Đặt vấn đề Ngành dệt nhuộm là một ngành nghề truyền thống đã có từ lâu đời của dân tộc Việt Nam do đó việc bảo tồn ngành nghề truyền thống này của ông cha ta cần được nhân rộng và phát triển để tìm kiếm những sản phẩm nhuộm mới tốt hơn đáp ứng được nhiều nhu cầu của người tiêu dùng vì ở thế giới hiện đại và phát triển như hiện nay người ta không phải chỉ cần ăn chắc mặc bền mà còn phải đẹp, không chỉ phụ nữ mà ngay cả nam giới ngày nay cũng rất quan tâm đến thời trang, gu ăn mặc. Hàng loạt các chất liệu vải, các công nghệ nhuộm khác nhau được khai thác nhằm nâng cao tính thẩm mỹ và chất lượng. Ngoài các loại vải có sẵn ngày nay người ta còn thêm vào sự pha trộn của các loại sợi khác nhau để có thể làm hài lòng những khách hàng khó tính nhất. Các loại vải hiện có ngày nay Hình 1.
Các loại vải cotton được pha trộn 1 do an Sự đa dạng của các sản phẩm nhuộm ngoại nhập có chất lượng cao nhưng giá thành thấp đang ngày càng làm ngành dệt nhuộm tại nước ta dần mất chỗ đứng trên thương trường dệt lụa. Các nhà máy dệt nhuộm trong nước ta lao đao trước khó khăn sản phẩm làm ra nhưng không có người tiêu thụ. Từ đó cách mạng công nghiệp 4.0 được đánh giá là đòn bẩy cho ngành dệt nhuộm của Việt Nam ta phát triển, hàng loạt các máy móc trang thiết bị tiên tiến từ các nước Hàn Quốc, Trung Quốc … cũng lần lượt được nhập về. Để ngành dệt nhuộm có chỗ đứng như hiện nay phải kể đến công rất lớn của ngành hóa dệt cụ thể hơn là công nghệ sợi nhuộm đã đóng vai trò rất lớn không thể thiếu tạo nên tên tuổi cho ngành dệt nhuộm, phục vụ cho sinh hoạt trang trí ăn mặc của con người.
Các màu nhuộm đa dạng Hiện nay mặt hàng nhuộm và những sản phẩm nhuộm tối ưu của ngành đã dần dần đáp ứng được đa số những đòi hỏi về chất lượng màu sắc của vải sợi đủ khả năng cung cấp sản phẩm ra thị trường tiêu thụ. Khoa học kỹ thuật phát triển kéo theo ngành hóa chất thuốc nhuộm cũng phát triển theo, đến nay có rất nhiều hãng sản xuất thuốc nhuộm với nhiều chủng loại thuốc khác nhau trên thị trường tạo nên sự phong phú đủ khả năng phục vụ cho ngành nhuộm tạo ra những sản phẩm bền đẹp và đa dạng về chủng loại. Nhằm nâng cao thêm chất lượng sản phẩm cũng như giảm thiểu giá thành thì việc xây dựng một dây chuyển nhuộm vải liên tục, tự động là một việc làm rất cần thiết trong cuộc sống cải tổ ngành truyền thống dân tộc, Vì vậy nhóm quyết định lựa 2 do an chọn đề tài đồ án của nhóm là “ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN NHUỘM VẢI”. Mục tiêu Hệ thống mong muốn đạt được những yêu cầu sau: - Hệ thống có thể hoạt động xuyên suốt ở từng khu và tắt mở từng khâu theo mong muốn, được điều khiển và giám sát trực tiếp bởi kĩ sư và người vận hành.
- Hệ thống mô phỏng hoạt động ổn định theo đúng quy trình chuẩn của nhà máy, đáp ứng chính xác yêu cầu về thời gian và nhiệt độ cũng như tốc độ động cơ. - Hệ thống có thể giám sát và điều khiển qua màn hình HMI và phần mềm RSX logic 5000. - Alarm cảnh báo hoạt động chính xác khi gặp sự cố, phân quyền truy cập trên SCADA. - Truyền thông giữa các PLC của Allen Bradlley theo chuẩn Ethernet và ứng dụng chúng vào quy trình nhuộm vải theo 2 khu.
Nội dung nghiên cứu Nhóm tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: - Quy trình và dây chuyển nhuộm vải. - Dây chuyển động bộ và liên kết từ khu nhuộm qua khu xử lý hoàn tất. - Giám sát nhiệt độ và tốc độ của khâu nhuộm. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu được triển khai và áp dụng gồm có: - Sự hướng dẫn, kinh nghiệm và hiểu biết của PGS.TS Ngô Văn Thuyên – giảng viên hướng dẫn đồ án của nhóm.
- Qua các cổng thông tin internet, các bài viết, khái niệm, giải đáp thắc mắc liên quan đến hệ thống cũng như thu thập về số liệu sản phẩm. - Kinh nghiệm của người đi trước về việc thiết kế hệ thống liên quan. Giới hạn đề tài 3 do an Đề tài thực hiện có sự góp ý thực tế từ một số doanh nghiệp trong ngành để xây dựng thực nghiệm và hiệu chỉnh trên mô hình. Ngoài ra, vì sự giới hạn của phần cứng nên mô hình hệ thống điều khiển và giám sát quy trình nhuộm vải mà nhóm nghiên cứu và thiết kế chưa mang tính thực tế hoàn toàn khi chỉ giới hạn ở mức mô hình mô phỏng và vẫn còn thiếu khâu xử lý nước thải sau khi nhuộm trước khi đưa ra môi trường vì vấn đề môi trường là vấn đề nhất nhối hiện nay.
Mô hình được nhóm mô phỏng lại dựa trên các thiết bị sẵn có tại phòng thí nghiệm Rockwell Automation như máy tính, PLC, biến tần, động cơ, lò nhiệt, HMI,… và phần mềm RSLogix5000, Factory talk. 4 do an Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Quy trình nhuộm vải – sơ đồ khối Toàn bộ quy trình khâu nhuộm và xử lý hoàn tất được thể hiện như Hình 2. Vải mộc Tẩy hồ Giặt khử Nhuộm Giặt xả Cầm màu Vắt Sản phẩm Hình 2. Sơ đồ quy trình nhuộm vải 5 do an Quy trình của hệ thống nhuộm vải T/C được mô tả như Hình 2.1: - Bước 1: Vải được đưa vào hệ thống rũ hồ để rủ bỏ tạp chất và dầu máy trong quá trình dệt nhằm đảm bảo tính chất ăn màu của từng sợi vải trên bề mặt.
- Bước 2: Vải sau khi tẩy hồ được đưa vào hệ thống nhuộm màu PE bằng thuốc nhuộm phân tán. - Bước 3: Sau khi nhuộm màu PE vải được giặt xả sạch. - Bước 4: Vải được nhuộm màu cotton bằng thuốc nhuộm hoạt tính. - Bước 5: Vải sau khi nhuộm được giặt xả nhằm rủ bỏ những màu sắc dư thừa trên mặt vải.
- Bước 6: Vải được tiến hành cầm màu để cải thiện độ bền và ngăn chặn thuốc nhuộm kết tụ lại.2 Quy trình xử lý hoàn tất – sơ đồ khối. Quy trình của công nghệ xử lý hoàn tất được mô tả như Hình 2. Sấy Hoàn tất Comfit Sản phẩm Hình 2. Sơ đồ quy trình xử lý hoàn tất - Bước 1: Vải được sấy khô tách hết phần nước còn dư thừa ra khỏi vải.
- Bước 2: Sau khi sấy vải được đưa vào giai đoạn hoàn tất tạo cho vải có dáng đẹp bề ngoài, căng khổ, làm vải mềm hay cứng. - Bước 3: Comfit có tác dụng ủi thẳng vải, giúp cho vải mềm mịn và tươi xốp hơn.3 Nguyên lý hoạt động Quá trình loại, xử lý hoá học và nhuộm vải được thực hiện khi vải vẫn chuyển động liên tục qua một dãy các máy đặt liên hợp với nhau. Vải đạt chất lượng cao, thời gian gia công được rút ngắn. Vải được di chuyển trong môi trường với áp suất bình thường với nhiệt độ cao.
Dây chuyền nhuộm vải bao gồm các công đoạn sau: - Tẩy hồ: các sản phẩm dệt mộc (vải dệt kim, dệt thoi, dệt chỉ) còn chứa nhiều tạp chất như hồ, dầu mỡ…vì vậy tất cả các sản phẩm dệt mộc đều khô cứng, khó thấm các dung dịch hóa chất khác cho nên rất khó nhuộm màu, mặt khác nó lại chưa có độ trắng cần thiết cho nên ta cần phải xử lý vải trước khi nhuộm. Mục đích của công nghệ tẩy hồ là làm cho vải đạt được độ ổn định trước khi vào nhuộm. Ngoài ra, nó còn có tác dụng làm cho vải sạch trước khi nhuộm: sạch hồ, hóa chất, đạt được độ trắng cần thiết, không dính dầu dơ, lông trên mặt vải. Một số hoá chất được sử dụng trong quá trình tẩy hồ như NaOH, H2O2, Prostabil TD01, Texport – DA9.
Vải và hoá chất được đưa vào thiết bị nhuộm. Chạy lạnh từ 10 – 15 phút để hoá chất phân tán đều trong thiết bị, tăng nhiệt độ theo quy trình 1.5oC/min đến 100oC giữ trong 60 phút, sau đó hạ xuống 80oC để kiếm tra nếu đạt tiến hành giặt xả sạch. Tiếp đến hòa bằng CH3COOH từ 10 – 15 phút để trung hòa lượng kiềm dư còn bám trên xơ sợi và trong thiết bị. Giặt nóng ở 80oC trong 10 phút để loại bỏ hoàn toàn các tạp chất có trong xơ và các hóa chất còn sót lại trong quá trình nấu tẩy.
- Nhuộm PE: vải T/C là vải pha giữa PE và Cotton nên trong quá trình nhuộm ta tiến hành nhuộm PE bằng thuốc nhuộm phân tán trước. Tại đây cho vải, nước, acid acetic, chất đều màu, thuốc nhuộm vào thiết bị và chạy máy trong 15 phút. Gia nhiệt đến nhiệt độ nhuộm 130oC và giữ ở nhiệt độ này trong khoảng thời gian từ 30 – 60 phút tùy màu đậm hay nhạt. Sau đó tiến hành giặt xả sạch.
Sau đó tiến hành giặt khử và giặt nóng ở 80oC trong 20 phút rồi xả. Màu vải sau khi nhuộm phải đều không có đốm nhuộm, sọc nhuộm hoặc loang màu. - Nhuộm cotton: vải sau khi được nhuộm PE được tiến hành nhuộm cotton bằng thuốc nhuộm hoạt tính (Procion, Cibacron, Sulfix,…). Quá trình nhuộm cotton cần sử dụng một số chất trợ nhuộm như: Na2SO4 (chất điện li giúp cho thuốc nhuộm phân tán đều trên bề mặt xơ sợi), Na2CO3 (tạo môi trường kiềm, giúp thuốc 7 do an nhuộm tạo liên kết hóa học với xơ sợi), Level DLR (chất đều màu cho cotton), Fix 300L (chất cầm màu cho cotton).
Quá trình này bắt đầu ở 300C cho vải, nước, chất đều màu, thuốc nhuộm, muối Na2SO4 vào thiết bị và để máy chạy trong 20 phút, gia nhiệt độ đến nhiệt độ nhuộm 600C. Khi đạt đến nhiệt độ nhuộm, cho Na2CO3 vào Na2CO3 được cho vào từ từ, có thể chia làm nhiều lần, mỗi lần cách nhau 10 phút. Giữ nhiệt độ ở 60oC trong khoảng thời gian từ 30 – 90 phút tùy màu đậm hay nhạt. Sau đó tiến hành giặt xả sạch.
Tiếp theo trung hoà bằng CH3COOH từ 10-15 phút để tung độ bền màu cho sản phẩm. Cuối cùng giặt nóng ở 80oC với chất giặt trong 20 phút rồi xả. - Giặt xả: sau khi nhuộm, để khử những phần tử thuốc nhuộm không liên kết với vải, vải sẽ được giặt mạnh ở dạng mở khổ trong hệ thống giặt liên tục. Hệ thống này thực hiện một số chức năng riêng như giặt bằng dung dịch xà phòng nước nóng và nước lạnh, và khi cần thiết làm cả nhiệm vụ xử lý vải bằng dung dịch chất oxy hoá chất khử, dung dịch acid hoặc base.