Quá trình hình thành phương pháp ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng chuẩn hóa được phần cứng

Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng – tự động 46 Mở đầu 1. Đặt vấn đề Tự động ngày càng đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống và công nghiệp. Ngày nay ngành tự động đã phát triển tới trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, của ngành khác nhau nh− điện tử, tin học...Nhiều hệ thống điều khiển đã ra đời, nh−ng phát triển mạnh và có khả năng phục vụ rộng là bộ điều khiển PLC. Sở dĩ thế, do bộ PLC có nhiều −u điểm nổi bật so những bộ điều khiển khác: - Cạnh tranh đ−ợc giá thành với các bộ điều khiển khác. - Thời gian lắp đặt công trình ngắn. - Dễ dàng thay đổi mà không gây tổn thất tài chính. - Cần ít thời gian huấn luyện. - ứng dụng điều khiển trong phạm vị rộng - Dễ dàng thay đổi thiết kế nhờ phần mềm. - Dễ bảo trì. Các chỉ thị vào ra giúp xử lý sự cố dễ hơn và nhanh hơn. - Độ tin cậy cao. - Chuẩn hóa được phần cứng điều khiển - Thích ứng trong môi trường khắc nhiệt: Nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng ồn. Cuối thập niên 60 xuất hiện khái niệm về PLC và đã đ−ợc phát triển rất mạnh. Năm 1974 PLC đã sử dụng nhiều bộ xử lý nh−: mạch định thời gian, bộ đếm, dung l−ợng nhỏ đến 12KB và có 1024 điểm nhập xuất. Năm 1976 đã giới thiệu hệ thống đ−a tín hiệu vào ra từ xa. Năm 1977 PLC đã dùng đến vi xử lý. Năm 1980 phát triển các khối nhập xuất thông minh nâng cao điều khiển thuận lợi qua viễn thông, nâng cao việc phát triển phần mềm, dùng máy tính cá nhân lập trình. Đến năm 1985 đã thành lập mạng PLC. N−ớc ta là n−ớc đang phát triển trên thế giới, muốn đi lên n−ớc có nền công nghiệp phát triển khi Đảng và Nhà n−ớc ta chủ động ứng dụng khoa học công nghệ hiện đại trong quá trình sản xuất đấy nhanh công nghiệp hóa - hiện đại hóa 1 Tr−ờng đhnni – hà nội khoa cơ điện Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng – tự động 46 đất n−ớc. Một trong những ph−ơng án tốt nhất và đ−ợc sử dụng rộng hiện nay là thay thế những hệ thống cũ và lạc hậu bằng bộ điều khiển PLC. Để phát triển mạnh hơn nữa, nhiệm vụ đặt ra hàng đầu là đào tạo những chuyên gia về tự động điều khiển nói chung và về PLC nói riêng. Là một kỹ s− điện, công việc sẽ gắn liền với điều khiển, vận hành hệ thống sản xuất. Nh− vậy, những hiểu biết về PLC sẽ tạo nhiều thuận lợi để làm việc tốt hơn. Khi đang còn ngồi trên ghế nhà tr−ờng, việc tìm hiểu, nghiên cứu vững ph−ơng pháp lập trình bộ PLC rất có ý nghĩa và là điều kiện tốt nhất học hỏi, tích lũy kinh nghiệm. 2. Mục đích của đề tài - Nghiên cứu dây chuyền công nghệ sản xuất nhôm định hình. - Nghiên cứu bộ điều khiển PLC của simatic S7 - 200, CPU 224. - ứng phần mềm Simatic S7 - 200 để thành lập điều khiển tự động quá trình cắt nhôm của dây chuyền sản xuất nhôm định hình. 3. Nội dung đề tài - Tổng quan về Nhà máy Nhôm Đông Anh thuộc Công ty Cơ khí Đông Anh. - Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất. - Cơ sở lý thuyết để thiết kế mô hình điều khiển tự động quá trình cắt nhôm. - Xây dựng mô hình điều khiển. 4. Ph−ơng pháp nghiên cứu - Các kết quả nghiên cứu kế thừa + Kế thừa các công trình nghiên cứu của thế hệ tr−ớc về cơ sở lý thuyết của phần mềm lập trình Simatic S7 - 200. + Kế thừa các mô hình sản xuất đã có trong thực tiễn. - Định h−ớng nghiên cứu + Nghiên cứu các phần mềm lập trình trên máy tính. + Thay đổi ph−ơng pháp lập trình để tìm ra các ph−ơng pháp đơn giản, dễ sử dụng và hiệu quả hơn. + Thành lập ch−ơng trình điều khiển. 2 Tr−ờng đhnni – hà nội khoa cơ điện Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng – tự động 46 - Ph−ơng pháp thực nghiệm kiểm chứng. + Chạy thử ch−ơng trình, phát hiện lỗi và hoàn thiện ch−ơng trình. - Dụng cụ thực hành + Máy tính PC (Personal Computer). + Bộ điều khiển Logic khả trình PLC S7 - 200, CPU 224. + Bộ mô phỏng, cổng truyền thông RS485 và RS232. 3 Tr−ờng đhnni – hà nội khoa cơ điện Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng – tự động 46 Ch−ơng I Tổng quan 1.1. Tổng quan về Nhà máy nhôm Đông Anh thuộc Công ty Cơ khí Đông Anh 1.1.1. Quá trình hình thành và phát triển của Nhà máy và Công ty Công ty Cơ khí Đông Anh (CKĐA) - một doanh nghiệp Nhà n−ớc thuộc Tổng Công ty Xây dựng và phát triển hạ tầng - Bộ Xây dựng. Ngày 26 tháng 6 năm 1963, theo quyết định số 955/BKT của Bộ Kiến trúc, Nhà máy cơ khí Kiến trúc Đông Anh đ−ợc thành lập trên cơ sở thống nhất x−ởng sửa chữa Công ty thi công cơ giới, bán cơ giới và tổ chức sản xuất một số phụ tùng thay thế để phục vụ cho việc sửa chữa. Năm 1978, Nhà máy cơ khí Kiến trúc Đông Anh đ−ợc đổi tên thành Nhà máy cơ khí Xây dựng Đông Anh. Ngày 05 tháng 12 năm 1989, theo quyết định số 1010/BXD-TCLĐ của Bộ Xây dựng, Nhà máy cơ khí Xây dựng Đông Anh đ−ợc đổi tên thành Nhà máy cơ khí và đại tu ô tô máy kéo Đông Anh thuộc liên hiệp các xí nghiệp thi công cơ giới, Bộ Xây dựng. Ngày 20 tháng 01 năm 1995 theo quyết định số 998/BXD-TCLĐ của Bộ Xây dựng, Nhà máy cơ khí và đại tu ôtô máy kéo đ−ợc đổi tên thành Công ty cơ khí Đông Anh. Tháng 8 năm 2004 Công Ty thành lập ra Nhà máy nhôm Đông Anh, và đi vào hoạt động tháng 4 năm 2005, nhằm cung cấp nhiều chủng loại, vật liệu nhôm định hình cho xây dựng. 1.1.2. Các chủng loại của Nhà máy và Công ty đang sản xuất * Công ty đã đăng ký sản xuất các mặt hàng sau: - Sữa chữa, đại tu ô tô máy kéo, sản xuất phụ tùng cho thiết bị máy ngành Xây dựng. - Chế tạo sản phẩm đúc chất l−ợng cao và gia công cơ khí cho các ngành Xi măng, nhiệt điện và các ngành khác trong nền kinh tế quốc dân. 4 Tr−ờng đhnni – hà nội khoa cơ điện Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng – tự động 46 - Sản xuất các thiết bị phi tiêu chuẩn, chế tạo các giàn không gian khớp cầu khẩu độ lớn. - Kinh doanh xăng dầu và dịch vụ cho hãng KOMAT’SU ( Nhật Bản). - Liên doanh cùng tập đoàn SUMITOMO (Nhật Bản) đầu t− cơ sở hạ tầng khu công nghiệp Thăng Long. * Nhà máy nhôm Đông Anh có ba dây chuyền đùn ép nhôm tự động đ−ợc nhập từ Hàn Quốc ( 650 tấn, 1350 tấn, 1800 tấn) đã và đang sản xuất các sản phẩm nhôm định hình chính sau: - Cửa sổ lùa hệ ĐA 70 - Cửa đi cánh lùi hệ ĐA 76 - Cửa đi cánh lùi và khung cố định hệ ĐA 76 - Cửa sổ cánh đơn hệ ĐA 40 - Cửa đi cánh đơn hệ ĐA 40 - Cửa sổ hai cánh hệ ĐA 40 - Cửa đi 2 cánh hệ ĐA 48 - Cửa sổ bật hệ ĐA 38 - Cửa đi cánh mở hệ ĐA 70 - Vách ngăn hệ ĐA 76 - Cửa thủy lực - Cửa cuốn - Mái hiên di động - Thang - Mành, rèm - Tủ kệ - Mặt dựng Trong đó có các nhóm sản phẩm đứng đầu Việt Nam đó là: - Nhóm sản phẩm hợp kim đúc: Bi nghiền, vật nghiền và nhiều loại phụ tùng khác nhau chế tạo bằng thép đúc, gang đúc và các loại vật liệu khác phục vụ cho ngành xi măng, nhiệt điện, sản xuất phân hoá học, mía đ−ờng, giấy và các ngành công nghiệp khác. Công ty chiếm khoảng 85% tổng thị phần trong 5 Tr−ờng đhnni – hà nội khoa cơ điện Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng – tự động 46 n−ớc của nhóm sản phẩm này với tổng sản l−ợng bán xấp xỉ 5000 tấn sản phẩm/năm. Và công ty xuất khẩu đ−ợc hơn 500 tấn/năm. - Nhóm sản phẩm giàn không gian: Phục vụ cho việc xây dựng các công trình công cộng và nhà công nghiệp đòi hỏi khẩu độ rộng lớn không cần cột nh− các khu liên hợp thể thao, sân vân động, chợ, siêu thị, nhà máy... Công Ty là doanh nghiệp duy nhất của Việt Nam đã đầu t− thiết bị đồng bộ, hiện đại của CHLB Đức để sản xuất, chế tạo 100% các thiết bị chi tiết của giàn không gian tại Việt Nam theo tiêu chuẩn Châu Âu. Đồng thời, Công ty chiếm khoảng 95% tổng thị phần trong n−ớc của nhóm sản phẩm này và bắt đầu xúc tiến việc xuất khẩu sang các n−ớc ASEAN. - Nhóm sản phẩm nhôm hợp kim định hình: Đ−ợc sử dụng cho các tòa nhà cao tầng hay hộ gia đình. Đây là nhóm sản phẩm mới đ−ợc chế tạo bằng một dây chuyền công nghệ, thiết bị hiện đại nh− dây chuyền thiết bị đùn ép của hãng sản xuất hàng đầu trên thế giới UBE - Nhật bản và hệ thống dây chuyền anốt hoá, mạ cầu, phủ bóng E.D, sơn tĩnh điện, phủ film...do tập đoàn Decoral System SRL Italia cung cấp. Sản phẩm có chất l−ợng cao và đạt tiêu chuẩn Châu Âu. - Nhóm sản phẩm khác: Sản phẩm trục cán đ−ợc chế tạo bằng thép đúc, gang cầu đúc và các loại hợp kim khác phục vụ cho các ngành luyện cán thép, mía đ−ờng, giấy...Các sản phẩm phi tiêu chuẩn, nắp cống, máy nghiền quay, xilô các loại, coffa, cột chống, xích tải xích treo và kết cấu thép khác nh− hàng rào, đ−ờng ống, cầu thang... - Th−ơng mại và dịch vụ: Công ty là đại lí bán hàng và thực hiện dịch vụ bảo hành máy xây dựng của hãng KOMATSU (Nhật Bản ), sửa chữa, đại tu xe máy, các sản phẩm nhập ngoại của ngành Xi măng, kinh doanh xăng dầu... - Hợp tác và liên doanh: Công ty cơ khí Đông Anh đã liên doanh với tập đoàn SUMITOMO (Nhật Bản ) theo tỉ lệ vốn góp là 42/58 là chủ đầu t− Khu công nghiệp Thăng Long tại Hà Nội. 6 Tr−ờng đhnni – hà nội khoa cơ điện Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng – tự động 46 1.1.3. Ưu điểm v−ợt trội của sản phẩm nhôm 1. Nhẹ và bền 2. Độ thẩm mỹ cao 3. Tính dẫn điện 4. Tính dẫn nhiệt 5. Nhiệt độ nóng chảy thấp 6. Rễ gia công cơ khí 7. Không độc hại 8. Không từ tính 9. Không đánh lửa 10. Độ chịu va đập lớn 11. Dễ đàn hồi. Ngoài ra, với những sản phẩm Anốt, sơn tĩnh điện hay phủ film đều có lớp bảo vệ trên bề mặt làm cho sản phẩm có tính chống ăn mòn cao và không phai màu. 1.1.4. Những thành tựu của Công ty Trong hơn 40 năm hoạt động Cơ khí Đông Anh luôn tự hào là doanh nghiệp đứng đầu Việt Nam trên lĩnh vực: Sản xuất, kinh doanh dịch vụ và cả trên lĩnh vực cộng đồng. CKĐA đã đ−ợc Đảng, Nhà n−ớc nhiều tổ chức có uy tín trong n−ớc và quốc tế chứng nhận và trao tặng những chứng chỉ, bằng khen cao quý: 1. Nhà n−ớc trao tặng: Huân ch−ơng lao động hạng nhất, nhì ba vào các năm 1999, 1992, 1984. 2. Từ năm 1990 đến nay đã có 10 lần nhận bằng khen, cờ thi đua của Bộ tr−ởng Bộ Xây Dựng. 3. Bộ Khoa học, Công nghệ và môi tr−ờng trao tặng: ™ Năm 1997 bằng khen th−ởng theo quyết định số 782/QĐ-KH ngày 20/6/1997 về nghiên cứu sản xuất bi nghiền xi măng. ™ Năm 1998 tập thể cán bộ khoa học công nghệ đ−ợc tặng giải nhì giải th−ởng VIFOTEC. 7 Tr−ờng đhnni – hà nội khoa cơ điện Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng – tự động 46 Các Huy ch−ơng vàng tham gia Hội chợ triển lãm: ™ Ngày 22/3/2002 Bộ công nghiệp tặng cúp “Ngôi sao chất l−ợng” của Ban tổ chức Hội chợ triển lãm cơ khí - điện - điện tử - luyện kim 2002. ™ Ngày 22/3/2002 Bộ Công nghiệp tặng huy ch−ơng vàng sản phẩm phụ tùng máy nghiền xi măng (bi đạn, tấm lót) và sản phẩm “Giàn l−ới không gian dùng trong xây dựng”. ™ Năm 2002 Tại Hội chợ Doanh nghiệp Việt Nam h−ớng tới ngàn năm Thăng long Hà Nội. Doanh nghiệp đ−ợc “Cúp Hà Nội vàng” cho sản phẩm bi đạn nghiền, phụ tùng máy nghiền, giàn l−ới không gian dùng trong xây dựng. ™ Tại Hội chợ Ngành Xây dựng Việt Nam 2003. Công ty đ−ợc tặng cúp vàng VIET NAM CONEXPO 2003 cho đơn vị về các sản phẩm bi, đạn nghiền; sản phẩm tấm lót máy nghiền; sản phẩm giàn l−ới không gian dùng trong xây dựng. ™ Tại Hội chợ hàng VN chất l−ợng cao đ−ợc tặng Cúp vàng Made in Viet Nam 2003 và chứng nhận hàng Việt Nam chất l−ợng cao phù hợp tiêu chuẩn cho sản phẩm bi, đạn nghiền; sản phẩm phụ tùng máy nghiền - Tấm lót; sản phẩm giàn l−ới không gian dùng trong xây dựng; và chứng nhận quyền sử dụng dấu hiệu hàng Việt Nam chất l−ợng cao phù hợp tiêu chuẩn bi đạn nghiền, phụ tùng máy nghiền, giàn l−ới không gian trong xây dựng. ™ Năm 2004 tại Hội chợ “Hải phòng Hội nhập và phát triển” Bộ Khoa học công nghệ trao tặng cúp vàng cho sản phẩm giàn l−ới không gian và trao tặng cúp vàng của triển lãm. 4. Năm 2004: Cúp vàng vì sự phát triển cộng đồng 5. Năm 2004: Giải th−ởng sao vàng đất Việt 6. Năm 2005: Ông Lại Văn Đàm - giám đốc công ty đạt danh hiệu doanh nhân Việt Nam. 1.1.5. Tình hình sản xuất nhôm trong n−ớc và ngoài n−ớc Những sản phẩm nhôm càng ngày càng có vị trí quan trọng trong cuộc sống và đ−ợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Bởi vì, nhôm có những −u điểm 8 Tr−ờng đhnni – hà nội khoa cơ điện Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng – tự động 46 hơn so với nhiều vật liệu khác. Sản phẩm nhôm đ−ợc ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp cần có vật liệu nhẹ đảm bảo độ chính xác... ứng dụng của việc sản xuất trên thế giới: Tính theo cả số l−ợng lẫn giá trị, việc sử dụng nhôm v−ợt tất cả các kim loại khác, trừ sắt, và đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế thế giới. Nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp, nh−ng tạo ra các hợp kim với nhiều nguyên tố nh− đồng, kẽm, magiê, mangan. Khi đ−ợc gia công cơ - nhiệt, các hợp kim nhôm này có các thuộc tính cơ học tăng lên đáng kể. + Các hợp kim nhôm tạo thành phần quan trọng trong các máy bay và tên lửa do tỷ lệ sức bền cao trên cùng khối luợng. + Khi nhôm đ−ợc bay hơi trong chân không, nó tạo ra lớp bao phủ phản xạ cả ánh sáng và bức xạ nhiệt. Các lớp bao phủ này tạo thành một lớp mỏng của ôxít nhôm bảo vệ, nó không bi h− hỏng nh− các lớp bạc bao phủ vẫn bị. Trên thực tế, gần nh− toàn bộ các loại g−ơng hiện đại đ−ợc sản xuất sử dụng lớp phản xạ bằng nhôm trên mặt sau của thuỷ tinh. Các g−ơng cầu, kính thiên văn cũng đ−ợc phủ một lớp mỏng nhôm, nh−ng là ở mặt tr−ớc để tránh các phản xạ bên trong mặc dù điều này làm cho bề mặt nhạy cảm hơn với các tổn th−ơng. + Các loại vỏ phủ nhôm đôi khi đ−ợc dùng thay vỏ phủ vàng để phủ vệ tinh hay khí cầu để tăng nhiệt độ cho chúng, nhờ vào đặc tính hấp thụ bức xạ điện tử cảu mặt trời tốt, mà bức xạ hồng ngoại vào ban đêm thấp. + Hợp kim nhôm, nhẹ và bền, đ−ợc dùng để chế tạo các chi tiết của ph−ơng tiện vận tải (ô tô, máy bay, xe tải, tàu hoả, tàu biển, v.v.) + Nhôm siêu tinh khiết chứa 99,980%-99,999% nhôm đ−ợc sử dụng trong công nghiệp điện tử và sản xuất đĩa CD. + Nhôm dạng bột thông th−ờng đ−ợc sử dụng để tạo màu bạc trong sơn. Các bông nhôm có thể cho thêm vào trong sơn lót, chủ yếu là trong xử lý gỗ, khi khô đi các bông nhôm sẽ tạo ra lớp kháng n−ớc rất tốt. + Nhôm d−ơng cực hóa là ổn định hơn đối với sự ôxi hóa và nó đ−ợc sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau của xây dựng. 9 Tr−ờng đhnni – hà nội khoa cơ điện Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng – tự động 46 + Phần lớn các bộ tản nhiệt cho CPU của máy tính hiện đại đ−ợc sản xuất từ nhôm vì nó dễ dàng trong sản xuất và độ dẫn nhiệt cao. ở Việt Nam, do n−ớc ta ch−a có đủ công nghệ để chế tạo ra các phôi nhôm đạt tiêu chuẩn quốc tế nên phần lớn các phôi nhôm đều đ−ợc nhập từ các n−ớc phát triển nh− Nhật, Hàn Quốc, úc...Hiện nay, n−ớc ta đang sản xuất các sản phẩm nhôm để phục vụ xây dựng hạ tầng, các công trình phục vụ đời sống con ng−ời trong n−ớc, và cũng có xuất khẩu sang các n−ớc khác với số l−ợng ch−a lớn. 1.2. Mục đích, ứng dụng và ý nghĩa của tự động hóa trong sản xuất nhôm định hình - Mục đích Việc Công ty thành lập ra Nhà máy Nhôm đã giải quyết phần lớn những sản phẩm nhôm xây dựng tr−ớc đây n−ớc ta phải nhập từ n−ớc ngoài, làm cho các công trình trong n−ớc ngày đ−ợc nội địa hóa và đồng thời giảm giá thành, nâng cao chất l−ợng sản phẩm. Các sản phẩm mà Nhà máy sản xuất ra đều đạt tiêu chuẩn quốc tế ISO 9001: 2000. - ứng dụng Trong việc sản xuất nhôm định hình trên máy cho ra những cấu trúc xác định (profile) là khâu quyết định chất l−ợng sản phẩm. Quá trình này đ−ợc thực hiện từ khi bắt đầu đ−a phôi nhôm vào lò gia nhiệt để nung phôi nhôm, sau đó đ−a đến khâu cắt phôi. Khi cắt phôi xong đ−a vào máy đùn ép nhôm. Trong khi phôi nhôm cấu tạo là hình trụ (có đ−ờng kính: 4 inch, 5 inch, 6 inch và dài 5,8 m) rất lớn nên khi thực hiện bằng ph−ơng pháp thủ công rất phức tạp và có độ chính xác không cao. Chính vì vây, Nhà máy đã sử dụng dây chuyền SUNK YUNG MACHINERY CO.LTD ( Đây là dây chuyền tự động hóa sản xuất nhôm hiện đại của Hàn Quốc). Dây chuyền đ−ợc vận hành bằng hai chế độ: chế đô tự động (Auto) và chế độ bán tự động (Manu). Khi áp dụng dây chuyền tự động hoá này sẽ đ−ợc 10 Tr−ờng đhnni – hà nội khoa cơ điện