Hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị định lượng và đóng bao tự động sản phẩm dạng hạt

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ ĐỊNH LƯỢNG VÀ ĐÓNG BAO TỰ ĐỘNG SẢN PHẨM DẠNG HẠT THE AUTOMATIC CONTROL AND SUPERVISION SYSTEMS OF THE AUTOMATIC QUANTITATIVE AND BAGGING EQUIPMENT FOR PARTICLE SHAPE PRODUCTS PHẠM ĐĂNG PHƯỚC Trường Đại học Phạm Văn Đồng NGUYỄN PHÚ ANH TUẤN Học viên cao học khoá 2004-2007 TÓM TẮT Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu thiết kế, thi công hệ thống điều khiển, giám sát hoạt động thiết bị định lượng và đóng bao tự động sản phẩm dạng hạt, nhằm t , và giám sát khác, phục vụ các ngành sản xuất công nghiệp. ABSTRACT This article presents the results of research on designing, manufacturing an automatic control and supervision systems of the automatic quantitative and bagging equipment for particle shape products to access and master the automatic control technology for designing and manufacturing other automatic control and supervision systems in industrial productions. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 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: 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 khâu định lượng đóng gói sản phẩm nói riêng là một trong các giải pháp ưu tiên hàng đầu được lựa chọn để của c . Hình 1.1. Định lượng gián đoạn Hình 1.2. Định lượng liên tục Định lượng nguyên liệu Định lượng sản phẩm Cân bằng Định lượng Hiện nay, tại một số cơ sở sản xuất việc định lượng và đóng bao sản phẩm dạng hạt còn thực hiện theo phương pháp thủ công, một số cơ sở được trang bị thiết bị điều khiển tự động nhập ngoại, có giá thành cao và không thật sự phù hợp đối với từng loại loại sản phẩm cụ thể. 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. Bài báo giới thiệu các kết quả nghiên cứu về hệ thống điều khiển, giám sát thiết bị định lượng và đóng bao tự động sản phẩm phân bón NPK dạng hạt. Trên cơ sở đó, có thể mở rộng để áp dụng cho các dạng định lượng sản phẩm khác. 2. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HOẠT ĐỘNG THIẾT BỊ ĐỊNH LƯỢNG VÀ ĐÓNG BAO TỰ ĐỘNG SẢN PHẨM DẠNG HẠT Thiết bị thực nghiệm được mô tả trên hình 2.1. Khi thiết bị hoạt động, liệu được cấp vào phễu. Bao được đưa vào miệng phễu, cơ cấu kẹp bao sẽ tác động, bao được kẹp chặt, các van điều khiển bắt đầu mở, liệu chảy vào bao. Tùy theo trọng lượng yêu cầu được đóng bao, người thao tác đặt giá trị định lượng yêu cầu mức cân thô và cân tinh ở phần điều khiển (cho cả loạt sản phẩm). Khi đạt yêu cầu về trọng lượng, các van điều khiển lần lượt đóng, dừng việc cấp liệu vào bao, cơ cấu kẹp bao thôi tác động, bao đứng trên băng tải và được đưa đến vị trí may miệng bao. Hình 2.1. Thiết bị thực nghiệm Hình 2.2. Sơ đồ điều khiển định lượng Qua phân tích nguyên lý vận hành, chúng tôi thiết kế sơ đồ điều khiển và giám sát thiết bị như hình 2.2. Trong đó thiết kế và thi công , m sát sản xuất. Chức năng cơ bản của một đầu cân là lấy tín hiệu điện áp từ loadcell, biến đổi A/D, xử lý và hiển thị khối lượng cân được ra đèn Led 7 đoạn hoặc màn hình tinh thể lỏng, có thể truyền dữ liệu về máy tính hoặc ra máy in. Ngoài ra còn có các chức năng như “Zero”, “Tare”, “Print”,… Để thực hiện các chức năng như trên với độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ nguồn chuẩn ổn định. Mạch vi điều khiển được thiết kế bằng , chương trình điều khiển được lập trình bằng ngôn ngữ C. PLC S7-200 (CPU 224), với chương trình điều khiển được lập trình bằng ngôn ngữ LAD. 3. TRUYỀN THÔNG GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH : RS-232C, RS-449, RS- 422A, RS-423A, RS-485... Trong thiết bị được thiết kế, dùng chuẩn truyền thông nối tiế - Hình 2.3. Thiết bị chỉ thị khối lượng Hình 2.4. Loadcell sử dụng trong mô hình Hình 2.6. Mạch vi điều khiển của thiết bị Hình 2.5. Sơ đồ thuật toán điều khiển : 300, 1200, 4800, 9600, 19200 baud ợc thiết lập bằng ngôn ngữ Delphi, nhằ . Hình 3.2. Sơ đồ thuật toán giao tiếp máy tính Hình 3.3. Giao diện giám sát Hình 3.4. Giao diện phân tích số liệu Hình 3.5.Giao diện thống kê Hình 3.1. Sơ đồ chân cổng COM Chúng tôi đã thực nghiệm như sau: định lượng và đóng bao sản phẩm loại 2kg, 3kg, 4kg. Chia làm nhiều đợt, mỗi loại cân 20 lần. Kích thước van đóng thô và đóng tinh cố định. Căn cứ số liệu mà máy tính thu thập được trong quá trình cân điều khiển bằng vi điều khiển, có nhận xét sau: Thiết bị hoạt động tốt, ổn định, các chương trình điều khiển, chương trình giao tiếp hoạt động tốt. Năng suất cân bình quân: 4 bao/phút, sai số <1% đạt yêu cầu thiết kế, khối lượng cân càng lớn thì sai số tương đối càng giảm, độ chính xác định lượng càng lớn. 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Đã thiết kế, chế tạo và vận hành hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị định lượng và đóng bao tự động sản phẩm NPK dạng hạt. Thiết bị hoạt động đúng theo các thuật toán điều khiển đã thiết kế và ổn định. Trong đó, đã giải quyết tốt các vấn đề :  Thiết kế thi công hệ thống điều khiển điện khí nén, nối kết với PLC  Thiết kế thi công hệ thống điều khiển điện khí nén, nối kết với vi điều khiển.  Thiết kế và thi công giao diện giao tiếp với máy tính đẹp, dễ sử dụng, có thể theo dõi và kiểm tra giá trị và sai số của từng mẻ cân, đếm số bao đóng được, lưu trữ và thống kê, phân tích số liệu và in ấn. và giám sát định lượng tự động khác như: cân ôtô, cân bồn chứa, cân bao ngoại khổ, cân phối liệu nhiều cấu tử, cân băng định lượng liên tục.... Hình 3.6. Các đồ thị phân tích Sai số Loại 2kg Loại 3kg Loại 4kg 5. KẾT LUẬN Việc tiếp cận, làm chủ, tự thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển và giám sát tự động thiết bị và quá trình sản xuất dẫn đến giảm chi phí đầu tư, tăng năng suất, đảm bảo ổn định chất lượng, tăng tính cạnh tranh của sản phẩm. Thiết bị thực nghiệm thể hiện tổng quát các công cụ thường sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động và giám sát quá trình sản xuất, rất phù hợp làm mô hình giảng dạy. , k ngành Tự động hoá và Cơ điện tử. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngọc Phương (1999), Hệ thống điều khiển tự động bằng khí nén, Nxb Giáo dục, Hà nội. [2] Lê Hoài Quốc, KS Chung Tấn Lâm (2006), Bộ điều khiển lập trình PLC. Nxb Đại học quốc gia, TP Hồ Chí Minh. [3] Ngô Diên Tập (2004), Vi xử lý trong đo lường và điều khiển, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội [4] www.tes.net.au (2007) Accurate Reliable and Repeatable Weighing Solutions