Khóa Luận Tốt Nghiệp: Thiết Kế Hệ Thống Khống Chế Thời Gian và Lượng Sơn Phủ Ứng Dụng Kỹ Thuật PLC

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Thiết kế hệ thống khống chế thời gian và lượng sơn phủ lên gương ứng dụng kỹ thuật plc, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu

• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Khống Chế Thời Gian và Lượng Sơn Phủ Ứng Dụng Kỹ Thuật PLC

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Quan điểm nghiên cứu thiết kế
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG KHỐNG CHẾ THỜI GIAN VÀ LƯỢNG SƠN PHỦ LÊN GƯƠNG
• 2.1. Tìm hiểu về máy sơn trong dây chuyền sản xuất gương
• 2.1.1. Hệ thống sơn
• 2.1.2. Hệ thống gia nhiệt
• 2.1.3. Quạt sấy khô
• 2.1.4. Hệ thống điện
• 2.2. Quy trình làm việc của máy
• 2.3. Đề xuất phương án cải tiến và nhiệm vụ thiết kế hệ thống điều khiển máy sơn
• 2.3.1. Lựa chọn cảm biến và đề xuất phương án cải tiến
• 2.3.1.1. Máy phát tốc độ DC (Tachogenerator DC)
• 2.3.1.2. Máy phát tốc xoay chiều
• 2.3.2. Lựa chọn sensor nhiệt độ
• 2.3.2.1. Termistor
• 2.3.2.2. Sensor nhiệt độ lưỡng kim (Bimetal)
• 2.3.2.3. Sensor nhiệt độ thủy ngân
• 2.3.3. Các sơ đồ đấu nối sensor
• 2.3.3.1. Sơ đồ cầu đo
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VI ĐIỀU KHIỂN VÀ KỸ THUẬT PLC
• 3.1. Cơ sở của phép điều khiển
• 3.2. Những ưu việt khi sử dụng PLC so với Relay
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PLC
• 4.1. Lắp đặt dây dẫn để truyền tín hiệu và điều khiển
• 4.2. Đấu nối dây nguồn
• 4.2.1. Đấu nối dây tín hiệu vào LOGO
• 4.2.2. Đấu nối đầu ra (đầu điều khiển của LOGO)
• 4.2.3. Khởi động LOGO
• 4.2.4. Lập trình cho LOGO
• 4.2.5. Đấu nối LOGO (mảng đấu nối)
• 4.2.6. Các chức năng cơ bản của LOGO
• 4.2.6.1. Hàm chức năng AND
• 4.3. Chuyển đổi sơ đồ nguyên lý điện sang các biểu diễn Block để thực hiện chương trình trong LOGO
• 4.4. Nhập chương trình cho LOGO
• 4.4.1. Xác định các tham số, thời gian hoạt động của máy sơn
• 4.4.2. Tổng hợp mô hình toán học theo đồ thị vòng
• 4.5. Lập chương trình
• KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hướng Dẫn Tổng Quan Về Hệ Thống Khống Chế Sơn Phủ PLC

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa, việc tự động hóa sản xuất đóng vai trò then chốt quyết định năng suất và chất lượng sản phẩm. Ngành công nghiệp sơn phủ bề mặt, đặc biệt là trong các dây chuyền sản xuất gương, đòi hỏi độ chính xác cực cao về thời gian và độ dày lớp phủ. Bất kỳ sai lệch nào cũng có thể dẫn đến sản phẩm lỗi, lãng phí vật liệu và giảm hiệu quả kinh tế. Để giải quyết thách thức này, thiết kế hệ thống khống chế thời gian và lượng sơn phủ ứng dụng kỹ thuật PLC đã trở thành một giải pháp công nghệ ưu việt. Hệ thống này sử dụng bộ điều khiển logic khả trình (PLC) làm trung tâm xử lý, tích hợp các cảm biến công nghiệp và cơ cấu chấp hành để điều khiển toàn bộ quy trình một cách tự động. Mục tiêu chính là thay thế các thao tác thủ công, loại bỏ các yếu tố chủ quan và đảm bảo mọi sản phẩm đều đạt chất lượng đồng nhất. Dựa trên nghiên cứu tại nhà máy tráng gương Cát Thành, giải pháp này không chỉ khắc phục những hạn chế của hệ thống cũ mà còn mở ra tiềm năng tối ưu hóa quy trình sản xuất một cách toàn diện. Việc áp dụng PLC giúp hệ thống trở nên linh hoạt, dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển để phù hợp với các loại sản phẩm khác nhau mà không cần can thiệp vào phần cứng. Đây là nền tảng cho các mô hình điều khiển công nghiệp hiện đại.

1.1. Vai trò của tự động hóa trong dây chuyền sơn công nghiệp

Tự động hóa là yếu tố sống còn trong các dây chuyền sơn tĩnh điện và sơn phủ hiện đại. Vai trò của nó không chỉ dừng lại ở việc thay thế sức lao động của con người. Quan trọng hơn, tự động hóa giúp kiểm soát chặt chẽ các thông số quy trình như tốc độ băng tải, lưu lượng sơn, nhiệt độ sấy và thời gian phủ. Việc này đảm bảo lớp sơn được phủ đều, có độ dày đúng theo yêu cầu kỹ thuật, từ đó nâng cao chất lượng và độ bền của sản phẩm cuối cùng. Hơn nữa, một hệ thống phun sơn tự động giúp giảm thiểu sai sót do con người gây ra, tăng tính nhất quán và giảm tỷ lệ phế phẩm. Điều này trực tiếp dẫn đến việc tiết kiệm vật liệu sơn và tối ưu hóa chi phí sản xuất. Trong môi trường làm việc có hóa chất độc hại như xưởng sơn, tự động hóa còn giúp bảo vệ sức khỏe cho người lao động, tạo ra một môi trường sản xuất an toàn và bền vững hơn.

1.2. Giới thiệu Bộ điều khiển logic khả trình PLC là gì

Bộ điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controller - PLC) là một thiết bị máy tính công nghiệp chuyên dụng. Nó được thiết kế để hoạt động bền bỉ trong môi trường khắc nghiệt của nhà máy, có khả năng chống rung, chống nhiễu và chịu được nhiệt độ cao. Chức năng chính của PLC là nhận tín hiệu từ các thiết bị đầu vào (như cảm biến, nút nhấn), thực thi một chương trình logic đã được lập trình sẵn, và sau đó xuất tín hiệu điều khiển đến các thiết bị đầu ra (như động cơ, van điện từ, đèn báo). Nhờ tính linh hoạt trong lập trình PLC, người dùng có thể dễ dàng thay đổi logic điều khiển mà không cần đấu nối lại dây điện như các hệ thống rơ-le truyền thống. Đây chính là ưu điểm vượt trội giúp PLC trở thành "bộ não" của hầu hết các hệ thống tự động hóa ngày nay, từ những ứng dụng đơn giản đến các dây chuyền sản xuất phức tạp.

II. Thách Thức Khi Kiểm Soát Lượng Sơn Phủ Theo Cách Cũ

Các phương pháp điều khiển thủ công hoặc bán tự động trong dây chuyền sơn phủ tồn tại nhiều hạn chế cố hữu, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sản xuất. Thách thức lớn nhất là việc kiểm soát chất lượng lớp phủ một cách đồng đều. Theo tài liệu nghiên cứu, hệ thống cũ tại nhà máy thường gặp phải các vấn đề như "Gương sau khi sơn có những vết sọc" và "Bề mặt lớp sơn dày, mỏng không đồng đều". Nguyên nhân chính là do sự phụ thuộc vào kinh nghiệm và thao tác của công nhân, khó đảm bảo tính nhất quán giữa các ca làm việc và các lô sản phẩm. Tốc độ băng tải không được điều khiển linh hoạt theo sự hiện diện của sản phẩm, dẫn đến lãng phí sơn khi không có gương trên dây chuyền. Việc điều chỉnh các thông số như tốc độ, nhiệt độ sấy thường mất thời gian và không đạt độ chính xác cao. Hơn nữa, hệ thống điều khiển bằng rơ-le truyền thống rất phức tạp, cồng kềnh, khó bảo trì và sửa chữa khi có sự cố. Khi cần thay đổi quy trình cho một loại sản phẩm mới, việc đấu nối lại toàn bộ mạch điện là một công việc tốn kém cả về thời gian và chi phí. Những yếu điểm này là động lực thúc đẩy việc nghiên cứu và áp dụng một giải pháp tự động hóa sản xuất tiên tiến hơn.

2.1. Phân tích các lỗi thường gặp trên bề mặt lớp phủ sơn

Chất lượng bề mặt lớp phủ là chỉ tiêu quan trọng nhất. Các lỗi phổ biến bao gồm vết sọc, độ dày không đều, hiện tượng da cam, và bọt khí. Vết sọc thường xuất phát từ việc tốc độ băng chuyền và lưu lượng phun sơn không đồng bộ. Khi băng chuyền chạy quá nhanh hoặc quá chậm so với lượng sơn phun ra, lớp sơn sẽ bị kéo dãn hoặc tích tụ, tạo thành các đường sọc. Độ dày không đồng đều là hệ quả của việc không kiểm soát được khoảng cách từ súng phun đến bề mặt sản phẩm và áp suất phun. Các phương pháp thủ công rất khó để duy trì các thông số này một cách ổn định trong suốt quá trình sản xuất. Những lỗi này không chỉ làm giảm giá trị thẩm mỹ mà còn ảnh hưởng đến tuổi thọ và khả năng bảo vệ của lớp sơn, đòi hỏi phải có một hệ thống kiểm soát chất lượng lớp phủ chính xác.

2.2. Hạn chế của hệ thống điều khiển bằng rơ le truyền thống

Hệ thống điều khiển bằng rơ-le, mặc dù đã từng phổ biến, nay bộc lộ nhiều nhược điểm. Thứ nhất, hệ thống này rất cồng kềnh, chiếm nhiều không gian tủ điện. Thứ hai, việc đi dây phức tạp, tốn nhiều thời gian lắp đặt và tăng nguy cơ xảy ra lỗi do đấu nối sai. Thứ ba, độ tin cậy thấp hơn PLC do các tiếp điểm cơ khí của rơ-le có thể bị mài mòn, oxy hóa theo thời gian. Khó khăn lớn nhất là tính linh hoạt: mỗi khi muốn thay đổi logic điều khiển, kỹ thuật viên phải thay đổi toàn bộ sơ đồ đấu dây. Điều này làm cho việc bảo trì, nâng cấp hay tối ưu hóa quy trình sản xuất trở nên vô cùng phức tạp và tốn kém, không đáp ứng được yêu cầu sản xuất linh hoạt trong thời đại công nghiệp 4.0.

III. Phương Pháp Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Bằng PLC Tối Ưu

Để giải quyết các vấn đề nêu trên, phương án thiết kế hệ thống khống chế thời gian và lượng sơn phủ ứng dụng kỹ thuật PLC được xây dựng dựa trên nguyên tắc tự động hóa toàn diện. Sơ đồ khối của hệ thống bao gồm ba thành phần chính: thiết bị đầu vào, bộ điều khiển trung tâm và thiết bị đầu ra. Thiết bị đầu vào là các cảm biến công nghiệp, có nhiệm vụ thu thập thông tin từ môi trường sản xuất. Cụ thể, cảm biến laser được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của tấm gương trên băng chuyền, và cảm biến nhiệt độ dùng để giám sát nhiệt độ trong buồng sấy. Tín hiệu từ các cảm biến này được gửi về bộ điều khiển trung tâm là PLC Siemens S7-1200 (hoặc LOGO! 230RC như trong đề tài gốc). Tại đây, PLC sẽ thực thi chương trình đã được lập trình sẵn trên phần mềm TIA Portal. Dựa trên logic điều khiển, PLC sẽ xuất tín hiệu để điều khiển các thiết bị đầu ra, bao gồm biến tần điều khiển tốc độ của động cơ băng chuyền và các rơ-le cấp nguồn cho hệ thống gia nhiệt. Toàn bộ quá trình được giám sát và vận hành thông qua một màn hình HMI, cho phép người vận hành dễ dàng cài đặt thông số và theo dõi trạng thái hệ thống. Đây là một đồ án điều khiển tự động điển hình, kết hợp hài hòa giữa phần cứng và phần mềm.

3.1. Lựa chọn thiết bị PLC cảm biến và cơ cấu chấp hành

Việc lựa chọn thiết bị phù hợp là yếu tố quyết định sự thành công của hệ thống. PLC Siemens S7-1200 được chọn vì độ tin cậy cao, khả năng xử lý mạnh mẽ và hỗ trợ nhiều module mở rộng. Đối với cảm biến, cảm biến quang (laser) được ưu tiên để phát hiện sản phẩm vì độ chính xác và tốc độ phản hồi nhanh. Cảm biến nhiệt độ loại PT100 hoặc cặp nhiệt điện được sử dụng cho dàn sấy để đảm bảo dải đo rộng và độ chính xác. Về cơ cấu chấp hành, biến tần điều khiển tốc độ là lựa chọn tối ưu để điều chỉnh tốc độ động cơ băng chuyền một cách mượt mà và chính xác. Các van điện từ được dùng để đóng/mở dòng chảy của sơn một cách nhanh chóng. Sự kết hợp này tạo nên một mô hình điều khiển công nghiệp hoàn chỉnh và hiệu quả.

3.2. Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của hệ thống tự động

Nguyên lý hoạt động của hệ thống được mô tả như sau: Khi tấm gương đi vào đầu dây chuyền, cảm biến laser 1 phát hiện và gửi tín hiệu về PLC. PLC nhận tín hiệu, kích hoạt biến tần để tăng tốc độ băng chuyền, đồng thời mở van sơn. Tấm gương di chuyển nhanh qua cầu sơn, nhận một lớp phủ mỏng và đều. Khi tấm gương đi qua cảm biến laser 2 (đặt sau cầu sơn), PLC nhận tín hiệu và điều khiển biến tần giảm tốc độ băng chuyền về mức bình thường để di chuyển vào buồng sấy. Trong buồng sấy, cảm biến nhiệt độ liên tục gửi dữ liệu về PLC. PLC sẽ điều khiển hệ thống đèn sấy (bật/tắt) để duy trì nhiệt độ trong khoảng cài đặt. Quá trình này đảm bảo giám sát và thu thập dữ liệu liên tục, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

IV. Bí Quyết Lập Trình PLC Điều Khiển Dây Chuyền Sơn Tự Động

Linh hồn của hệ thống tự động hóa chính là chương trình điều khiển được nạp vào PLC. Việc lập trình PLC đòi hỏi tư duy logic và sự am hiểu sâu sắc về quy trình công nghệ. Với PLC Siemens S7-1200, ngôn ngữ lập trình phổ biến là Ladder Logic (LAD), Function Block Diagram (FBD) và Statement List (STL), được thực hiện trên nền tảng phần mềm TIA Portal. Chương trình được xây dựng dựa trên thuật toán điều khiển đã được thiết kế. Các khối hàm chức năng cơ bản như AND, OR, NOT được sử dụng để xử lý các tín hiệu logic từ nút nhấn và cảm biến. Các khối hàm chức năng đặc biệt như Timer (bộ định thời) và Counter (bộ đếm) đóng vai trò quan trọng. Ví dụ, hàm ON-Delay (Trễ bật) được dùng để tạo ra một khoảng thời gian chờ trước khi băng chuyền tăng tốc, đảm bảo sản phẩm đã vào đúng vị trí. Hàm Counter có thể được sử dụng để đếm số lượng sản phẩm đã hoàn thành. Ngoài ra, việc lập trình điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) cho vòng lặp nhiệt độ là cần thiết để duy trì nhiệt độ sấy ổn định và chính xác, tránh hiện tượng quá nhiệt hoặc thiếu nhiệt. Giao diện màn hình HMI cũng cần được thiết kế trực quan, cho phép người vận hành dễ dàng cài đặt các tham số như thời gian trễ, nhiệt độ mong muốn và tốc độ băng chuyền.

4.1. Sử dụng các khối hàm Timer và Counter trong điều khiển

Các khối hàm Timer (bộ định thời) và Counter (bộ đếm) là công cụ không thể thiếu trong lập trình PLC. Timer được sử dụng để tạo ra các khoảng thời gian trễ, điều khiển thời gian hoạt động của một thiết bị. Trong hệ thống sơn, Timer ON-Delay (TON) có thể dùng để trì hoãn việc phun sơn sau khi cảm biến phát hiện sản phẩm, đảm bảo súng phun chỉ hoạt động khi sản phẩm ở đúng vị trí. Timer OFF-Delay (TOF) có thể giữ cho quạt sấy hoạt động thêm một khoảng thời gian sau khi sản phẩm đã ra khỏi buồng sấy. Counter được dùng để đếm sự kiện, ví dụ như đếm số lượng sản phẩm đã đi qua dây chuyền, giúp cho việc thống kê sản xuất và lên kế hoạch bảo trì được chính xác.

4.2. Lập trình giao diện giám sát trên màn hình HMI

Màn hình HMI (Human-Machine Interface) là cầu nối giữa con người và máy móc. Lập trình HMI bao gồm việc thiết kế các màn hình giao diện với các nút nhấn ảo, trường nhập dữ liệu, biểu đồ, và cảnh báo. Giao diện cần được thiết kế thân thiện, dễ hiểu, cho phép người vận hành có thể: (1) Khởi động/dừng hệ thống; (2) Cài đặt các thông số như nhiệt độ sấy, tốc độ băng chuyền; (3) Theo dõi trạng thái hoạt động của các thiết bị theo thời gian thực (động cơ đang chạy, đèn sấy đang bật); và (4) Nhận các cảnh báo khi có lỗi xảy ra (ví dụ: nhiệt độ quá cao). Một giao diện HMI tốt giúp giảm thời gian đào tạo và hạn chế sai sót trong vận hành.

V. Kết Quả Ứng Dụng Thực Tiễn và Hiệu Quả Của Hệ Thống

Việc triển khai hệ thống khống chế thời gian và lượng sơn phủ ứng dụng kỹ thuật PLC đã mang lại những kết quả tích cực và có thể đo lường được. Hiệu quả rõ rệt nhất là sự cải thiện về chất lượng sản phẩm. Theo báo cáo, hệ thống mới đã "khắc phục được những tình trạng xấu trên sản phẩm" như loại bỏ hoàn toàn các vết sọc và đảm bảo lớp sơn có độ dày đồng đều trên toàn bộ bề mặt gương. Điều này giúp nâng cao giá trị thương mại của sản phẩm và tăng uy tín của nhà máy. Thứ hai, hệ thống giúp tiết kiệm vật liệu sơn một cách đáng kể. Nhờ cơ chế chỉ phun sơn khi có sản phẩm và kiểm soát chính xác lượng sơn, lượng vật liệu bị lãng phí đã giảm thiểu. Thứ ba, năng suất lao động tăng lên do giảm thiểu thời gian dừng máy để điều chỉnh và loại bỏ các công đoạn sửa lỗi thủ công. Hệ thống hoạt động ổn định, tin cậy, giảm chi phí bảo trì so với hệ thống rơ-le cũ. Quá trình giám sát và thu thập dữ liệu qua HMI cũng cung cấp những thông tin giá trị cho ban quản lý để liên tục tối ưu hóa quy trình sản xuất. Giải pháp kỹ thuật này chứng minh tính khả thi và hiệu quả, có thể áp dụng rộng rãi cho các nhà máy sản xuất vừa và nhỏ.

5.1. So sánh hiệu quả trước và sau khi tự động hóa dây chuyền

Trước khi tự động hóa, dây chuyền sản xuất phụ thuộc nhiều vào yếu tố con người, tỷ lệ phế phẩm cao và năng suất không ổn định. Sau khi áp dụng hệ thống điều khiển PLC, các chỉ số đã cải thiện rõ rệt. Tỷ lệ sản phẩm đạt chất lượng ngay từ lần đầu tiên tăng mạnh. Thời gian hoàn thành một lô sản phẩm được rút ngắn. Lượng sơn tiêu thụ trên mỗi sản phẩm giảm xuống. Chi phí nhân công cho việc vận hành và sửa lỗi cũng được cắt giảm. Bảng so sánh các chỉ số kinh tế - kỹ thuật này là minh chứng thuyết phục nhất cho lợi ích mà tự động hóa sản xuất mang lại.

5.2. Đánh giá khả năng tiết kiệm vật liệu và nâng cao năng suất

Khả năng tiết kiệm vật liệu sơn đến từ việc kiểm soát chính xác quá trình phun. Cảm biến phát hiện sản phẩm đảm bảo súng phun chỉ hoạt động khi cần thiết, loại bỏ việc phun sơn vào khoảng trống giữa hai sản phẩm. Việc điều khiển chính xác tốc độ và lưu lượng giúp đạt được độ dày lớp phủ mong muốn ngay lập tức, không cần phun đi phun lại nhiều lần. Năng suất được nâng cao nhờ giảm thời gian chết của máy. Hệ thống PLC hoạt động liên tục và ổn định 24/7, ít xảy ra sự cố. Việc chuyển đổi giữa các loại sản phẩm khác nhau cũng nhanh chóng hơn, chỉ cần chọn chương trình tương ứng trên màn hình HMI thay vì phải điều chỉnh cơ khí phức tạp.

VI. Tương Lai Của Hệ Thống Điều Khiển Sơn Phủ Và Hướng Mở Rộng

Hệ thống thiết kế khống chế thời gian và lượng sơn phủ ứng dụng kỹ thuật PLC là một bước tiến quan trọng, nhưng công nghệ vẫn không ngừng phát triển. Hướng phát triển trong tương lai là tích hợp hệ thống này vào một mạng lưới sản xuất thông minh lớn hơn, theo định hướng của Công nghiệp 4.0. Một trong những hướng đi tiềm năng là kết nối PLC với một hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). SCADA cho phép giám sát và điều khiển toàn bộ dây chuyền sản xuất từ một phòng điều khiển trung tâm, cung cấp cái nhìn tổng quan và khả năng phân tích dữ liệu sâu hơn. Dữ liệu về sản lượng, mức tiêu thụ vật liệu, thời gian hoạt động của máy có thể được thu thập và lưu trữ tự động. Hơn nữa, việc ứng dụng các công nghệ như Internet of Things (IoT) có thể cho phép giám sát hệ thống từ xa qua internet, gửi cảnh báo đến điện thoại của người quản lý khi có sự cố. Các động cơ servo có thể được sử dụng thay cho động cơ thường kết hợp biến tần để đạt độ chính xác vị trí và tốc độ cao hơn nữa. Những cải tiến này sẽ tiếp tục tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao hiệu quả và tạo ra lợi thế cạnh tranh bền vững cho doanh nghiệp.

6.1. Tích hợp hệ thống SCADA để giám sát và thu thập dữ liệu

Việc tích hợp hệ thống SCADA sẽ nâng tầm hệ thống điều khiển cục bộ lên thành một hệ thống quản lý sản xuất toàn diện. Với SCADA, người quản lý không chỉ thấy trạng thái hoạt động của một máy sơn mà là toàn bộ các máy trong xưởng. Dữ liệu vận hành được thu thập liên tục và trình bày dưới dạng biểu đồ, báo cáo trực quan, giúp dễ dàng phân tích hiệu suất (OEE), xác định các điểm nghẽn trong quy trình và đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu. Giám sát và thu thập dữ liệu tập trung cũng là nền tảng cho việc triển khai các hệ thống quản lý sản xuất (MES) và hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (ERP).

6.2. Hướng tới mô hình nhà máy thông minh và ứng dụng IoT

Tương lai của ngành sản xuất là các nhà máy thông minh. Trong mô hình này, hệ thống sơn phủ không còn là một hệ thống độc lập mà trở thành một mắt xích trong mạng lưới kết nối. Cảm biến IoT có thể được lắp đặt để theo dõi cả tình trạng của máy móc (ví dụ: độ rung của động cơ, áp suất khí nén) nhằm thực hiện bảo trì dự đoán, ngăn ngừa hỏng hóc trước khi chúng xảy ra. Dữ liệu từ dây chuyền có thể được đẩy lên đám mây để phân tích bằng trí tuệ nhân tạo (AI), từ đó tìm ra các mẫu hình để tối ưu hóa hơn nữa các thông số vận hành. Đây là bước phát triển tất yếu để các mô hình điều khiển công nghiệp trở nên thông minh và linh hoạt hơn.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa sản xuất, tự động hóa đóng vai trò then chốt quyết định năng suất và chất lượng sản phẩm trong các dây chuyền công nghiệp. Kỹ thuật điều khiển khả trình (PLC - Programmable Logic Controller) là công nghệ vi xử lý tiên tiến được ứng dụng rộng rãi nhằm nâng cao tính linh hoạt, độ tin cậy và tốc độ xử lý trong vận hành máy móc tự động.

Tại Nhà máy tráng gương Cát Thành (huyện Chương Mỹ, tỉnh Hà Tây), dây chuyền công nghệ tráng gương hiện đại được nhập khẩu từ Trung Quốc đã ứng dụng kỹ thuật PLC trong khâu điều khiển buồng mạ chân không phòng đơn (tráng gương trong môi trường chân không). Tuy nhiên, các công đoạn vận hành máy sơn, đặc biệt là hệ thống khống chế thời gian và lượng sơn phủ bảo vệ lớp mạ oxit nhôm lên bề mặt gương, vẫn còn nhiều hạn chế do mức độ tự động hóa chưa đồng bộ. Quá trình vận hành thủ công dẫn đến các hiện tượng như: màng sơn phủ dày mỏng không đều, xuất hiện các vết sọc làm suy giảm tuổi thọ và chất lượng quang học của gương, buộc công nhân phải thực hiện sơn lại thủ công gây lãng phí vật tư và nhân lực.

Xuất phát từ thực trạng trên, đề tài khóa luận tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống khống chế thời gian và lượng sơn phủ lên gương ứng dụng kỹ thuật PLC" được thực hiện nhằm giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Nghiên cứu tổng quan về cơ sở lý thuyết tự động hóa, kỹ thuật vi điều khiển và bộ điều khiển khả trình PLC.
2. Khảo sát, tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy sơn cùng các phân hệ gia nhiệt, quạt sấy, hệ thống điện và quy trình công nghệ phủ sơn tại Nhà máy tráng gương Cát Thành.
3. Đề xuất phương án cải tiến kỹ thuật, lựa chọn các phần tử đo lường (cảm biến tốc độ, cảm biến nhiệt độ, cảm biến vị trí laser) và thiết bị điều khiển khả trình PLC Siemens LOGO! 230RC.
4. Xây dựng chương trình điều khiển logic, chuyển đổi mạch nguyên lý điện sang khối chức năng (Function Block) và hướng dẫn cài đặt, vận hành hệ thống thông qua phần mềm LOGO!Soft Comfort.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống máy sơn phủ gương và quy trình điều khiển thời gian, tốc độ băng chuyền và lượng sơn phủ.
• Phạm vi không gian: Dây chuyền sản xuất gương tại Nhà máy tráng gương Cát Thành.
• Phạm vi chuyên môn: Tập trung vào thiết kế, tính toán lựa chọn cảm biến, bộ điều khiển PLC LOGO!, mạch ghép nối tín hiệu và lập trình điều khiển khống chế nhiệt độ sấy cùng tốc độ chuyển động của băng chuyền sơn. Đề tài không đi sâu vào tính toán cơ học băng tải, cấp phôi liệu cơ khí và công nghệ hóa chất sơn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết

Đề tài dựa trên nền tảng lý thuyết điều khiển tự động và kỹ thuật vi xử lý:

• Lý thuyết hệ thống tự động hóa: Phân loại hệ thống theo chức năng (kiểm tra tự động, bảo vệ tự động, điều chỉnh tự động và điều khiển tự động) và các cấp độ tự động hóa trong sản xuất (tự động hóa từng phần, tự động hóa tổng hợp, tự động hóa toàn phần).
• Lý thuyết đo lường và cảm biến: Phân tích các nguyên lý cảm biến tốc độ (Tachogenerator một chiều DC và xoay chiều AC), cảm biến nhiệt độ (cặp nhiệt điện nhiệt ngẫu, nhiệt điện trở bán dẫn Termistor, thanh lưỡng kim Bimetal và nhiệt kế tiếp điểm thủy ngân).
• Lý thuyết mạch xử lý tín hiệu analog: Mạch cầu đo điện trở (cầu đo một chiều DC theo phương pháp cân bằng Zero hoặc đếm trực tiếp; cầu đo xoay chiều AC); các chế độ làm việc của mạch khuếch đại bán dẫn Transistor (loại A, B, AB, C) và mạch hồi tiếp (hồi tiếp âm/dương, hồi tiếp nối tiếp/song song) nhằm nâng cao độ ổn định biên độ điện áp.
• Kỹ thuật PLC và đại số logic: Các hàm logic cơ bản (AND, NOT, OR, NAND, NOR, XOR) và các hàm chức năng đặc biệt định thời, đếm xung (ON-Delay, OFF-Delay, Pulse Relay, Clock Pulse, Latching Relay, Up/Down Counter).

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả kết hợp bốn phương pháp nghiên cứu chính:

1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Thu thập, phân tích tài liệu chuyên ngành về vi điều khiển, tự động hóa và lập trình PLC để tạo lập khung cơ sở khoa học.
2. Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế: Khảo sát trực tiếp hiện trường dây chuyền công nghệ tráng gương tại Nhà máy tráng gương Cát Thành, đo đạc thông số máy sơn, hệ thống gia nhiệt, quạt sấy và mạng điện điều khiển hiện hữu.
3. Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến của cán bộ hướng dẫn khoa học, các kỹ sư và chuyên gia kỹ thuật vận hành tại nhà máy tráng gương để lựa chọn giải pháp công nghệ tối ưu.
4. Phương pháp kế thừa: Kế thừa kết quả ứng dụng PLC từ các công trình nghiên cứu đi trước tại Trường Đại học Lâm nghiệp (như đề tài đo nhiệt độ và điều khiển điện cực lò nấu fero-crôm của KS. Kim Văn Duy năm 2002; điều khiển máy ép thủy lực ván dăm của KS. Nguyễn Kiến Thiết năm 2005).

Thiết kế và triển khai

Hệ thống điều khiển được thiết kế tích hợp giữa phần cứng đo lường, phần tử chấp hành và khối điều khiển trung tâm PLC LOGO! 230RC.

Cấu trúc phần cứng và thiết bị lựa chọn

Hạng mục thiết bị	Thông số kỹ thuật / Đặc tính lựa chọn	Vai trò trong hệ thống
Bộ điều khiển PLC	Siemens LOGO! 230RC (kích thước 72 x 90 x 55 mm, nguồn cấp 115/230V AC, dòng định mức ~26mA)	Xử lý logic, nhận tín hiệu cảm biến và xuất lệnh điều khiển toàn bộ dây chuyền
Cảm biến vị trí	Cảm biến quang/laser (Sensor 9 và Sensor 10)	Nhận diện tấm gương đi vào đầu băng chuyền và vị trí sau khi qua cầu sơn
Cảm biến tốc độ	Máy phát tốc độ (Tachogenerator) kết nối biến tần/động cơ	Đo và phản hồi tốc độ góc của trục dẫn động băng chuyền
Cảm biến nhiệt độ	Cảm biến nhiệt độ thủy ngân có tiếp điểm điện cực	Giám sát ngưỡng nhiệt độ trong buồng gia nhiệt dàn đèn
Bơm sơn tuần hoàn	Động cơ bơm công suất 1,5 kW	Tuần hoàn và cung cấp sơn lên máng cầu sơn có lưới chắn cặn
Hệ thống gia nhiệt	Dàn 6 bóng đèn sấy hồng ngoại (chiều dài 210 cm, đường kính 2 cm)	Kích nhiệt giúp màng sơn bám dính chắc vào lớp mạ oxit nhôm
Dàn quạt làm mát	Buồng hở kích thước 600 x 260 cm gồm 12 quạt (145W x 380V/quạt)	Làm mát nhanh bề mặt kính và lưu thông không khí sấy
Băng tải truyền động	Hệ thống động cơ kéo công suất 1,5 kW và 2,2 kW	Dẫn động các khoang băng chuyền (kích thước 345x220 cm, 330x160 cm, 600x254 cm, 600x260 cm)

Ghép nối tín hiệu và mạch đo

• Mạch đo cảm biến: Sử dụng sơ đồ cầu đo Wheatstone một chiều kết hợp mạch khuếch đại thuật toán Transistor có hồi tiếp âm để ổn định hệ số khuếch đại điện áp đầu vào, triệt tiêu nhiễu tín hiệu trước khi đưa vào cổng vào số của PLC.
• Đầu vào PLC (Inputs $I_1 \div I_6$): Nhận tín hiệu từ cảm biến laser đầu vào ($I_1$), cảm biến laser sau cầu sơn ($I_2$), tiếp điểm cảm biến nhiệt độ ($I_3$), nút nhấn khởi động/dừng hệ thống. Đối với module LOGO! 230RC, trạng thái mức "0" tương ứng điện áp $< 40\text{V AC}$, trạng thái mức "1" tương ứng điện áp $> 79\text{V AC}$; thời gian cảm nhận chuyển đổi trạng thái nhỏ nhất là $50\text{ms}$.
• Đầu ra PLC (Outputs $Q_1 \div Q_4$): Điều khiển đóng cắt công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ bơm sơn, dàn nhiệt sấy, dàn quạt làm mát và mạch thay đổi tốc độ băng tải. Rơ le đầu ra của module chịu dòng tối đa $8\text{A}$ với tải thuần trở và $2\text{A}$ với tải có tính cảm.

Nguyên lý vận hành tự động của hệ thống

1. Tấm gương sau khi mạ oxit nhôm được đặt lên băng chuyền. Cảm biến laser 9 tại đầu vào nhận diện vật phẩm và gửi tín hiệu về cổng vào PLC.
2. PLC đếm thời gian trễ $10\text{s}$ (khối ON-Delay) để gương tiến sát cầu sơn, sau đó xuất tín hiệu điều khiển tăng tốc độ động cơ băng tải thông qua máy phát tốc. Tấm gương lao nhanh qua màng sơn chảy dàn đều từ cầu sơn, tạo thành một lớp sơn mỏng, phẳng và đồng nhất trên bề mặt.
3. Khi đuôi tấm gương đi qua cảm biến laser 10 (bố trí ngay sau máng sơn), tín hiệu truyền về PLC kích hoạt lệnh giảm tốc độ băng chuyền về mức bình thường.
4. Tấm gương di chuyển vào buồng gia nhiệt. Cảm biến nhiệt độ thủy ngân liên tục giám sát nhiệt độ buồng sấy; PLC tự động điều tiết đóng cắt dàn 6 đèn sấy để duy trì nhiệt độ sấy ổn định (dưới ngưỡng làm sôi bọt sơn).
5. Sau khi qua dàn sấy nhiệt, gương được băng chuyền đưa qua buồng 12 quạt làm mát và chuyển ra bàn dỡ sản phẩm hoàn thiện.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan chung

Chương 1 trình bày bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa và thực trạng ứng dụng công nghệ tự động hóa trong các ngành công nghiệp tại Việt Nam. Tác giả giới thiệu khái quát về dây chuyền sản xuất tại Nhà máy tráng gương Cát Thành, phân tích sự cần thiết phải hiện đại hóa khâu sơn phủ màng bảo vệ sau khi tráng gương chân không. Trên cơ sở đó, chương này xác định rõ quan điểm nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa thích ứng cho các doanh nghiệp quy mô vừa và nhỏ, đề ra các nội dung nghiên cứu trọng tâm và hệ thống phương pháp luận kỹ thuật được sử dụng trong toàn bộ khóa luận.

Chương 2: Cấu tạo và hoạt động của hệ thống khống chế thời gian và lượng sơn phủ lên gương

Chương 2 phân tích chi tiết hiện trạng cơ điện của máy sơn tráng gương:

• Khảo sát kết cấu vật lý của 3 bộ phận chính: bộ phận sơn (bơm sơn tuần hoàn $1,5\text{kW}$, cầu máng sơn có lưới lọc), bộ phận sấy gia nhiệt (6 bóng đèn dài $210\text{cm}$, $\varnothing 2\text{cm}$), bộ phận quạt gió làm mát (12 quạt tiêu thụ $145\text{W} \times 380\text{V}$, khoang $600 \times 260\text{cm}$) và các băng tải công suất $1,5\text{kW} - 2,2\text{kW}$.
• Thống kê quy trình chuẩn bị và vận hành máy: kỹ thuật rửa cầu sơn, kiểm tra độ nhớt sơn bằng phễu đo thời gian chảy (tiêu chuẩn $40\text{s}$), thao tác chỉnh khe hở lưỡi gà và van tuần hoàn sơn.
• Phân tích cơ sở lý thuyết lựa chọn cảm biến tốc độ (Tachogenerator DC/AC), cảm biến nhiệt độ (so sánh nhiệt điện trở bán dẫn Termistor, thanh lưỡng kim Bimetal với nhiệt kế tiếp điểm thủy ngân), mạch cầu đo điện trở (Zero bridge, Direct bridge) và mạch khuếch đại Transistor nhiều tầng với mạch hồi tiếp âm/dương nhằm ổn định tín hiệu.
• Đưa ra sơ đồ khối hệ thống cải tiến và mô tả chi tiết nguyên lý phối hợp giữa cảm biến laser 9, laser 10, máy phát tốc, dàn nhiệt và quạt sấy dưới sự điều khiển của PLC.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết vi điều khiển sử dụng PLC

Chương 3 tổng kết hệ thống lý thuyết về điều khiển tự động hóa:

• Định nghĩa và phân loại các hệ thống tự động: kiểm tra tự động (truyền nhận tín hiệu, đo lường), bảo vệ tự động, điều chỉnh tự động và điều khiển tự động; phân cấp mức độ tự động hóa sản xuất (từng phần, tổng hợp, toàn phần).
• Khái quát cấu trúc, nguyên lý làm việc của bộ điều khiển khả trình PLC và các tập lệnh logic điều khiển.
• Phân tích bảng so sánh ưu thế kỹ thuật giữa hệ thống điều khiển dùng PLC và mạch điều khiển logic rơ le truyền thống:
  • Giảm tới 80% số lượng dây dẫn và đầu nối trung gian, giảm thiểu nguy cơ chạm chập và sự cố tiếp điểm.
  • Tiêu thụ năng lượng thấp do trở kháng đầu vào rất cao.
  • Tính linh hoạt cao: thay đổi quy trình công nghệ chỉ bằng việc sửa đổi phần mềm điều khiển mà không cần thay đổi phần cứng hay đấu nối lại dây điện.
  • Tích hợp khả năng tự chẩn đoán lỗi, độ tin cậy và tuổi thọ thiết bị vượt trội so với rơ le cơ điện.
  • Nâng cao năng suất và giảm chi phí đầu tư đối với các hệ thống điều khiển có nhiều kênh vào/ra phức tạp.

Chương 4: Xây dựng chương trình điều khiển và hướng dẫn sử dụng PLC thông qua phần mềm LOGO!Soft

Chương 4 tập trung vào quy trình triển khai kỹ thuật cụ thể:

• Giới thiệu cấu tạo, giao diện màn hình tinh thể lỏng, các phím điều hướng và quy cách gắn tháo module LOGO! Siemens trên thanh ray tiêu chuẩn (DIN-rail).
• Hướng dẫn quy chuẩn đấu nối dây dẫn: sử dụng tuốc nơ vít $3\text{mm}$, quy cách dây nguồn $115\text{V}/230\text{V AC}$ cho dòng $26\text{mA}$ (đối với dòng LOGO! 230R/230RC), sơ đồ đấu nối các cảm biến vào cổng $I_1 \div I_6$ và phụ tải điều khiển vào cổng ra $Q_1 \div Q_4$.
• Hướng dẫn các trạng thái làm việc STOP và RUN của module PLC.
• Trình bày phương pháp chuyển đổi sơ đồ nguyên lý mạch điện tiếp điểm sang dạng biểu diễn sơ đồ khối chức năng logic (Function Block Diagram - FBD).
• Định nghĩa và phân tích bảng chân lý của các hàm logic cơ bản (AND, NOT, NAND, NOR, XOR) cùng cấu hình các khối hàm thời gian chuyên dụng (khối đóng chậm ON-Delay với tham số đặt thời gian $T$, khối ngắt chậm OFF-Delay) ứng dụng trực tiếp để lập trình điều khiển chu trình sơn phủ gương trên phần mềm LOGO!Soft Comfort.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

• Khảo sát và chuẩn hóa toàn bộ sơ đồ nguyên lý hệ thống điện động lực (nguồn AC) và mạch điện điều khiển (nguồn DC) của máy sơn tráng gương tại cơ sở sản xuất.
• Đề xuất thành công cấu hình phần cứng tự động hóa bao gồm: bộ điều khiển PLC Siemens LOGO! 230RC, hệ thống cảm biến quang laser định vị, cảm biến nhiệt độ thủy ngân và máy phát tốc độ điều khiển băng tải.
• Thiết kế hoàn chỉnh sơ đồ đấu nối tín hiệu vào/ra cho PLC và chuyển đổi thành công thuật toán điều khiển sang dạng khối chức năng FBD tương thích phần mềm LOGO!Soft Comfort.
• Thiết lập giải pháp khống chế chu trình tăng - giảm tốc độ băng tải tự động khi gương đi qua màng sơn (sử dụng trễ thời gian $10\text{s}$ kết hợp cặp cảm biến laser 9 và 10), duy trì nhiệt độ sấy ổn định bằng tín hiệu cảm biến nhiệt tự ngắt/bật dàn đèn.

Đóng góp thực tiễn

• Đưa ra giải pháp kỹ thuật có chi phí đầu tư thấp, cấu hình thiết bị gọn nhẹ ($72 \times 90 \times 55\text{ mm}$), dễ lắp đặt trên thanh ray tiêu chuẩn, phù hợp với năng lực tài chính và trình độ kỹ thuật của các cơ sở sản xuất gương kính vừa và nhỏ.
• Khắc phục triệt để các khuyết tật chất lượng bề mặt sản phẩm: loại bỏ hiện tượng sọc sơn, kiểm soát đồng đều độ dày màng sơn phủ bảo vệ, loại bỏ công đoạn công nhân phải sơn dặm thủ công.
• Nâng cao năng suất lao động, tiết kiệm tiêu hao nguyên liệu sơn và cải thiện môi trường làm việc an toàn cho công nhân vận hành.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế:
  • Do giới hạn thời gian và điều kiện thực hiện của một khóa luận tốt nghiệp đại học, tác giả chỉ tập trung giải quyết bài toán lựa chọn phần tử điều khiển, cảm biến nhiệt độ và tốc độ băng tải; chưa đi sâu vào tính toán động lực học chi tiết của cơ cấu cấp phôi kính tự động và các biến số hóa học của lớp sơn phủ.
  • Hệ thống sử dụng bộ điều khiển cỡ nhỏ LOGO! 230RC với số lượng cổng vào/ra hạn chế ($I_1 \div I_6$, $Q_1 \div Q_4$), chủ yếu xử lý tín hiệu logic rời rạc và các hàm định thời cơ bản.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Mở rộng thêm các module vào/ra analog chuyên dụng để ghép nối trực tiếp với cảm biến nhiệt độ RTD (Pt100) hoặc cảm biến biến trở bán dẫn thay cho cảm biến nhiệt thủy ngân.
  • Tích hợp mạng truyền thông công nghiệp (như Profibus hoặc Modbus) và màn hình giao diện người - máy (HMI) hoặc hệ thống SCADA trên máy tính để giám sát trực quan các thông số vận hành (tốc độ thực, nhiệt độ buồng sấy, số lượng sản phẩm) theo thời gian thực.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận là nguồn tư liệu thực tế hữu ích cho:

• Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Tự động hóa, Công nghiệp Nông thôn: Tham khảo phương pháp tiếp cận thiết kế cải tiến máy công nghiệp thực tế từ mạch rơ le sang bộ điều khiển khả trình PLC; cách mạng hóa sơ đồ tiếp điểm điện thành khối chức năng FBD.
• Kỹ sư và kỹ thuật viên tại các xí nghiệp sản xuất kính, tráng gương: Tham khảo quy trình công nghệ phủ sơn gương, tiêu chuẩn đo độ nhớt sơn ($40\text{s}$), các thông số vận hành dàn đèn sấy, quạt làm mát và giải pháp đấu nối module Siemens LOGO!.
• Cán bộ nghiên cứu đề tài tương tự: Kế thừa phương pháp tính toán mạch phối hợp trở kháng, mạch khuếch đại tín hiệu cảm biến và lập trình khối hàm thời gian trong các dây chuyền sản xuất tự động quy mô vừa và nhỏ.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ điều khiển khả trình PLC nào được lựa chọn trong đề tài và có các thông số kỹ thuật chính là gì? Đề tài lựa chọn bộ vi điều khiển logic Siemens LOGO! 230RC. Module có kích thước $72 \times 90 \times 55\text{ mm}$, sử dụng nguồn điện xoay chiều dải rộng $85\text{V} - 264\text{V AC}$ ($50/60\text{Hz}$, dòng tiêu thụ $\sim 26\text{mA}$). Thiết bị tích hợp sẵn màn hình LCD và phím chức năng, có 6 cổng tín hiệu vào số (nhận mức "1" khi điện áp $>79\text{V AC}$, thời gian cảm nhận $\ge 50\text{ms}$) và 4 cổng ra rơ le chịu tải tối đa $8\text{A}$ (thuần trở) hoặc $2\text{A}$ (tải cảm).

2. Nguyên lý điều khiển khống chế độ dày màng sơn phủ lên bề mặt gương được thực hiện như thế nào? Lượng sơn phủ được khống chế gián tiếp thông qua việc điều khiển tốc độ chuyển động của băng chuyền kết hợp với khe hở cầu sơn. Khi gương đi vào, cảm biến laser 9 báo tín hiệu về PLC; sau $10\text{s}$ trễ, PLC điều khiển máy phát tốc xoay chiều tăng tốc độ băng chuyền để gương lao nhanh qua màng sơn chảy từ máng, giúp lớp sơn bám mỏng và đều. Khi đuôi gương chạm cảm biến laser 10, PLC điều khiển giảm tốc độ băng tải về bình thường để đưa gương qua dàn sấy.

3. Hệ thống sấy gia nhiệt và quạt làm mát của máy sơn có cấu tạo và thông số kỹ thuật ra sao? Hệ thống gia nhiệt gồm 6 bóng đèn sấy hồng ngoại có chiều dài $210\text{cm}$ và đường kính $d = 2\text{cm}$, được điều khiển duy trì mức nhiệt ổn định bằng cảm biến nhiệt độ tiếp điểm thủy ngân nhằm giúp sơn bám chắc vào lớp oxit nhôm mà không làm sôi bọt sơn. Hệ thống quạt sấy làm mát được bố trí trong buồng hở kích thước $600 \times 260\text{cm}$, bao gồm 12 quạt thổi với thông số tiêu thụ điện $145\text{W} \times 380\text{V}$ cho mỗi quạt.

4. Vì sao giải pháp sử dụng PLC LOGO! lại vượt trội hơn mạch điều khiển rơ le truyền thống trong dây chuyền này? Theo phân tích của tác giả, PLC giúp giảm tới 80% số lượng dây dẫn và mối nối trong tủ điện, giảm thiểu nguy cơ hỏng hóc tiếp điểm cơ khí và phát hiện lỗi dễ dàng. Ngoài ra, việc thay đổi quy trình công nghệ hoặc thời gian trễ chỉ cần cập nhật phần mềm thay vì đấu nối lại toàn bộ phần cứng, giúp nâng cao độ tin cậy, tăng tuổi thọ thiết bị và giảm chi phí bảo trì.

5. Tiêu chuẩn đo độ nhớt của sơn trước khi vận hành máy sơn gương được quy định như thế nào? Theo quy trình công nghệ tại nhà máy, sau khi vệ sinh sạch máng và bật bơm tuần hoàn để khuấy đều sơn, công nhân dùng bình đo chuyên dụng bịt ngón tay ở đáy, đổ đầy sơn và bấm đồng hồ đo thời gian chảy. Thời gian chảy chuẩn đạt yêu cầu kỹ thuật là $40\text{s}$. Dựa vào chỉ số này và yêu cầu độ dày lớp sơn của sản phẩm, người vận hành sẽ điều chỉnh van tuần hoàn và ốc hãm lưỡi gà máng sơn cho phù hợp.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Văn Quyên đã hoàn thành xuất sắc mục tiêu thiết kế và ứng dụng thành công bộ điều khiển khả trình PLC Siemens LOGO! 230RC vào hệ thống khống chế thời gian và lượng sơn phủ gương tại Nhà máy tráng gương Cát Thành. Công trình đã kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở lý thuyết điều khiển tự động với yêu cầu khảo sát thực tiễn sản xuất, đưa ra giải pháp kỹ thuật khả thi, chi phí thấp nhằm giải quyết triệt để các lỗi khuyết tật màng sơn trên dây chuyền. Kết quả nghiên cứu không chỉ mang lại giá trị thực tiễn trực tiếp cho nhà máy mà còn đóng vai trò là tài liệu tham khảo có giá trị cao cho công tác đào tạo và nghiên cứu kỹ thuật tự động hóa ứng dụng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN CHUNG 1.Đặt vấn để Ả< ` Ngày nay khoa học kỹ thuật với tốc độ phát triển như vũ bão đã đạt được những kỳ tích đặc biệt trên nhiều lĩnh vực. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật là sự phát huy tài năng trí tuệ của con người hướng vào việc tìm kiếm những kiến thức phục vụ cho nền sản xuất đại công nghiệp. Công nghiệp hoá, Hiện đại hoá đất nước là một chiến lược lớn của Đảng và Nhà nước nhằm nhanh chóng đưa Việt Nam từ một nước có nên kinh tế lạc hậu, trì trệ, manh mún sau những năm dài chiến tranh trở thành một nước có nền kinh tế phát triển trong.khu vực Đông Nam Á, vững bước xây dựng chủ nghĩa xã hội, thực hiện tốt mục tiêu “Dân giàu nước mạnh xã hội công bằng dân chủ văn minh”. y Viet Nam là một quốc gia đang phát triển, nền công nghiệp còn ở mức trung bình của thế giới.

Đặc biệt lầ ngành tự động hoá còn chưa được quan tâm thích đáng. Trong khi nó lại là một động lực vô cùng quan trọng trong mọi dây chuyền công nghiệp. Nó quyết định năng suất và chất lượng sản phẩm công nghiệp. Tự động hóa gắn liền với các thành tựu khoa học tiên tiến trong đó có kỹ thuật “vi xử lý PLC-]à bộ vi xử lý tương đối mới ở Việt Nam.

Chỉ trong những năm gần đây.nó mới được đưa vào sử dụng trong các nhà máy, xí nghiệp để lập trình vận hành điều khiển máy móc một cách tự động. ‹Ởñhầ máy tráng gương Cát Thành (huyện Chương Mỹ-tỉnh Hà Tay), mot nhà máy. hiện đại, có dây truyền công nghệ nhập từ Trung Quốc. PLC được, wie dung trong một khâu rất quan trọng, đó là điều khiển buồng mạ chân không phòng đơn-tráng gương trong môi trường chân không.

Nguyễn Văn Quyên 2 Khoa CNPTNT Khóa luận tốt "nghiệp Khoá học 2003-2007 Tuy nhiên, ở đó các thao tác vận hành máy và đặc biệt là điều khiển hệ thống khống chế thời gian và lượng sơn phủ lên gương còn nhiều hạn chế. Để tăng mức độ tự động hoá các công đoạn và toàn bộ dayféhuyén công nghệ trong nhà máy cần phải đâu tư thêm thiết bị điều khiển day. chuyén son phi guong. ? Như chúng ta đã biết kỹ thuật tự động hoá có.

vai trò hết sức quan trọng trong cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật. Kỹ thuật tự động hoá được ứng dụng vào sản xuất trong những điều kiện lao động khắc nghiệt có độ chính xác cao. Tự động hoá là quá trình tác động lên một đối tượng hoạt động theo một trình tự định sẵn của con người, cả một hệ thống hoạt động mà không cần sự tác động của con người. Muốn thay đổi hoạt động của nó con người chỉ cần tác động vào chương trình và làm thay đổi chương trình đó thì cả hệ thống hoạt động theo chương trình mới.

Những tính năng của kỹ thuật tự động là sự mềm dẻo khả năng mở rộng ứng dụng, độ tin cậy cao và tốc độ xử lý cao vì thế mà nó được ứng dụng rộng rãi vào sắn xuất không chỉ ở các nước tiên tiến trên thế giới mà còn được sử dụng ngay ở các nước đang phát triển. Từ những luận điểm trên và xuất pháttừ yêu câu thực tế sản xuất, chúng tôi ưu tiên sử dụng.kỹ thuật PLC để giải quyết vấn để điều khiển hệ thống khống chế thời gián và lượng sơn phũ gương trong dây chuyên sản xuất gương.Quan điểm nghiên cứu thiết kế Khóa luận “Thiết kế hệ thống khống chế thời gian và lượng sơn phủ lên gương tại nhà máy tráng gương Cát Thành”, nhằm mục đích thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa trong dây chuyển sản xuất gương, đồng thời đảm bảo đáp ứng _Yéu cầu tự động hóa cho sản xuất của nhà máy. Ngoài ra có thể ứng dụng cho bất kì một quy trình công nghệ nào ta mong muốn. ` Đố thờ gian có hạn và điều kiện thực hiện một đề tài khóa luận tốt nghiệp chúng töi chỉ thực hiện phân việc thiết kế lựa chọn và thay thế các phần Nguyễn Văn Quyên 3 Khoa CNPTNT Khóa luận tốt nghiệp Khoá học 2003-2007 tử của hệ thống trong khoảng đo nhiệt độ và điều khiển tốc độ băng chuyên sơn mà không để cập sâu đến quá trình tính toán cấp liệu, thiết bị băng chuyền, công nghệ sản xuất và các quá trình khác.

Các vấn để đó trong quá trình nghiên cứu được xem như đã được ổn định và hoàn thiện theo yêu cầu kỹ thuật sơn gương.Nội dung nghiên cứu ï Để đáp ứng mục tiêu, nhiệm vụ đặt ra từ quan điểm nghiên cứu thiết kế, những nội dung cân giải quyết là: ` 1.Tim hiểu cấu tạo và hoạt động của Hệ thống khống chế thời gian và lượng sơn phủ lên gương tại cơ sở sản xuất: .Cơ sở lý thuyết vi điều khiển sử dụng PLC.Xây dựng chương trình điều khiển và hướng dẫn sử dụng PLC thông qua phần mềm logosoft. Phương pháp nghiên cứu Những phương pháp chủ đạo bao gồm: -_ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết trong tạo lập cơ sở lý luận ứng dung vi điều khiển và PLC - Phương pháp điều tra, khảO sát trong nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của dây chuyển sản xuất -. Phương pháp chuyên gia trong luận chứng và tạo lập phương án thiết kế -_ Phương pháp kế thừa Nguyễn Văn Quyên 4 Khoa CNPTNT Khóa luận tốt nghiệi Khoá học 2003-2007 Chương 2 CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG KHỐI lỜI GIAN VÀ LƯỢNG SƠN PHỦ LÊN GƯƠNG Ry 2.Tìm hiểu về máy sơn trong dây chuyên sản xuất gư‹ Ay Máy sơn trong dây chuyên sản xuất gương dug sbđỗ hình 2.1 Cấu trúc máy sơn gồm 3 phần chính: ( is -Bộ phận sơn; , >> : BO on say; 7 a -Bộ phận quạt gió giàn nhiệt. all Các phần này được liên kết với g các thiết bị linh kiện.

Để điều khiển máy ta dùng các nút điều khiển trên bàn điều khiển. Máy có thể bắt đâu hoặc kết thúc một quá trình sơn một cách tự ho ~Một số thông số kỹ thuật chính củamay TT Thong tm) + ặ ` Trị số >tính 1 1,5 kw 2 1,5 kw 3 15 kw 4 1,5 kw 5 2,2 kw 6 345x220 cm 330x160 cm 600x254 cm 600x260 cm — Nguyên Văn Quyên 5 Khoa CNPTNT Öp 901 9q utp9 Z] yorqu ugig wy TT Jose] UIQ g9 10SưSS 0]! 6 wos ng -§ wos WHOg -/ ổrqu up) tửnb tret8 ugknyo BuRq 09 3udg -9 Tôqu tị 8uot dy uọÁngo 8ưyg 9 Bud -¢ IHD OVE NYO 9GOS : Ieuun ups taÁn9 8upq o2 8uộc - 1ângm trại send trgtO -E 7 - yorqu tị 8uotì 3H -Z fas os ugknyo Sueg -[ C ty T. Af, Ast) 0L j; / _t Khóa luận tốt nghi¢p Khoá học 2003-2007 2.Hệ thống sơn Hệ thống sơn (hình 2. 1)gồm có: ~ bơm sơn tuần hoàn công suất P=1,5kw; - cầu sơn.

; Câu sơn có lưới chấn cặn bẩn và đảm bảo cho sơi được dàn đều.Hệ thống gia nhiệt \ Hệ thống gia nhiệt gồm có 6 đèn :dài 210cm đường kính : d=2cm - có tác dụng làm cho sơn bám lên bề mặt lớp oxit nhôm một cách tốt nhất. Tuy timg loại sơn và phụ gia pha chế mà ta điều chỉnh nhiệt độ sấy thích hợp Các điều kiện để chọn một nhiệt độ sấy thích hợp : ~ căn cứ vào loại sơn; ; - căn cứ vào loại kính được mạ lớp oxit nhôm; - căn cứ nhiệt độ phân giải sởn và bẻ dãy lớp sơn phủ. Ngoài ra nhiệt độ thích hợp cho một sản phẩm sơn còn phụ thuộc vào những yếu tố như: thời gian sơn, bê dầy lớp sơn phủ.Quạt sấy khô “ˆ , Được lắp trongmốt buông hở có 12 quạt, mỗi cái có công suất tiêu thụ điện áp : (145W x 380V); kích thước buồng lắp: 600x260cm; tác dụng làm mát mặt kính 'vừa sơn.Hệ thống điện -Nhiệm vụ: Cung cấp điện cho động cơ làm quay các băng chuyền, cho bơm son hoạt động. Có thể' sam cho máy sơn hoạt động thủ công hoặc tự động phủ sớn lêff Xính mộ một quy trình xác định.

Yêu cầu kỹ thuật được đảm bảo nhờ cầu thiết 9 ¡ điều khiển công cụ và những thiết bị bảo vệ an toàn như: hệ thống câu dao; cầu chì, aptomat, relay, hộp đựng.Do đó có thể điều khiển thời gian cũng nhữ Tượng sơn phủ. Nguyễn Văn Quyên 7 Khoa CNPTNT Khoá học 2003-2007 Sơ đồ hệ thống điện của máy sơn : Sơ đồ hệ thống của máy sơn là tổ hợp của hai hệ thống nguồn AC và DC. Sơ dé hệ thối C như giới thiệu trên hình 2.2, hệ thống này phục vụ cho toàn bộ dl nyệt soi hoạt động. Ay 7 Trên hình 2.3 là sơ đồ hệ thống nguồn Ig này dần bảo cho.

việc điều khiển hệ thống điện được ồn định. @U Kết cấu chung của các co cấu, bộie iết bị angie sấy, hệ thống, gia nhiệt, hệ thống sơn, cảm biến laser, hệ ện _ giới thiệu ở các ảnh 2.5 Nguyễn Văn Quyên 8 Khoa CNPTNT JH LQđ OS :7'£ HOLT (OV ton8u) NOS AYN NJIG ONOH ?H “2 sera ee tu Aes wos upkny Surq Rug uẸpOIỂIEĐÒ u0SuUOM uọếng2 8ug by eres MACT MIST MIST MAST ANIC" ve Des aed O A, ate NON Á NA CA N3 erxfarx]ox | _ A) pkltxlex - |x|x|= ox | sx fox lex | ex | 1x HỒ _x HỒ, lò 130 a © (Od Yonsu) NOS AYW NIG ONOHL JH :E'£ NUỊH oe eee Ig) ape œ | tvy 6c | T9ys Khóa luận tốt nghỉ ép Khoá học 2003-2007 2.1 Dàn quạtsấy Sơ đồ đèn sấy 2.2 Hệ thống gia nhiệt Bơm sơn tuần hoàn 2.3 Hệ thống sơn Nguyên Văn Quyên 11 Khoa CNPTNT Khóa luận tốt nghiệp Khoá học 2003-2007 —— —ễ—-—-—-—_ 7 —— ỀỒỒĐ.5 Sơ đồ hệ thống điện máy sơn ———————-ễễ-ễ—————— Nguyễn Văn Quyên 12 Khoa CNPTNT Khóa luận tốt nghiép Khoá học 2003-2007 2.Quy trình làm việc của máy Nguyên tắc cơ bản trước khi làm việc là phải rửa sạch cầu sơn trước khi vận hành máy. Quan trọng là mặt trên và khe sơn, nếu Vệ sinh không Sạch sẽ sơn không đều. l Sau khi vệ sinh xong cho sơn vào thùng.

Đầu tiên khoá van lên máng và mở van tuân hoàn bật bơm lên để khoáng dầu sơn. Có thể cho son yao bình do độ dính của sơn. ‘i 1) Lấy 1 ngón tay bịt đáy và đổ đây bình ding đồng hố đo xem bao nhiêu giây, nếu tốt là 40s và lấy số thời gian đó làm chuẩn, tuỳ vào khách hàng để cho son day hay mong. ‘ 2) Khi đóng van không được đóng.

van một lúc, khi đã khuấy đều thì mở van cho vào máy và đóng van tuần hoàn lại. -Đầu tiên cho sơn thì vặn cho bé lưỡi gà lại và cho sơn vào, khi nào gần đây máng và cho sơn xuống đều.