CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐỊNH LƯỢNG 1. Thực trạng của hệ thống cân bằng định lượng trong công nghiệp 1. Hệ thống đóng gói cân định lượng tự động Máy đóng gói cân định lượng tự động là thiết bị chuyên nghiệp dùng trong các nhà máy, xí nghiệp lớn của ngành thực phẩm, dược phẩm, nông nghiệp…Máy đóng gói cân định lượng sử dụng cân điện tử loadcell cho độ chính xác cao, thường dùng loại 4, 10, 14, 18 đầu cân kết hợp dùng để đóng gói sản phẩm. Việc đóng gói các sản phẩm theo 1 quy chuẩn khối lượng yêu cầu sự tỉ mỉ và cẩn thận để đạt sự chính xác cao nhất.
Vì thế máy đóng gói cân định lượng được ra đời. Máy đóng gói cân định lượng là sản phẩm dùng để đóng gói hạt, bánh kẹo, hoa quả, linh kiện…với chính xác cao. Máy đóng gói cân định lượng điện tử giúp xác định chính xác khối lượng nguyên vật liệu, hoạt động tự động mà cực kì hiệu quả.1: Máy đóng gói cân định lượng tự động Nguyên lý hoạt động: - Cân định lượng gồm có bồn chứa nguyên liệu, sản phẩm sẽ được đưa vào bồn chứa nguyên liệu này. Cơ cấu rung động giúp nguyên liệu được chuyển đến bồn chứa thứ 2, là bồn chứa giá trị cân.
Cảm biến trọng lượng, cảm biến này được lắp đặt phía dưới bồn chứa thứ 2, nhằm phát hiện giá trị cân. Cơ cấu xả liệu để xả liệu đã cân đến bước tiếp theo, bên dưới họng xả là một cơ cấu đóng gói, sau khi xả liệu ra máy sẽ tự động thực hiện lại quy trình cân. - Sau khi cân định lượng hoàn tất quá trình cân, nguyên liệu sẽ được tự động xả ra và đi qua cơ cấu tạo túi. Trước khi liệu được xả cơ cấu hàn hoạt động để tạo bao bì, liệu 1 xả sẽ được chứa trong bao bì.
Sau đó cơ cấu cắt sẽ hoạt động để cắt bao bì ra, cứ thế hoạt động liên tiếp. Đặc điểm của máy đóng gói cân định lượng: - Máy đóng cân định lượng tự động dùng màn hình sử dụng tiếng Anh dễ dàng cho việc thao tác, điều chỉnh máy dễ dàng - Hệ thống điều khiển lập trình PLC, chức năng ổn định hơn, điều chỉnh bất kì thông số hiệu quả, dễ dàng tối ưu hệ thống máy - Dùng động cơ servo cho phép nhất định điều chỉnh tốc độ đóng gói - Định lượng cân điện tử chính xác, độ sai lệch số nhỏ - Đầu cân định lượng dễ dàng tháo ra vệ sinh, bảo dưỡng. Thông số máy cân điện định lượng tự động 10 đầu cân: - Phạm vi định lượng: 10-1000 gam - Sai số: 1 – 2 % tùy nguyên liệu - Tốc độ cân: 15 – 35 lần/phút - Dung tích phễu cân: 1600ml - Màn hình: cảm ứng - Công suất: 1000W - Kích thước máy: 1620(L)×1000(W)×1100(H) - Trọng lượng: 420kg. Hệ thống cân trọng tải phương tiện Cân trọng tải phương tiện điện tử được sử dụng nhiều và rộng, hầu hết tất cả mọi nơi đều có hệ thống trạm cân điện tử vì sự chính xác, nhanh chóng và thuận tiện của trạm cân.
Khi sử dụng cân ô tô điện tử đã giúp con người tiết kiệm thời gian, công sức và hiệu quả, giảm nhiều sai sót không đáng có, tiết kiệm được vật tư, nhân công, thời gian, kiểm soát được chất lượng, số lượng sản phẩm, hàng hóa. Việc đầu tư lắp đặt hệ thống trạm cân ô tô là một sự đầu tư tương đối lớn nhưng chúng ta không thể phủ nhận hiệu quả kinh tế của hệ thống mang lại cho chúng ta. Nguyên lý hoạt động: Cân trọng tải phương tiện điện tử hoạt động theo nguyên lý chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu số. Các bộ phận chính của cân ô tô điện tử được phân biệt theo tên gọi, nhiệm vụ và chức năng của từng nhóm thiết bị.2: Hệ thống cân tải trọng ô tô Các chức năng của từng bộ phận: - Sàn cân: Là bộ phận chịu lực chính của cân.
Cân có trọng lượng lớn, đòi hỏi phải có hệ thống móng vững chắc để đặt sàn cân. - Cảm biến trọng lượng: Biến đổi trọng lượng thành tín hiệu điện rồi truyền về đầu đọc thông qua hộp nối dây. - Đầu hiển thị: Nhận tín hiệu từ loadcell truyền về, giải mã thành dữ liệu theo dạng số liệu. - Hộp nối dây: Có tác dụng là đầu nối nhiều tín hiệu của loadcell lại thành một và truyền về đầu cân, hộp nối dây có tác dụng cân chỉnh tín hiệu của các loadcell cho bằng nhau.
- Phụ kiện khác: Bảng đèn Led (bảng chỉ thị số to), máy tính, máy in, UPS,… - Phần mềm quản lý dữ liệu: quản lý dữ liệu cân. Cho phép in ngay phiếu cân khi xe qua bàn cân, tập hợp, thống kê, tính toán số liệu cân một cách chính xác, nhanh chóng. Trong nhà máy sản xuất xi măng Hệ thống cân băng định lượng tham gia vào quá trình sản xuất xi măng bao gồm: - Cân đo các nguyên liệu cho máy nghiền nguyên liệu theo các tỷ lệ, thành phần và năng suất đặt trước, cung cấp nhiên liệu để đốt đảm bảo lưu lượng sao cho phù hợp với điều kiện trước, trong và sau lò nung. - Ngoài ra hệ thống cân băng định lượng còn cân đo các nguyên liệu như than, thạch cao… cho các máy nghiền clinker, nghiền than, máy đóng bao, máy sản xuất gạch men… 3 Hình 1.3: Cân băng định lượng trong sản xuất xi măng Cấu tạo nguyên lý hoạt động cân băng định lượng xi măng: Vật liệu rắn được tháo ra từ các silo.
Bề dày của vật liệu trên băng tải thường được trải đều để đảm bảo mức chịu tải của băng tải là không thay đổi. Lưu lượng vật liệu có thể điều chỉnh thông qua điều chỉnh tốc độ của băng tải. Động cơ quay kéo theo hộp giảm tốc làm quay băng tải, đưa nguyên liệu xuống băng tải để vào máy nghiền. Vật liệu sẽ tác động lên cân và tín hiệu từ cân sẽ được đưa về tủ điều khiển.
Tại đây nhờ bộ biến tần sẽ điều khiển tốc độ quay của băng tải theo mức cần thiết. Năng suất cấp tỷ lệ thuận với tốc độ băng tải và trọng lượng vật liệu trên 1 mét băng tải. Để điều chỉnh năng suất bộ điều khiển sẽ tự động điều chỉnh tần số của biến tần làm thay đổi tốc độ của băng tải. Trong cân có 2 thông số được đo bao gồm: Trọng lượng vật liệu nằm trên băng tải, tốc độ của động cơ băng tải.
Kết luận Cùng với sự phát triển kinh tế, sự mở rộng sản xuất công nhiệp ứng dụng hệ thống cân định lượng ngày càng lớn. Không chỉ trong các nhà máy, xí nghiệp, nông lâm nghiệp mọi công đoạn xử lý nguyên liệu đều cần được định lượng, từ các lĩnh vực đơn giản như đưa ra một khối lượng nguyên liệu đầu vào để sản xuất, đến các công việc phức tạp như sử dụng trong thương mại để buôn bán, trao đổi. Vai trò của việc cân định lượng là không thể thiếu trong các hệ thống sản xuất tự động hoá như: các nhà máy xi măng, nhà máy nhiệt điện, đóng gói sản phẩm. Trong quá trình sản xuất tạo ra sản phẩm, khâu định lượng đóng vai trò hết sức quan trọng, nhằm xác định chính xác khối lượng nguyên vật liệu, bán thành phẩm và sản phẩm.
Các thiết bị định lượng có mặt hầu hết tại các công đoạn của quá trình sản xuất: 4 cung ứng tồn trữ nguyên vật liệu, cấp liệu cho từng giai đoạn công nghệ, định lượng và đóng gói sản phẩm,… Tự động điều khiển, giám sát các công đoạn của quá trình sản xuất nói chung và hệ thống cân băng định lượng và phân loại sản phẩm nói riêng là một trong các hệ thống phổ biến trong các dây truyền sản xuất công nghiệp, thương mại và xuất khẩu. Do đó vấn đề tiếp cận, làm chủ, tự thiết kế, chế tạo các hệ thống điều khiển và giám sát tự động của thiết bị định lượng là cần thiết, mang tính thực tiễn. Vì vậy, chúng em chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống cân bằng định lượng điều khiển và giám sát qua WinCC S7-1200” nhằm mục đích có thể làm chủ được quá trình công nghệ từ đó sản xuất hệ thống trong nước để có thể giảm giá thành chi phí lắp ráp sản xuất trong nước. Mục tiêu của đồ án Cân bằng định lượng là một hệ thống băng tải kết hợp với cân điện tử.
Nó có thể cân định lượng khối lượng nguyên liệu cho quá trình sản xuất sản phẩm ngay trên hệ thống bằng truyền cấp liệu. Điều này giúp cho quá trình hoạt động sản xuất của doanh nghiệp được diễn ra liên tục, đảm bảo được khối lượng thành phần nguyên liệu cho sản xuất được chính xác nhất. Từ đó giúp cho chất lượng sản phẩm đầu ra tốt nhất, đạt tiêu chuẩn cao và mang lại nhiều giá trị hơn. Tương ứng với mỗi hệ thống cân băng định lượng sẽ có thông số kỹ thuật riêng của nó để phù hợp cho loại nguyên liệu, sản phẩm và dây truyền của doanh nghiệp.
Hiện nay cân bằng định lượng đang được sử dụng rất phổ biến trong các dây chuyền sản xuất cần định lượng như: Nhà máy sản xuất thạch cao (cân bằng định lượng trong nhà máy thạch cao), nhà máy xi măng, nhà máy phân bón, nhà máy gạch, đóng gói bột, bánh kẹo, sữa,.giúp cấp nguyên liệu một cách chính xác. Hay như trong sản xuất nông sản xuất khẩu giúp phân loại ra những sản phẩm lỗi chưa đáp ứng được chỉ tiêu đề ra. Bên cạnh đó, cân băng tải còn được sử dụng nhiều trong các công ty chế biến, khai thác khoáng sản, nhiệt điện. Do đó, chúng em chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống cân bằng định lượng điều khiển và giám sát qua WinCC S7-1200” với những mục tiêu như sau: – Phân loại các sản phẩm bánh kẹo đóng từng gói nhỏ có khối lượng: 20g<m ≤40g, 40g< m ≤60g và m> 60g.
– Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, xây dựng mô hình hệ thống cân bằng định lượng sử dụng bộ điều khiển PLC – Giám sát điều khiển các cơ cấu chấp hành trên máy tính thông qua giao diện WinCC, số liệu cân hiển thị trực tiếp lên màn hình hiển thị LCD. Hệ thống có thể điều 5 khiển trực tiếp trên giao diện WinCC thuận lợi cho việc sử dụng, giám sát cũng như khi cần thay đổi sửa chữa hệ thống Ứng dụng: Hệ thống cân bằng định lượng nhằm tự động hóa quá trình sản xuất bánh kẹo cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động. Cơ sở lý thuyết của hệ thống cân bằng định lượng 1.