Luận văn Nâng cao hiệu quả của quá trình điều khiển nhiệt độ trong khuôn phun ép bằng phương pháp điều khiển PID (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nâng cao hiệu quả của quá trình điều khiển nhiệt độ trong khuôn phun ép bằng phương pháp điều khiển PID (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN SƠN NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH ÐIỀU KHIỂN NHIỆT ÐỘ TRONG KHUÔN PHUN ÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ÐIỀU KHIỂN PID NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 0 4 9 3 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
2. `BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN SƠN NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRONG KHUÔN PHUN ÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PID NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016 1
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN SƠN NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRONG KHUÔN PHUN ÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PID NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRƯƠNG NGUYỄN LUÂN VŨ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016 2
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. SƠ LƯỢC LÝ LỊCH Họ & Tên: NGUYỄN VĂN SƠN Giới tính: Nam Ngày, Tháng, Năm Sinh: 10/08/1990 Nơi Sinh: Thanh Hóa Quê Quán: Hải Lộc-Hậu Lộc-Thanh Hóa Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc điện chỉ liên lạc: B2/29, Ấp 2, Xã Vĩnh Lộc A, Huyện Bình Chánh, TP.HCM. Điện thoại di động: 0979685210 E-mail: vanson@eltvn.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo: 9/2008 đến 9/2012 Nơi học: TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM Ngành học: CƠ ĐIỆN TỬ Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kế Mô Hình Nhà Kho Tự Động GVHD: TH.S NGUYỄN NGỌC ĐIỆP III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN THỜI CÔNG VIỆC NƠI CÔNG TÁC GIAN THỰC HIỆN CÔNG TY CỔ PHẦN CƠ ĐIỆN QUẢN LÝ SẢN 2012-1015 NĂNG LƯỢNG TÂN PHÚ XUẤT CÔNG TY THHH MTV ELT 2015- NAY KỸ SƯ VIỆT NAM LỜI CAM ĐOAN i
5. Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, Ngày tháng năm 2016 Nguyễn Văn Sơn LỜI CẢM ƠN Được sự phân công của Khoa Chế Tạo Máy, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM, và sự đồng ý của Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Trương Nguyễn ii
6. Luân Vũ tôi đã thực hiện đề tài “Nâng cao hiệu quả của quá trình điều khiển nhiệt độ trong khuôn phun ép bằng phương pháp điều khiển PID”. Để hoàn thành khóa luận này, tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện ở Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Xin chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS.Trương Nguyễn Luân Vũ đã tận tình, chu đáo hướng dẫn tôi thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất. Song do buổi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế sản xuất cũng như hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được. Tôi rất mong được sự góp ý của quý thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để khóa luận hoàn chỉnh hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 09 năm 2016. Học viên thực hiện Nguyễn Văn Sơn TÓM TẮT Nhiệt độ là một đại lượng vật lý xuất hiện trong nhiều lĩnh vực trong công nghiệp, cũng như trong đời sống hằng ngày. Nhiệt độ trở nên là mối quan tâm hàng đầu cho các nhà thiết kế máy và điều khiển nhiệt độ trong ngành Cơ khí nói riêng và iii
7. trong công nghiệp nói chung. Trong nhiều lĩnh vực, đo và kiểm soát nhiệt độ là một quá trình không thể thiếu được. Nhiệt độ khuôn đóng một vai trò quan trọng trong sự hình thành chất lượng sản phẩm. Kiểm soát và điểu khiển nhiệt độ của khuôn là hết sức cần thiết để đạt được chất lượng sản phẩm tốt nhất. Vì thế, một kỹ thuật mới đã được nghiên cứu và áp dụng thành công cho các sản phẩm đòi hỏi cao về độ chính xác cũng như cơ tính, đó là phương pháp gia nhiệt bằng điện trở và điều khiển bằng PID. Một hệ thống muốn chính xác cần phải hồi tiếp tín hiệu về và so sánh với tín hiệu vào sẽ được gửi đến bộ điều khiển đầu ra. Hệ thống điều khiển hồi tiếp có nhiều ưu điểm nên thường được thấy trong các hệ thống tự động. Đây là một hệ thống hồi tiếp qua bộ cảm biến cho tín hiệu đo lường nhiệt độ về so sánh với giá trị đặt, sai lệch giữa tín hiệu đặt và đo sẽ được đưa tới bộ điều khiển tạo tín hiệu điều khiển công suất cấp cho bộ gia nhiệt. ABSTRACT Temperature is a physical quantity that it is become one of the most important process in engineering phenomenons. There fore, temperature becomes the important things for designers and temperature control of the goals of industry Manufacturing. In many fields of the economy, the issue of measuring and controlling temperature is a the process can not replace, especially in industry. Mold temperature known as one of the most important role in the formation of product quality. The temperature control of molds is essential to achieve the best quality. Therefore, a modified technique has been studied and applied successfully iv
8. to provide the products requiring high accuracy, as well as mechanical properties. According,the PID control scheme is utilized. The temperature control system is often the feed back control system, so-call the error control for the reason of keeping the stability of temperature . Due to its advantanges ,such as simple, easy to understand, and effectivenees in used. A system want accurate need feedback signals and compares the input and is sent to the controller output. Feedback control system has many advantages, it is often found in the automated system. This is a feedback system through sensors for temperature measurement signal comparison with the set value, the difference between the set value and measurement will be sent to the control signal generator for power control heater. MỤC LỤC Trang tựa tra ng Quyết định giao đề tài i Lý lịch khoa học ii Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt v Mục lục CHƯƠNG I- TỔNG QUAN 1 1.1 Giới thiệu chung 1 v
9. 1.1.1 Đặt vấn đề 1 1.1.2 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước 2 1.1.2.1 Kết quả nghiên cứu trong nước 2 1.1.2.2 Kết quả nghiên cứu ngoài nước 3 1.2 Mục đích đề tài 4 1.3 Nhiệm vụ đề tài và giới hạn đề tài 5 1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài 5 1.3.2 Giới hạn của đề tài 5 1.4 Phương pháp nghiên cứu 6 1.4.1 Nghiên cứu lý thuyết 6 1.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 6 CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu về công nghệ ép phun 7 2.1.1 Nhu cầu thực tế và hiệu quả thực tế mà phương pháp mang lại 7 2.1.2 Khái niệm về công nghệ ép phun 7 2.1.3 Đặc điểm của công nghệ ép phun 8 2.2 Lý thuyết truyền nhiệt 9 2.2.1 Các phương thức trao đổi nhiệt 9 2.2.1.1 Dẫn nhiệt 9 2.2.1.2 Trao đổi nhiệt đối lưu 11 2.2.1.3 Trao đổi bức xạ 13 2.3 Giới thiệu về thuật toán điều khiển 15 2.3.1 Thuật toán điều khiển ON-OFF 15 2.3.2 Thuật toán điều khiển PID 17 2.3.2.1 Khâu P 22 2.3.2.2 Khâu I 23 2.3.2.3 Khâu D 24 2.3.2.4 Tổng hợp ba khâu – bộ điều khiển PID 25 2.4 Giới thiệu về PLC 26 vi
10. 2.4.1 Tổng quan về PLC 26 2.4.2 Cấu trúc 28 2.4.3 Bộ nhớ 29 2.4.4 Bộ xử lý 31 2.5 Phần mềm TIA Prortal 31 2.6 Tìm hiểu khối hàm PID_Compact trong TIA Portal 32 2.7 Cách cấu hình và sử dụng bộ PID_Compact 34 CHƯƠNG 3 – PHƯƠNG PHÁP TÌM HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG 3.1 Sử dụng phương pháp thứ nhất của Ziegler – Nichols 41 3.2 Thực nghiệm để tìm ra hàm truyền của hệ thống 43 3.2.1 Một số chi tiết cần cho thực nghiệm 43 3.2.1.1 Cấu tạo tấm khuôn (Đối tượng) 43 3.2.1.2 Cảm biến nhiệt độ (Themorcouple) 43 3.2.1.3. Điện trở gia nhiệt 44 3.2.1.4 Đồng hồ nhiệt độ Omrom E5CW-Q1KT 45 3.2.2 Phương pháp thực hiện 46 CHƯƠNG 4 - THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 4.1. Sơ đồ cấu trúc của bộ điều khiển. 57 4.2. PLC S7-1200. CPU 1214C DC/DC/DC. 57 4.2.1 Giới thiệu 57 4.2.2 CPU S7-1200 58 4.2.3 Module mở rộng PLC S7-1200 60 4.2.4 Phương thức giao tiếp 61 4.2.5. Lập trình 62 4.3 Module mở rông PLC S7-1200 SB 1232 62 4.4. Relay bán dẫn analog (Van CH) 63 4.5. Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ. 64 4.6 Kết cấu phần cứng 65 vii
11. CHƯƠNG 5 - LẬP TRÌNH VÀ GIAO DIỆN WIN CC 5.1 Chương trình chính 67 5.2 Thiết kế giao diện người dung và kết quả đạt được 71 5.2.1 Thiết kế giao diện người dung 71 5.2.2 Kết quả đạt được 73 CHƯƠNG 6 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 6.1. Tóm tắt và đánh giá kết quả 77 6.2. Đề nghị hướng phát triển của đề tài 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Tran g Hình 1.1: So sánh sự thay đổi nhiệt độ đo được cho phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng và gia nhiệt bằng nước nóng 2 Hình 1.2: So sánh kết quả giữa mô phỏng và thí nghiệm cho tấm khuôn C45 3 Hình 1.3: Biểu đồ nhiệt độ tại tâm bề mặt lòng khuôn của hai tấm insert Al, CT3 3 Hình 2.1: Nguyên lý dẫn nhiệt 10 Hình 2.2: Tỏa nhiệt đối lưu 11 Hình 2.3a: Truyền nhiệt đối lưu tự nhiên 12 Hình 2.3 b: truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức 12 Hình 2.4: Truyền nhiệt bức xạ 13 Hình 2.5: Biểu đồ thời gian thuật toán điều khiển ON-OFF 15 viii
12. Hình 2.6: Phương pháp điều khiển theo kiểu PWM 16 Hình 2.7: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vòng kín 17 Hình 2.8: Sơ đồ khối bộ điều khiển PID 18 Hình 2.9: Đặc tính đáp ứng đầu ra của bộ điều khiển 19 Hình 2.10: Cấu trúc PID mắc song song 21 Hình 2.11: Cấu trúc PID mắc nối tiếp 20 Hình 2.12 Sơ đồ khối khâu P 23 Hình 2.13: Đáp ứng của khâu P 23 Hình 2.14 Sơ đồ khối khâu I 23 Hình 2.15 Đáp ứng của khâu I và PI 21 Hình 2.16 Sơ đồ khối khâu D 25 Hình 2.17: Đáp ứng của khâu D và PD 25 Hình 2.18 Sơ đồ khối bộ điều khiển PID 26 Hình 2.19 Đáp ứng của khâu P, PI và PID 26 Hình 2.20 Khối hàm PID_Compact trong TIA Portal. 32 Hình 2.21 Cấu hình bộ PID_Conpact 35 Hình 2.22 Chọn Organization block (OB) 35 Hình 2.23 Lấy khối hàm PID_Compact 36 Hình 2.24 Nhập các biến khai báo. 37 Hình 2.25 Chọn loại điều khiển 37 Hình 2.26 Nhập thông số scaling 38 Hình 2.27 Nhập thông số KP, KI, KD 39 Hình 2.28 Bắt đầu kích hoạt bộ điều khiển 39 Hình 2.29 Giám sát hệ thống bằng đồ thị 40 Hình 3.1a Đặc tính chính xác khuôn nhiệt 42 Hình 3.1b Đặc tính gần đúng khuôn nhiệt 42 Hình 3.2 Đối tượng cần điều khiển. 43 Hinh 3.3 Cảm biến nhiệt độ 44 Hình 3.4 Điện trở gia nhiệt 45 ix
13. Hình 3.5 Đồng hồ nhiệt 45 Hình 3.6 Sơ đồ khối thực nghiệm để xác định đặc tính khuôn 46 Hình 3.7 Sơ đồ phần cứng chuẩn bị cho thực nghiệm 47 Hinh3.8 Đồ thị đặc tính khuôn trong thí nghiệm 1 48 Hinh3.9 Đồ thị đặc tính khuôn trong thí nghiệm 2 50 Hinh3.10 Đồ thị đặc tính khuôn trong thí nghiệm 3 51 Hinh3.11 Đồ thị đặc tính khuôn trong thí nghiệm 4 52 Hinh 3.12 Đồ thị đặc tính khuôn trong thí nghiệm 5 53 Hinh 3.13 Đồ thị đặc tính khuôn trong thí nghiệm 6 54 Hinh 3.14 Đồ thị đặc tính khuôn trong thí nghiệm 7 55 Hình 4.1 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển 57 Hình 4.2 các khối chức năng của S7-1200 59 Hình 4.3 Các module mở rộng PLC S7-1200 61 Hình 4.4 Phương thức giao tiếp của PLC S7 1200 62 Hình 4.5 Module mở rộng OA, SB 1232 63 Hình 4.6 Relay bán dẫn Analog 1pha 64 Hình 4.7 Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ sang điện áp 65 Hình 4.8 Sơ đồ phần cứng 65 Hình 4.9 Sơ đồ phần điều khiển 66 Hình 5.1: Chương trình khởi động 67 Hình 5.2: Chương trình khởi động quạt 67 Hình 5.3: Nhiệt độ cài đặt ban đầu 68 Hình 5.4: Phản hồi tín hiệu 68 Hình5.5: Hiển thị nhiệt độ hiện tại 69 Hình 5.6: Xuất tín hiệu điều khiển 69 Hình 5.7: PID_Compact 70 Hình 5.8: Màn hình chính 71 Hình 5.9: Màn hình điểu khiển 71 Hình 5.10: Màn hình biểu đồ thực 72 x
14. Hình 5.11: Bảng cập nhập nhiệt độ 72 Hình 5.12 biểu đồ điều khiển bằng phương pháp ON/OFF 73 Hình 5.13 Biểu đồ khi chưa điều chỉnh bộ điều khiển 73 Hình 5.14 Cài đặt 3 thông số KP, KI, KD theo tính toán 74 Hình 5.15 Cài đặt với với nhiệt độ 90oC 74 Hình 5.16: Cài đặt với nhiệt độ 100oC 75 Hình 5.17 Cài đặt nhiệt độ ở 130oC 76 xi
15. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1 Bảng chiều dài bức xạ các tia bức xạ 14 Bảng 2.2 Bảng ảnh hưởng của các thành phần KP, KI, KD lên hệ thống 18 Bảng 2.3 Bảng chi tiết dữ liệu bộ PID_Compact trong PLC 34 Bảng 3.1 Bảng tính toán thông số bộ điều khiển 42 Bảng 3.2 Bảng thông số kỹ thuật đồng hồ nhiệt E5CW-Q1KT 46 Bảng 3.3 Bảng kết quả thí nghiệm lần 1 48 Bảng 3.4 Bảng kết quả thí nghiệm lần 2 50 Bảng 3.5 Bảng kết quả thí nghiệm lần 3 51 Bảng 3.6 Bảng kết quả thí nghiệm lần 4 52 Bảng 3.7 Bảng kết quả thí nghiệm lần 5 53 Bảng 3.8 Bảng kết quả thí nghiệm lần 6 54 Bảng 3.9 Bảng kết quả thí nghiệm lần 7 55 Bảng 3.10 Bảng tổng kết quả qua 7 lần thí nghiệm 56 Bảng 4.1 Bảng thông số kỹ thuật các dòng PLC S7-1200 60 xii
16. Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, các sản phẩm nhựa được thiết kế và phát triển theo xu hướng phức tạp hơn. Do đó, quá trình phun ép các sản phẩm dạng này đang đối mặt với các thử thách lớn. Nếu trong suốt quá trình phun ép, nhiệt độ khuôn có thể duy trì ở giá trị cao hơn nhiệt độ chuyển pha của vật liệu nhựa thì khả năng điền đầy khuôn với những chi tiết có kích thước lớn sẽ tăng lên. Nhìn chung, nếu nhiệt độ bề mặt lòng khuôn cao, quá trình điền đầy nhựa sẽ được dễ dàng hơn, và trong hầu hết các trường hợp, chất lượng bề mặt sản phẩm sẽ được cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ của các tấm khuôn tăng cao, quá trình giải nhiệt của khuôn nhựa sẽ bị kéo dài, và chu kỳ phun ép sẽ tốn nhiều thời gian, giá thành sản phẩm cũng sẽ gia tăng. Vì vậy, mục tiêu quan trọng của quá trình điều khiển nhiệt độ khuôn phun ép là: gia nhiệt cho bề mặt khuôn đến nhiệt độ yêu cầu, nhưng vẫn đảm bảo thời gian chu kỳ phun ép. Tuy nhiên quá trình điều khiển đối tượng nhiệt độ rất phức tạp. Đặc thù của đối tượng nhiệt độ là có quán tính rất lớn, phản ứng rất chậm vói các tác động điều khiển. Trong quá trình nghiên cứu để tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, những người nắm bắt kỹ thuật chuyên nghành khuôn phun ép đã nhận ra một điều rằng, nhiệt độ của khuôn quyết định sản phẩm đó là thành phẩm hay phế phẩm. Chính vì vậy tôi đã chọn đề tài “Nâng cao hiệu quả của quá trình điều khiển nhiệt độ trong khuôn phun ép bằng phương pháp PID” với mục đích tìm ra phương pháp để khắc phục hiện tượng không ổn định nhiệt độ của khuôn 1
17. phun ép nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm số lượng sản phẩm bị phế đồng thời tăng năng suất sản xuất. 1.1.2 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến việc gia nhiệt cho khuôn 1.1.2.1 Kết quả nghiên cứu ngoài nước  Nghiên cứu của nhóm tác giả thuộc bộ môn kỹ thuật cơ khí, đại học Chung Yuan Christian, Đài Loan: Đánh giá tính khả thi của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng cho việc điều khiển nhiệt độ bề mặt khuôn trong quá trình phun ép [9]. Phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng có thể tăng nhiệt độ bề mặt khuôn từ 600C đến 120 0C trong vòng 2 giây (nghĩa là tốc độ trung bình khoảng 300C/giây) và cần 34 giây để nhiệt độ trở về 600C. Trong khi, phương pháp gia nhiệt bằng nước nóng thì phải mất 192 giây để có thể tăng nhiệt độ bề mặt khuôn từ 600C đến 1200C và cần 75 giây để nhiệt độ trở về 600C. Hình 1.1: So sánh sự thay đổi nhiệt độ đo được cho phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng và gia nhiệt bằng nước nóng 1.1.2.2 Kết quả nghiên cứu trong nước  Gia nhiệt bằng điện trở “Tối ưu hóa hệ thống điều khiển nhiệt độ bằng điện trở và nước cho tấm khuôn dương” [5] 2
18. Hình 1.2: So sánh kết quả giữa mô phỏng và thí nghiệm cho tấm khuôn C45 Trong nghiên cứu này cho thấy nhiệt độ cuối quá trình gia nhiệt lúc mô phỏng là 960C và thí nghiệm là 740C chênh lệch khoảng 220C, cuối quá trình giải nhiệt là 570C chênh lệch giữa thí nghiệm và mô phỏng là 0.130C.  Nghiên cứu phân bố nhiệt của tấm khuôn dương với phương pháp gia nhiệt bằng điện trở. [6] Hình 1.3: Biểu đồ nhiệt độ tại tâm bề mặt lòng khuôn của hai tấm insert Al, CT3 - Nhiệt độ lúc cuối quá trình gia nhiệt của tấm khuôn với vật liệu Al là 80.02 ºC, tấm khuôn vật liệu CT3 là 70.4ºC. 3
19. - Tốc độ gia nhiệt của tấm insert Al là 0.57º C s diễn ra nhanh hơn tấm CT3 là 0.43ºC/s. - Nhiệt độ lúc cuối quá trình giải nhiệt của tấm khuôn Al là 32ºC, tấm khuôn CT3 là 38ºC. - Tốc độ giải nhiệt của tấm insert Al cao 0,686ºC/s, và tấm khuôn CT3 là 0,463ºC/s. 1.2 Mục đích của đề tài Hiện nay, vật liệu nhựa đã dần phổ biến trong cuộc sống, các nghiên cứu gần đây đang tìm cách sản xuất những sản phẩm có kích thước nhỏ như chip điện tử, thiết bị sinh học, thiết bị y tế Cũng như những sản phẩm có kích thước rất lớn, cần có thời gian phun ép dài, yêu cầu nhiệt độ khuôn phải ổn định. Do đó, ngành công nghiệp khuôn đã và đang dần dần tiến thêm một bước quan trọng. Trong quá trình phun ép, nhiệt độ khuôn đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo hình và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm nhựa. Qua các nghiên cứu trước đây, việc kiểm soát và điểu khiển nhiệt độ khuôn là hết sức cần thiết để đạt được chất lượng sản phẩm tốt nhất. Chính vì vậy tác giả chọn đề tài “Nâng cao hiệu quả của quá trình điều khiển nhiệt độ trong khuôn phun ép bằng phương pháp PID” với mục đích như sau: - Gia nhiệt cho khuôn phun ép - Điều khiển và giám sát hệ thống qua màn hình - Kiểm soát quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép - Nâng cao hiệu suất gia nhiệt cho khuôn từ đó nâng cao chất lượng tăng năng suất trong việc phun ép nhựa. 1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài - Làm mô hình thực tế, nghiên cứu đặc tính của khuôn và cho ra hàm truyền nhiệt dựa trên mô hình thực tế. - Sử dụng SIMENS S7-1200 để điều khiển nhiệt độ bằng PID. 4
20. - Giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu hoạt động của hệ thống sử dụng phần mềm TIA Portal và Win CC. 1.3.2 Giới hạn của đề tài Do trong khuôn khổ giới hạn của luận văn chỉ khảo sát Đối tượng là tấm khuôn 200x100x40 mm , được điều khiển nhiệt độ bằng phương pháp PID thông qua PLC S7-1200 và được lập trình và giao tiếp bằng phần mềm TIA Portal của SIEMENS. 1.4 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. 1.4.1 Nghiên cứu lý thuyết - Công nghệ ép phun - Quá trình truyền nhiệt - Vật liệu nhựa và thuộc tính - Xử lý số liệu thực nghiệm 1.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm - Gia công tấm khuôn - Thực nghiệm tìm ra hàm truyền - Thiết kế giao diện màn hình giao tiếp máy tính - Lập trình điều khiển bằng PLC 5
21. Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu về công nghệ ép phun 2.1.1 Nhu cầu thực tế và hiệu quả kinh tế mà phương pháp mang lại Hiện nay trên thị trường có rất nhiều sản phẩm nhựa. Từ sản phẩm là dụng cụ học tập như: thước, viết, hay đồ chơi trẻ em, . Cho đến các sản phẩm phức tạp như: bàn, ghế, vỏ điện thoại, các chi tiết dùng trong ô tô, xe máy, đều được làm bằng nhựa. Các sản phẩm này có hình dáng, màu sắc phong phú và chúng đã góp phần cho cuộc sống tiện nghi hơn. Điều này đồng nghĩa với việc sản phẩm nhựa mà phần lớn tạo ra nhờ công nghệ ép phun đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống. Với các tính chất như: độ dẻo dai, nhẹ, có thể tái chế, không có những phản ứng hóa học với không khí trong điều kiện bình thường, vật liệu nhựa đã thay thế các loại vật liệu khác như: sắt, nhôm, đồng thau, Do đó, nhu cầu sử dụng vật liệu nhựa trong tương lai sẽ còn lớn. Điều này dẫn đến ngành công nghệ khuôn mẫu sẽ rất phát triển. Công nghệ ép phun cho phép sản xuất ra sản phẩm có chi tiết rất nhỏ, mà hầu hết không thể chế tạo bằng phương pháp khác. Lượng phế phẩm rất nhỏ tại các đường rãnh, cổng phun và sản phẩm bị loại có thể sử dụng lại. Công nghệ mang 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4