Đặt vấn đề Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hóa, để quá trình này phát triển nhanh chúng ta cần tập trung đầu tư vào các dây chuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao động và cho ra sản phẩm có chất lượng cao. Một trong những phương án đầu tư vào tự động hoá là việc ứng dụng PLC vào các dây chuyền sản xuất. Đối với những tính năng tiện ích của hệ thống PLC nên hiện nay bộ điều khiển này đang được sử dung rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau. Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ nhất hiện nay đó là ngành xây dựng, và việc ứng dụng PLC vào trong ngành xây dựng là một việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao và rất phù hợp, đặc biệt là trong công đoạn pha chế sơn.
Tự động ngày nay ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và công nghiệp. Ngành tự động đã phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, tiến bộ của những nghành khác như điện tử, tin học… Nhiều hệ thống điều khiển đã ra đời, nhưng phát triển mạnh, có khả năng phục vụ rộng và sử dụng thích hợp trong các nhà máy công nghiệp là bộ điều khiển PLC. Trên thực tế có nhiều phương pháp điều khiển như là dùng vi điều khiển, biến tần, PLC, điện tử công suất. Tuy nhiên sử dụng PLC có các ưu điểm như lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình đơn giản, gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa, dung lượng bộ nhớ lớn và giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác (máy tính, nối mạng và các module mở rộng).
Mục tiêu đề tài Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng,chủ yếu là sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng đồng thời cũng là hình thức trang trí thẩm mỹ,chính vì vậy màu sắc của sơn là một yếu tố quan tâm hàng. Đa số việc pha màu ngày trước trên thị trường đều được thực hiện trên phương pháp thủ công (tức theo kinh nghiệm). Chính vì vậy độ chính xác không cao, sản phẩm sản xuất ra đôi khi không theo mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, năng suất thấp, lãng phí sức lao động, thời gian… Để loại bỏ những nhược điểm trên cũng như để tạo ra những sản phẩm theo mong muốn, chỉ bằng các thao tác đơn giản dựa trên hệ thống đã được lập trình sẵn, nhóm em đã đưa bộ điểu khiển lập trình PLC vào để thực hiện cụ thể thành một dây chuyền sản xuất tự động: “Hệ thống pha màu sơn Tự Động”. 1 do an Mô hình này có thể nâng cấp để sử dụng trong hệ thống trộn bêtông và một số lĩnh vực khác như pha chế hoá chất, thực phẩm… 1.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động. Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất. Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ lao động sản xuất hiện đại. Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất.
Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép thực hiện cạnh tranh và đáp ứng điều kiện sản xuất. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1. Đối tượng nghiên cứu Hệ thống sản xuất sơn trong nhà máy thực tế. Bộ điều khiển PLC S7 300.
Phần mềm lập trình Step 7 Manager. Phần mềm thiết kế giao diện điều khiển WinCC Flexible. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu thiết kế cho mô hình hệ thống máy pha màu trộn sơn sử dụng PLC S7 300 để điều khiển các thiết bị van, cảm biến, động cơ và các thiết bị phần cứng. Sử dụng phần mềm Step 7 Manager và WinccFlexible để thiết kế giao diện điều khiển và lập trình cho hệ thống chạy tự động.
Phương hướng thực hiện đề tài Nghiên cứu mô hình máy trộn sơn trong công nghiệp để thi công mô hình thực tế bằng cách pha màu sơn từ 3 màu cơ bản: đỏ, vàng, xanh. Thiết kề và thi công phần cứng hệ thống trộn sơn sát với thực tế. Sử dụng PLC là công cụ để lập trình và điều khiển cho hệ thống vận hành tự động và bằng tay. Thiết kế giao diện và lập trình cho hệ thống trộng sơn bằng máy tính và kết nối màn hình HMI cảm ứng.
2 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Lý thuyết tổng quan về sơn nước 2. Khái niệm chung 2. Định nghĩa sơn nước Sơn nước là một hệ đồng nhất gồm chất tạo màng, bột màu, dung môi và một số hợp chất phụ gia khác, khi phủ lên bề mặt tạo thành một lớp phủ mỏng bám chắc, bảo vệ và trang trí bề mặt cần sơn.
Nhựa nhũ phân tán trong nước như nhựa Acrylic, Styren Acylic, Copoly Acrylic…Ngày nay sơn nước rất được ưa chuộng, vì dung môi là nước không gây ô nhiễm môi trường, giảm lượng dung môi bay hơi (VOC), rẻ hơn dung môi khác, nó chiếm thị phần khác cao khoảng 70-80% lượng sơn được sử dụng trên thế giới. Phân loại sơn nước theo lĩnh vực ứng dụng Sơn nội thất Sơn ngoại thất Sơn lót chống kiềm Sơn chống thấm Sơn bóng trong suốt … 2. Những thành phần trong sơn Ta có sơ đồ thành phần của sơn như sau: Phụ gia Bột màu + Chất tạo Sơn Phụ gia màng Nước Hình 2.1: Sơ đồ thành phần của sơn 3 do an Chất tạo màng: chiếm khoảng 10-60% là thành chính của sơn, quyết định đến tính chất của sơn, quyết định tính chất cơ lý của màng sơn. Chất tạo màng phải có tính bám dính, độ bền cơ học, độ bóng cao, chống thấm nước… Bột màu: tạo cho màng sơn có gam màu mong muốn, đồng thời cũng góp phần tăng tính cơ lý của sơn, tùy thuộc vào cường độ màu, chiếm khoảng 1-10% tổng khối lượng.
Chất độn: chiến khoảng 30-50% là thành phần không thể thiếu được trong sơn, góp phần hạ giá thành sản phẩm và tăng độ cứng, làm màng sơn có thịt, khả năng chịu va đập của màng sơn, trong một số trường hợp nó còn có thể thay thế cả bột màu. Phụ gia: chiếm khoảng 1-10%, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng sơn. Nước (dung môi) chiếm từ 10-40%, làm môi trường phân tán các hợp phần và điều khiển độ nhớt cho sơn. Quy trình sản xuất sơn Sơn nước hiện đang được sử dụng rộng rãi để sơn nhà trang trí và chống thấm trong các công trình xây dựng, kiến trúc.
Ưu điểm của sản phẩm này là không có hơi dung môi hữu cơ phát thải làm ô nhiễm môi trường, giảm độc hại, không gây ra cháy nổ.2: Mô hình máy trộn sơn 4 do an 2. Quy trình sản xuất sơn nước Quy trình sản xuất sơn trình bày trong hình sau: Hình 2.3: Quy trình sản xuất sơn Muối ủ: Ở công đoạn này, bột màu (oxit kim loại như oxit titan, thiếc, chì…) , bột độn (CaCO3, silica, đất sét.), phụ gia (chất phân tán, chất hoạt động bề mặt, chất tạo bọt v.v), một phần chất tạo màng là nhựa latex (vinyl-acrylic, styreneacrylic) và nước sạch được đưa vào thùng muối ủ, khuấy nhẹ để hỗn hợp trộn đều và trở nên đồng nhất, ủ trong thời gian vài giờ, sau đó mới chuyển sang công đoạn 2. Nhựa latex tan trong nước. Sau khi hỗn hợp nguyên liệu đã được thấm ướt và đồng nhất thành dạng paste, paste sơn được chuyển tiếp vào công đoạn khuấy trộn (công đoạn 2).
Phát thải từ công đoạn này là bụi bột màu, bột độn bay lên, bao bì đựng nguyên liệu ban đầu sau sử dụng. Pha sơn: Ở công đoạn này, paste sơn được bổ sung thêm đủ lượng chất tạo màng, phụ gia, nước và được khuấy ở thùng khuấy có máy khuấy tốc độ cao. Thùng khuấy sơn được làm lạnh vỏ thùng để giữ cho nhiệt độ hỗn hợp khuấy không bị nóng lên. Khi 5 do an hỗn hợp khuấy đã đạt được độ khuyếch tán đồng đều, độ mịn và độ linh động, sản phẩm cuối cùng sẽ được chuyển sang công đoạn đóng thùng.
Phát thải ở giai đoạn này là nước vệ sinh thiết bị, nước làm lạnh và tiếng ồn của máy khuấy. Lọc: Công đoạn này được thực hiện để loại bỏ tạp chất. Chất thải của công đoạn này là nước thải và cặn sơn. Đóng gói sản phẩm và nhập kho: Bao bì đựng sơn nước thường là bao bì nhựa.
Bao bì sau khi in phun nắp và dán nhãn được đóng sơn. Phát thải ở giai đoạn này là nước vệ sinh thiết bị, bao bì, nhãn mác hỏng. Các quá trình phụ trợ Vệ sinh Trong sản xuất sơn, quá trình vệ sinh các thùng chứa sơn đóng vai trò quan trọng để đảm bảo các yêu cầu về chất lượng sản phẩm. Tùy theo nguyên liệu sử dụng và loại sơn sản phẩm mà người ta sử dụng nước hay dung môi để vệ sinh thiết bị.
Nước hay dung môi từ quá trình vệ sinh chứa các hóa chất, chất màu chứa kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường. Làm mát Trong quy trình công nghệ sản xuất sơn, khâu nghiền phải sử dụng nước làm mát để hỗ hợp paste sơn không bị bay hơi dung môi, đồng thời làm ảnh hưởng tới tính chất của sơn sản phẩm. Nước được đưa qua hệ thống làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống khoảng 7oC trước khi đưa vào làm mát thiết bị nghiền sơn. Nước ra khỏi thiết bị có nhiệt độ cao sẽ được làm nguội sau đó đưa trở lại làm lạnh cho mục đích làm mát khâu nghiền.
Cần bổ sung một lượng nước do bay hơi, mất mát. Máy lạnh, khí nén Máy lạnh được sử dụng để tạo ra nước lạnh làm mát cho quá trình nghiền. Khí nén được dùng trong quá trình sản xuất sơn được cung cấp bởi máy nén khí. Máy nén khí tiêu tốn nhiều điện năng, khí nén được dự trữ ở áp suất cao trong các balông chứa khí, rất dễ bị rò rỉ, hao phí do thất thoát trên đường ống.
6 do an Chưng cất dung môi Trong nhà máy sản xuất sơn dung môi, một lượng dung môi thải từ quá trình vệ sinh thiết bị thường được thu gom để chưng cất, thu hồi thành dung môi sạch để sử dụng lại. Quá trình chưng cất dung môi là quá trình làm bay hơi dung môi sau đó ngưng tụ thành dạng lỏng, các tạp chất sẽ được loại bỏ.