơn đầu ra của thùng nghiền sẽ tăng lên, cảm biến nhiệt độ sẽ báo cho PLC để xử
lý theo chương trình.
Cảm biến nhiệt loại này cũng là dạng cơ cấu lò xo rỗng, cuộn tròn. Biến dạng
của nó làm quay kim chỉ thị. Đồng hồ này có 2 kim, một kim để đặt nhiệt độ tới
hạn, một kim chỉ thị nhiệt độ thực ở điểm đo. Khi 2 kim gặp nhau, tiếp điểm sẽ
đóng, báo tín hiệu về PLC.
g) Bảo vệ tràn phễu rót DH
Khi có sự cố ở bơm đầu ra khiến cho lượng sơn không bơm đi kịp tới thùng
chứa kế tiếp và dâng lên gây tràn đổ sơn. Để bảo vệ sự cố này, tại các phễu sẽ gắn
các phao nổi gắn tiếp điểm để báo tín hiệu về tủ điều khiển.

Hình 1.6: Công tắc phao loại phòng nổ bảo vệ mức chất lỏng cao.
1.4 Phân tích quá trình công nghệ đóng gói sản phẩm
1.4.1 Dây chuyền đóng gói theo hàm thể tích
Do đây là phương pháp cho phép đóng gói tốn ít thời gian, vì không sử dụng tới
cảm biến trọng lượng nên nó được ứng dụng với loại sản phẩm có số lượng thùng
hộp lớn, trọng lượng tịnh tương đối nhỏ, độ chính xác không cần quá cao.


Z

Product
PT

Z
S

S
LS1

LS2

XL1

V2
XL2

V3

TT1

Turn table 1

M

M
HC


E

PS3

Hình 1.7: Sơ đồ quá trình công nghệ đóng gói sản phẩm theo hàm thể tích.
15


LS1, LS2: Limit switch, công tắc hành trình báo xy lanh XL1 ở cuối hành
trình ngược và thuận.
XL1: Xy lanh động lực khí nén 2 chiều có khoảng chạy điều chỉnh được nhờ
các khóa vít me, lai theo xy lanh XL2 do khớp nối cứng.
XL2: Xy lanh nạp và đẩy sơn có thể tích công tác:
V= L.S

(1.1)

Trong đó:
V: thể tích nạp, cũng chính là lượng sơn rót vào hộp ( lit ).
L: khoảng chạy piton ( dm ).
S: tiết diện lòng xy lanh XL2 ( dm2 ).
V3: van điều khiển logic khí nén dùng cho việc vận hành xy lanh XL1, nhận
tín hiệu điều khiển bởi PLC.
TT1: bàn xoay bằng kim loại quay liên tục trong suốt quá trình vận hành dây
chuyền, lai bởi động cơ điện, bật tắt bằng tay, độc lập với chương trình điều khiển
của PLC. Bàn dùng để chứa hộp rỗng và đẩy dần các hộp này vào băng chuyền
CC.
TT2: bàn xoay bằng kim loại quay liên tục trong suốt quá trình vận hành dây
chuyền, lai bởi động cơ điện, bật tắt bằng tay, độc lập với chương trình điều khiển
của PLC. Bàn dùng để chứa hộp sơn thành phẩm, chờ xếp vào thùng giấy.

V3= 1
PS1= 1
PS2= 1
PS3= 1
Br1= 1
Br2= 1
Br1= 0
Br2= 0
Mở van tay ở

Sự kiện

Ghi chú

Van V1 đóng
Van V1 mở
Công tắc phao FLS mở
Công tắc phao FLS đóng
Van V2 đóng
Van V2 mở
Xylanh XL1, XL2 ở cuối HT ngược
Xylanh XL1, XL2 ở cuối HT thuận
Van V3 đóng
Van V3 mở
Hộp đi qua PS1
Hộp đi qua PS2
Hộp đi qua PS3
Thanh chặn Br1 đã lao ra hết
Thanh chặn Br2 đã lao ra hết
Thanh chặn Br1 đã thụt vào hết

Mô tả vòng điều khiển:
Nhấn nút “ Start”→ Kiểm tra điều kiện ban đầu là barrier 2 chặn ( đóng),
barrier1 mở, nếu thỏa mãn→ Chờ sự kiện 1: hộp đi qua mắt quang SP1→ Đã có sự
kiện 1→ Đóng barrier 1 để chỉ cho phép 1 hộp vào vị trí rót→ Chờ sự kiện 2: hộp
vào chính xác vị trí rót, mắt quang SP3 bị che→ Nạp sơn vào xy lanh XL2→ Kiểm
tra đã nạp xong→ Rót sơn vào hộp→ Kiểm tra đã rót xong→ Mở barrier 2 cho hộp
đi ra→ Chờ cho hộp đi ra hoàn toàn→ Đóng barrier 2, mở barrier 1 cho hộp kế
tiếp vào vị trí rót.

18


Hình 1.9: Thuật toán điều khiển quá trình rót sơn vào hộ
1.4.2. Dây chuyền đóng gói theo hàm trọng lượng
Với những bao bì có dung tích tới 20 lít thì dây chuyền đóng gói theo hàm thể
tích không phù hợp vì lúc đó thể tích buồng xy lanh đong đếm sản phẩm lớn, tiêu
19