PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong các lĩnh vực đời sống và sản xuất ngày nay, việc tự động hoá quá trình sản xuất là hết sức quan trọng, điều đó góp phần nâng cao năng suất, chất lƣợng và giảm giá thành sản phẩm. Chính vì vậy tự động hóa đã và đang đƣợc ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực, từ đời sống sinh hoạt tới các quá trình sản xuất. Yêu cầu đặt ra là phải tự động hóa tối đa các quá trình điều khiển, từ các công việc đơn giản trong đời sống thƣờng ngày của con ngƣời cho đến các quá trình sản xuất phức tạp.
Điều đó đã thúc đẩy các nhà khoa học nghiên cứu đƣa ra nhiều phƣơng pháp và thiết bị điều khiển tối ƣu. Hơn nữa với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, tin học, cơ khí cho phép các kỹ sƣ có nhiều lựa chọn khác nhau khi thiết kế. Một trong những lựa chọn mang lại hiệu quả cao khi thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá là sử dụng bộ điều khiển PLC (Programmer Logic Control) làm phần tử trung tâm của hệ thống điều khiển. Ngày nay, trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam, nhu cầu các sản phẩm chất dẻo trong kỹ thuật cũng nhƣ trong dân dụng ngày càng tăng.
Dựa trên cơ sở khoa học kỹ thuật công nghệ, thành tựu và sự phát triển mạnh mẽ của ngành vật liệu Polymer, các nhà sản xuất chất dẻo đã đƣa ra thị trƣờng một số lƣợng lớn chất dẻo, phong phú về chủng loại, có nhiều tính chất và ứng dụng khác nhau và có những ƣu nhƣợc điểm nhất định. Tính chất chung của chất dẻo là nhẹ, bền, đẹp, dễ gia công, tạo đƣợc nhiều mẫu mã đa dạng hơn, giá thành rẻ hơn các vật liệu khác có cùng công dụng cho nên nó có tính chất thay thế một số vật liệu truyền thống nhƣ gỗ, thép. Giá trị sử dụng của loại sản phẩm này đã xâm nhập vào mọi lĩnh vực của nền kinh tế và trong dân dụng. Nhu cầu và chất lƣợng của sản phẩm cũng nhƣ ứng dụng của nó ngày càng tăng.
Với các tính chất tốt nhƣ: dẻo, nhẹ, có thể tái chế… vật liệu nhựa đã thay thế các loại vật liệu khác nhƣ: sắt, đồng, nhôm, gang… đang ngày càng cạn kiệt dần trong tự nhiên. Vì vậy trong tƣơng lai, khả năng thay thế của nhựa đối với các vật dụng kim loại là rất lớn và ngành nhựa có tiềm năng phát triển cao. Với Việt Nam hiện nay, một nƣớc đang phát triển thì việc ứng dụng tự động hóa ngày càng đƣợc chú trọng và đầu tƣ nhằm thúc đẩy hiệu quả sản xuất và cải thiện cuộc sống. Một trong những ứng dụng to lớn của điều khiển tự động hóa trong cuộc sống, ta không 8 thể không nhắc đến đó là điều khiển tự động quá trình làm việc của máy đúc nhựa.
Góp phần không nhỏ trong sự phát triển kinh tế-xã hội phục vụ dân sinh. Căn cứ trên ƣu điểm của bộ điều khiển PLC và sự phát triển của các sản phẩm nhựa trong cuộc sống tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển máy đúc phun dùng bộ điều khiển PLC”. Đây là đề tài có ý nghĩa thực tiễn cao, cần phải đƣợc nghiên cứu và chọn phƣơng án hợp lý để nâng cao năng suất và chất lƣợng sản phẩm đúc nhựa. Lịch sử nghiên cứu Việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động máy đúc nhựa, đã đƣợc nhiều hãng phát triển và đƣa ra các sản phẩm thƣơng mại.
Ví dụ, bộ điều khiển máy ép phun nhựa SH900 của Đài Loan với các tính năng: - Tên sản phẩm: TFT-900-H - Kích thƣớc ngoài: 420x210x50 - Nhiệt độ hoạt động: 00C - 650C. - Nhiệt độ lƣu trữ: -40 0C - 850C - Màn hình: STN LCD 10.4in - Bộ nhớ trong: ghi nhớ 49 bộ khuôn (có thể mở rộng không giới hạn) - Nhiệt độ: 16 đoạn nhiệt độ. - Sai số nhiệt: 0.25% @+1C - Phạm vi nhiệt độ: Ktype 0-500oC - Thƣớc điều chỉnh: 4 đoạn (có thể mở rộng 6 đoạn) - Áp điều chỉnh: 4 đoạn (có thể mở rộng 6 đoạn) - Tốc điều chỉnh: 4 đoạn (có thể mở rộng 6 đoạn) - Thuỷ lực tiêu chuẩn: 2 kênh - tốc độ kiểm soát và áp suất (tuỳ chọn: 4 kênh - áp ghi hoặc chức năng khác). - Nguồn áp vào: 90-240Vac 15% 50/60HZ - Nguồn áp ra: 27Vdc 3.
Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu + Mục đích Đề tài tập trung vào nghiên cứu các nội dung chính sau: - Nghiên cứu tổng quan máy đúc phun nhựa 9 - Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy đúc phun nhựa dùng PLC làm bộ điều khiển trung tâm. + Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài: - Máy đúc phun nhựa: Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý làm việc của máy - Các tham số cần điều khiển trong máy đúc phun nhựa: nhiệt độ nóng chảy chất dẻo, áp suất phun, tốc độ phun. - Bộ điều khiển PLC Siemens S7 200 CPU 224 và các mô đun khác.
- Chƣơng trình lập trình cho PLC S7 – 200 là Step7. - Màn hình cảm ứng Delta - Bộ điều khiển nhiệt độ Omron - Thiết kế và viết chƣơng trình điều khiển máy. Tóm tắt những luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả + Luận điểm cơ bản Từ việc nghiên cứu nguyên lý hoạt động của máy đúc phun nhựa, luận văn đã chỉ ra đƣợc phƣơng án điều khiển hợp lý cho máy đúc phun nhựa cần điều khiển đó là phƣơng pháp điều khiển theo sự kiện, từ đó ứng dụng bộ điều khiển PLC để điều khiển hoạt động của máy đúc phun nhựa. + Đóng góp mới của tác giả - Đã đƣa ra đƣợc phƣơng pháp điều khiển hợp lý cho hệ thống cần điều khiển đó là phƣơng pháp điều khiển hệ thống theo trình tự và theo trạng thái thay đổi của các thông số chính trong hệ thống.
- Chọn và xác định các đặc tính làm việc, cách lắp, đặt đấu nối của các thiết bị của hệ thống điều khiển. - Xây dựng hàm trạng thái, giản đồ trạng thái, sơ đồ thuật toán của chƣơng trình chính cũng nhƣ các chƣơng trình con, viết chƣơng trình điều khiển hệ thống. - Thiết kế sơ đồ lắp đặt các thiết bị, sơ đồ mạch điều khiển và sơ đồ mạch đầu ra của hệ thống. Phƣơng pháp nghiên cứu Tôi sử dụng phƣơng pháp lý thuyết kết hợp với mổ phỏng trên phần mềm Automation Studio: - Nghiên cứu lý thuyết điều khiển hoạt động của máy đúc phun nhựa 10 - Nghiên cứu cấu tạo, cấu trúc, đặc tính làm việc của các thiết bị trong hệ thống điều khiển.
- Nghiên cứu lý thuyết về các kiểu dữ liệu, cấu trúc lệnh, hàm trạng thái, kỹ thuật lập trình của phần mềm lập trình Step 7. Từ cơ sở lý thuyết đó chúng tôi đƣa ra các phƣơng án điều khiển, xây dựng hàm trạng thái, sơ đồ thuật toán, lập trình điều khiển, thiết kế mạch điều khiển và thiết kế chƣơng trình mô phỏng hoạt động của hệ thống. 11 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG MÁY CÔNG NGHIỆP 1. Lịch sử hệ thống điều khiển trong máy công nghiệp Ngày nay, trong hầu hết các ngành kinh tế, kỹ thuật, nhất là các ngành công nghiệp đều áp dụng kỹ thuật tự động hoá.
Có thể nói, tự động hoá đã làm thay đổi diện mạo nhiều ngành sản xuất, dịch vụ. Ở nhiều nƣớc đã xuất hiện những nhà máy không có ngƣời, văn phòng không có giấy. Khắp nơi đã bắt gặp những thuật ngữ nhƣ thƣơng mại điện tử, chính phủ điện tử, máy thông minh, thiết bị thông minh. Tự động hoá có mặt từ khâu thiết kế đến khâu đóng gói sản phẩm trong một dây chuyền sản xuất.
Một trong những đặc trƣng của trình độ tự động hoá hiện đại là mức độ xử lí thông minh trong các tình huống xảy ra ở quá trình công nghệ. Vì vậy, cần có những cảm biến tinh xảo để nhận biết về các tình huống đó. Ngày nay, trên cơ sở những thành tựu của hệ thống tích hợp khoa học Micro và Nano (Micro Nanoscience Integrated System) nhiều tổ hợp các cảm biến tạo ra các cụm cảm biến đa năng, cho phép nhanh chóng nhận thức môi trƣờng và tình huống từ nhiều thông tin cùng một lúc. Ngày nay, ngƣời ta đã thừa nhận rằng, nói đến công nghiệp hoá, hiện đại hoá không thể không nói đến tự động hoá.
Mà linh hoạt hoá là một trong những tiêu chí quan trọng để đánh giá hệ thống tổ chức sản xuất đáp ứng yêu cầu cạnh tranh khốc liệt trên thị trƣờng. Những bƣớc đi từ số hoá đến máy tính hoá hệ thống sản xuất, dịch vụ ngày càng thực hiện theo con đƣờng mềm hoá, linh hoạt hoá để thích nghi với thị trƣờng biến động và đã có lịch sử phát triển lâu dài. Lịch sử phát triển quá trình tự động hóa máy công cụ đƣợc trình bày theo sơ đồ hình 1.1 [1] 12 Hệ thống cơ khí thuần túy <1900 Máy hơi nước 1860 ĐC 1 chiều 1870 Dynamos 1870 ĐC xoay chiều 1889 Bơm tuần hoàn 1880 Tăng truyền động ĐC đốt trong 1880 điện Hệ thống cơ khí có dẫn Máy chữ cơ khí,bơm động điện 1920 Rơ le, solenoid Khuyếch đại thủy lực Máy chữ điện Thủy lực, khí nén, điện Bộ điều khiển PI Hệ thống cơ khí có điều Turbin hơi nước Tăng điều khiển khiển tự động 1935 Máy bay tự động Transistor 1948 Thyristor 1955 Hệ thống cơ khí có điều Máy nâng kiểu khiển tương tự và tuần tự 1955 điện tử Máy tính số 1955 Process computer 1959 PM thời gian thực 1966 Tăng tự động điều Microcomputer 1971 khiển dùng máy tính, ĐK số, phân tán 1975 kết cấu tiểu hình Máy CNC Hệ thống cơ khí có điều Robot công nghiệp 1975 khiển số liên tục và tuần tự Dây truyền CN Ổ đĩa từ Vi điều khiển 1978 MT cá nhân 1980 Hệ thống fiedbus Sensor và actutor mới Tích hợp phần tử Tăng tích hợp điều Hệ thống cơ điện tử khiển quá trình dùng - Tích hợp cơ khí với phần máy tính Robot thông minh Microcomputer cứng điện tử FMS, CIM - phần mềm điều khiển 1985 Máy tính nhúng - Công nghệ thiết kế đồng thời Hàng không vũ trụ - Tích hợp chức năng Tự động hóa tòa nhà Hình 1. 1: Lịch sử phát triển của hệ thống điều khiển Ngày nay, đa số các máy công cụ hiện đại đều đƣợc điều khiển tự động.
Đây là điều kiện kỹ thuật cơ bản để thực hiện những dự án tự động hóa linh hoạt trên từng máy công cụ điều khiển số riêng lẻ, hay việc ghép nối chúng thành một hệ thống tự động linh hoạt để nâng cao năng suất và chất lƣợng sản xuất.