Xây dựng chương trình Điều khiển cho mô hình hệ thống tự Động tách sản phẩm khỏi khuôn Đúc sử dụng plc s7 1200

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

KHOA ĐIỆN CƠ

Giáo viên hướng dẫn : Ths.Đoàn Đức Trọng

Trang 2

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH

ĐIỀU KHIỂN CHO MÔ HÌNH HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TÁCH SẢN PHẨMKHỎI KHUÔN ĐÚC SỬ DỤNG PLC S7 1200” do em tự thiết kế dưới sự hướng

dẫn của thầy giáo Th.S Đoàn Đức Trọng Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng

với thực tế.

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo Nếu pháthiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Hải Phòng, ngày tháng năm 2019

Sinh viên thực hiện

Đỗ Văn Quyền

Trang 3

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện- Cơtrường ĐH Hải Phòng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng nhưcác môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiệngiúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điềukiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thànhkhoá luận tốt nghiệp.

Hải Phòng, ngày tháng 12 năm 2019Sinh viên

Đỗ Văn Quyền

Trang 4

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5

4 Phương pháp nghiên cứu 5

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5

CHƯƠNG 1 6

KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TÁCH SẢN PHẨM KHỎI KHUÔN ĐÚC 6

1.1 Đặt vấn đề 6

1.2 Giới thiệu về hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc 7

1.3 Các yêu cầu của dây chuyền tách sản phầm khỏi khuôn đúc 7

1.4 Đặc điểm của hệ thống tự động tách sản phẩmm khỏi khuôn đúc 8

1.4.1 Bài toán tách sản phẩm khỏi khuôn chế tạo 8

1.4.2 Một số hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn tiêu biểu 9

1.5 Khả năng ứng dụng của hệ thống trong sản xuất công nghiệp 12

1.6 Đề xuất mô hình thiết kế 13

1.6.1 Cấu trúc hệ thống 13

1.6.2 Nguyên lý hoạt động chung 15

CHƯƠNG 2 17

LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG 17

2.1 Lựa chọn thiết bị cho mô hình 17

2.1.1 Cơ cấu thủy lực 17

2.1.2 Tính toán trang bị điện – điện tử 21

2.1.3 Lựa chọn bộ điều khiển PLC 34

2.2 Xây dựng mô hình vật lý 38

Trang 5

2.3 Nguyên lý hoạt động của mô hình 41

CHƯƠNG 3 54

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 54

SỬ DỤNG PLC S7-1200 54

3.1 Đặt vấn đề 54

3.2 Thuật giải điều khiển và chương trình PLC 54

3.2.1 Thuật giải điều khiển 54

3.2.2 Xây dựng chương trình PLC 57

3.2.3 Chương trình điều khiển mô hình 58

3.3 Sơ đồ đấu nối PLC mô hình 61

Trang 6

Danh mục chữ viết tắt và kí hiệu

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Chữ viết tắtGiải thích

Trang 7

Danh mục các hình

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang 8

Danh mục các hình

Trang 9

Trong công cuộc toàn cầu hóa sản phẩm, các mặt hàng từ nhỏ đến lớn được sảnxuất ra không những cần phải đạt tiêu chuẩn về chất lượng, độ chính xác cao mà cònphải đa dạng về chủng loại…Để đáp ứng những yêu cầu trên, rất nhiều các khu côngnghiệp được hình thành với các trang thiết bị hiện đại Việc ứng dụng các hệ thống tựđộng hóa trong hoạt động sản xuất làm nâng cao chất lượng sản phẩm, hạ giá thành,sử dụng tiết kiệm nguồn nguyên liệu…

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn em đã lựa chọn đề tài “XÂY DỰNG MÔ HÌNH

HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TÁCH SẢN PHẨM KHỎI KHUÔN ĐÚC” để nghiên cứu.

Trang 10

Mở đầu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu về các hệ thống tự động, cácdây chuyển sản xuất trong các xí nghiệp công nghiệp từ đó tìm hiểu và áp dụng đểxây dựng một hệ thống điều khiển giám sát cho dây chuyền tự động tách sản phẩmkhỏi khuôn đúc.

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là tính toán, thiết kế và xây dựng được môhình mô phỏng trên phần mềm chuyên ngành và từ mô hình có thể phát triển để xâydựng mô hình hệ thống lớn ứng dụng trong công nghiệp, phục vụ cho hoạt động sảnxuất cho các xí nghiệp đúc.

4 Phương pháp nghiên cứu

- Tìm hiểu, phân tích tài liệu, kế thừa các công trình và bài viết liên quan.- Ứng dụng lý thuyết vào thực tế.

- Phương pháp tính toán và xử lý kết quả nghiên cứu.- Phương pháp thực nghiệm.

- Phương pháp xây dựng mô hình và mô phỏng hệ thống.

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Đề tài có ý nghĩa khoa và khả năng ứng dụng thực tiễn cao Khi xây dựngđược hệ thống giúp con người giải phóng khỏi các lao động ở môi trường độc hại,tăng năng suất lao động của các xí nghiệp công nghiệp.

- Để xây dựng được thành công mô hình cần phải nắm được những kiến thứcchuyện ngành, sử dụng tốt các phần mềm chuyên ngành để qua đó áp dụng và đưa rađược một hệ thống tối ứu nhất mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sản xuất phục vụcho công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước ta

Trang 11

Chương 1: Khái quát về hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc

Sản xuất vật chất là ngành công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nềnkinh tế quốc dân, tạo ra các sản phẩm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của conngười Nó đòi hỏi các ngành cần phải đổi mới không chỉ về phương thức sản xuấtmà còn phải đổi mới cách thức sản xuất Với tư duy đó, người ta bắt đầu tính đếnviệc giảm bớt số lượng công nhân lao động bằng tay trong việc tạo ra sản phẩm vàthay vào đó là các dây chuyền, các khâu sản xuất đảm bảo một chức năng cụ thể.Giống như các ngành khác, công nghiệp điện - điện tử là một ngành công nghiệptrẻ, nhạy bén với những tiến bộ của khoa học kỹ thuật và là một trong những ngànhkỹ thuật tiên tiến được ưu tiên hàng đầu trên thế giới Nó không chỉ cần sử dụngthiết bị hiện đại mà còn cần phải đưa ra những phương pháp tổ chức, quản lý sảnxuất tiên tiến nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, giá thành hạ thông qua việcsản xuất theo dây chuyền và hàng loạt.

Việc kết hợp linh hoạt giữa ngành điện - điện tử và ngành cơ khí tạo ra bướctiến mang tính đột phá trong sự phát triển của tự động hóa Nhờ sự kết hợp mangtính đột phá đó, số lượng các khu công nghiệp lớn, vừa và nhỏ được xây dựng vớicác trang bị các thiết bị, máy móc hiện đại phục vụ sản xuất, kinh doanh nhằm tạora sản phẩm chất lượng cao đáp ứng nhu cầu của con người.

Trang 12

1.2 Giới thiệu về hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc

Tổ chức sản xuất theo dây chuyền mang lại hiệu quả nhất đối với những loạihình sản xuất lặp lại Mỗi đơn vị đầu ra cần phải có một trình tự các thao tác từ đầuđến cuối một cách logic, chính xác Tổ chức sản xuất phải được bố trí phân theocấp nhằm thực nhiện đúng trình tự các bước của công việc đã được chuyên mônhóa và tiêu chuẩn và có khả năng sắp xếp quá trình tương ứng với những đòi hỏi vềcông nghệ chế biến sản phẩm.

Trong công nghiệp, một số lĩnh vực sản xuất như đúc, ép, luyện kim, sản xuấtkính …các sản phẩm sau khi gia công phải được tách khỏi khuôn để chuyển tới cáccông đoạn tiếp theo như kiểm tra, đóng gói hoàn thiện sản phẩm Đây là các côngviệc độc hại, nguy hiểm cho con người do phải chịu các tác động có hại như tiếngồn, nhiệt độ, hóa chất cũng như tiềm ẩn nguy hiểm về tai nạn lao động Vì vậy nhucầu phải có một hệ thống tự động thay thế cho con người trong công đoạn tách sảnphẩm khỏi khuôn chế tạo là rất cần thiết Trên hệ thống này, sản phẩm và khuônđược băng tải vận chuyển đưa vào hệ thống, hệ thống sẽ tự động tách sản phẩm vàkhuôn sau đó đưa tới hai băng tải vận chuyển riêng biệt Sản phẩm sẽ được đưa tớicác công đoạn tiếp theo, khuôn sẽ được đưa trở lại để tiếp tục chế tạo các loạt sảnphẩm tiếp theo

Đề tài của đồ án này sẽ giúp người đọc hiểu rõ hơn về cách thức vận hành,hoạt động của mô hình tách sản phẩm khỏi khuôn đúc, tìm hiểu rõ hơn về các hệthống điều khiển tự động, các hệ thống băng chuyền, khả năng ứng dụng các phầnmềm điều trong các xí nghiệp công nghiệp hiện nay

1.3 Các yêu cầu của dây chuyền tách sản phầm khỏi khuôn đúc

- Bảo đảm an toàn cho con người.

- Việc vận hành dây chuyền thuận tiện, đơn giản.- Đảm bảo yêu cầu chung nhất về tự động hóa.

- Đảm bảo yêu cầu về công tác quản lý giám sát và điều khiển các hệ thốngtự động nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, tránh rủi ro, tiết kiệm chi phí, hạn chếnhân công.

Trang 13

- Làm việc tin cậy, ổn định, xác suất hỏng hóc, chi phí sản xuất ở mức tốithiểu.

- Có khả năng thích ứng cao với những sự thay đổi mang tính quá trình,nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng hóa sản xuất.

- Đảm bảo các yêu cầu chung về vấn đề môi trường.

1.4 Đặc điểm của hệ thống tự động tách sản phẩmm khỏi khuôn đúc1.4.1 Bài toán tách sản phẩm khỏi khuôn chế tạo

Trong công nghiệp đúc, ép, dập…một trong những nguyên công cơ bản củaquy trình sản xuất là tách sản phẩm khỏi khuôn chế tạo sau khi sản phẩm đã đượcgia công Thông thường, sản phẩm sẽ được gia công trong khuôn có hai nửa, saukhi tách khuôn làm hai phần thì sản phẩm và phần khuôn còn lại sẽ được táchriêng Phần còn lại của khuôn sẽ được trả về để thực hiện sản xuất loạt sản phẩmmới còn sản phẩm sẽ được đưa tới công đoạn tiếp theo như gia công, kiểm tra,đóng gói

Với sản xuất thủ công, quy mô nhỏ lẻ thì bài toán này thường được giảiquyết thủ công tức là người lao động trực tiếp thực hiện việc tách sản phẩm khỏikhuôn Việc thực hiện thủ công có năng suất thấp, con người bị ảnh hưởng đến sựan toàn, sức khỏe do các tác động của tiếng ồn, nhiệt độ cao, hóa chất… Mặt khácviệc thực hiện những việc đơn điệu và nhàm chán sẽ gây ra cảm giác ức chế, mệtmỏi cho những người làm việc tại vị trí này Khâu tách sản phẩm ra khỏi khuôn làkhâu trung gian nhưng có vai trò rất quan trọng trong quy trình sản xuất, giải quyếttốt được khâu này sẽ làm tăng năng suất, giải phóng người lao động khỏi nhữngphần việc nặng nhọc, độc hại, tiềm ẩn nhiều nguy cơ xảy ra tai nạn lao động

Do đó, ta đưa phương án giải bài toán tách sản phẩm khỏi khuôn đúc bằngmột hệ thống tự động có thể giải quyết triệt để được các vấn đề đã đặt ra ở trên.Trong sản xuất ngày nay, rất nhiều các lĩnh vực sản xuất đã đưa hệ thống tự độngnày vào sản xuất như dây chuyền sản xuất tôn, dây chuyền sản xuất kính tấm, sảnxuất chất dẻo Hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn chế tạo trong côngnghiệp hiện nay được kết hợp với hệ thống phân loại, kiểm tra góp phần đáng kể

Trang 14

vào đảm bảo chất lượng sản phẩm, giảm giá thành, nâng cao năng suất và hiệu quảkinh tế.

1.4.2 Một số hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn tiêu biểu

a Máy gắp tôn tự động

Hệ thống gắp tôn tự động được mô tả như hình 1.1.

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống gắp tônMô tả hệ thống:

- Hệ thống được xây dựng bởi kết cấu thép dầm cứng vững chịu được runglắc tốt khi hệ thống hoạt động

- Hệ thống có một xe con di chuyển trái, phải được tác động bởi động cơ kéoxích, trong đó tốc độ có thể thay đổi được

- Hệ thống có thêm hai cơ cấu nâng, hạ gắp tôn và khuôn được tác động bởihai động cơ nâng, hạ.

- Ngoài ra còn có rất nhiều sensor hành trình, van khí nén, ống dẫn khí…phục vụ cho hoạt động của hệ thống

Trang 15

Chương 1: Khái quát về hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúcNguyên tắc hoạt động chung của hệ thống:

* Chế độ bằng tay:

Trình tự thực hiện:

- Hệ thống đang ở vị trí OFF.

- Chuyển công tắc sang vị trí Manual.

- Bấm nút Start trên tủ điều khiển cho phép hệ thống hoạt động ở chế độbằng tay.

+ Khi có tấm, bấm nút hành trình chạy phải Khi đó xe sẽ chạy hoàn thành 1

Trang 16

chu kì rồi dừng lại ở vị trí hạn vị phải Lúc này bàn hút khuôn nhả khuôn, bàn húttấm hút tấm.

b Máy gắp kính tấm

Ngày nay, kính đã dần trở thành vật liệu không thể thiếu và chiếm vị trí quantrọng trong ngành xây dựng bởi những ưu điểm của nó Kính được dùng làm rấtnhiều các vận dụng như bàn, tủ, cửa, mái che lấy ánh sáng, vật trang trí… Để sửdụng kính vào đúng mục đích cần phải qua các khâu chế biến, gia công kính như:cắt, mài, vát mép,… Bằng việc nghiên cứu và tìm hiểu quy trình sản xuất kính tathấy trước khi đưa kính vào gia công thì khâu đầu tiên là cắt kính đúng kích thước,sau đó kính tấm được chuyển tới máy cắt gọt CNC, tiếp tục được gia công tới khithành sản phẩm, cuối cùng kính tấm được gắp ra khỏi khuôn gá để lên giá theo cácyêu cầu Tùy theo các mục đích sử dụng, kích thước và chất lượng của các tấmkính là khác nhau

Qua tìm hiều thực tế ta thấy cấu trúc chung của hệ thống tự động gắp kínhthường có các bộ phận chính:

- Động cơ truyền chuyển động: có thể là động cơ không đồng bộ ba pharotor lồng sóc hoặc động cơ bước.

- Hệ thống tay gắp: thường là các tay gắp hút chân không hoặc các tấm dínhvới độ dính cao Tùy theo kích thước và trọng lượng của tấm kính mà các tay gắplà khác nhau.

- Hệ thống vận chuyển kính: sau khi tay gắp gắp sản phẩm kính thì các độngcơ truyền chuyển động di chuyển tay gắp đến những để kính quy định rồi thực hiệncác thao tắc nhả kính hoặc cũng có thể đưa kính tới các băng tải vận chuyển để đưacác tấm kính đến các giá kính.

- Hệ thống các cảm biến phục vụ cho việc ngắt hoặc đóng cho các chu trìnhlàm việc.

- Hệ thống piston khí nén.

- Hệ thống nút nhấn, đèn báo khi hoạt động bằng tay hoặc tự động.- Hệ thống các thiết bị bảo vệ…

Trang 17

1.5 Khả năng ứng dụng của hệ thống trong sản xuất công nghiệp

Cùng với sự tiến bộ của khoa học, danh mục các sản phẩm do công nghiệptạo ra ngày càng nhiều, đòi hỏi chất lượng ngày càng cao Thực hiện được điều đó,sản xuất công nghiệp đòi hỏi phải phân ra nhiều ngành, nhiều công đoạn Sự phâncông này phải có sự phối hợp chặt chẽ với nhau để tạo ra sản phẩm cuối cùng đạttiêu chuẩn chất lượng Điều đó phụ thuộc vào việc các nhà sản xuất có biết ứngdụng tối đa khả năng hoạt động của các dây chuyền trong sản xuất hay không.

Nói đến ngành công nghiệp lớn là nói đến vấn đề ứng dụng hệ thống tự độnghóa băng chuyền Với việc sử dụng các thiết bị khoa học kỹ thuật hiện đại, các dâychuyền sản xuất có nhiệm vụ thay thế lao động công nhân trực tiếp sản xuất ra sảnphẩm với mức độ nhanh hơn, chính xác hơn, năng suất cao.

Điều đó càng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các ngành sản xuất có cáchoạt động trong môi trường độc hại, không an toàn như công nghiệp đúc Con ngườitừ việc trực tiếp sản xuất tạo ra sản phẩm trong môi trường lao động độc hại chuyểnsang việc điều khiển, giám sát các hoạt động sản xuất trong một môi trường an toànnhờ lợi ích của việc tập trung hóa, tự động hóa.

Cùng với việc đổi mới công nghệ sản xuất, các dây chuyền sản xuất đượcxây dựng theo chiến lược phát triển phù hợp với khả năng ứng dụng của nó vớitrình độ phát triển của khoa học - kỹ thuật trong tương lai ngày càng nhiều Mộtchứng minh cụ thể như các dây chuyền tách sản phẩm khỏi khuôn như trong cácdây chuyển sản xuất công nghiệp đúc, ép, dập khuôn Ban đầu là nền sản xuấtquy mô nhỏ lẻ với số lượng sản phẩm ít, người lao động phải tách sản phẩm bằngtay, quan sát và nhận dạng bằng mắt ở ngay tại nơi sản xuất vì thế mà năng suất,chất lượng phụ thuộc nhiều vào tay nghề, kinh nghiệm của người công nhân Khixã hội phát triển, nhu cầu về số lượng, chất lượng sản phẩm ngày càng được chútrọng buộc các nhà sản xuất phải ứng dụng khoa học kỹ thuật và hệ thống của mìnhđể nâng cao năng suất, cho ra nhiều dòng sản phẩm với nhiều kích thước, kiểudáng, chủng loại đáp ứng nhu cầu của thực tế Vì thế khả năng ứng dụng khoa học

Trang 18

kỹ thuật trong sản xuất hàng loạt và đặc biệt là trong công nghiệp đúc là rất cầnthiết

1.6 Đề xuất mô hình thiết kế1.6.1 Cấu trúc hệ thống

Cấu trúc chung hệ thống được mô tả như hình 1.2.Các thiết bị chính sử dụng trong mô hình:

- 04 động cơ điện một chiều; trong đó:

+ Động cơ một chiều DC1 là động cơ di chuyển bàn máy gắp sản phẩm đúcvà gắp khuôn đúc trên trục vitme theo chiều thuận và chiều ngược.

+ Động cơ một chiều DC2 có chức năng truyền chuyển động cho băng tảichính (băng tải gồm sản phẩm đúc và khuôn đúc).

+ Động cơ một chiều DC3 là động cơ quay băng tải vận chuyển sản phẩmđúc vào kho chứa.

+ Động cơ một chiều DC4 là động cơ quay băng tải vận chuyển khuôn đúcvề kho chứa khuôn đúc.

- Modul điều khiển PLCS7-1200 hãng Simen.

- 03 băng tải; các băng tải được chế tạo từ khung nhôm định hình, kết nốivới các động cơ để truyền chuyển động.

+ 01 băng tải chính - băng tải vận chuyển cả khuôn đúc và sản phẩm đúc.+ 01 băng tải khuôn đúc - băng tải để vận chuyển khuôn đúc sản phẩm.+ 01 băng tải sản phẩm - băng tải để vận chuyển sản phẩm đúc.

- 03 van điện từ.

- 01 máy nén khí để đóng mở các các piston.- 03 công tắc hành trình.

- 03 cảm biến quang omron họ E3T- 17 Relay trung gian 14 chân một chiều.- 01 Áp tô mát, 01 Cầu chì.

- 14 nút nhấn và 17 đèn báo.

Trang 19

Chương 1: Khái quát về hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc- 01 nút ấn Emrgency

- Thanh ray, trục vitme và các cấu trúc khung đỡ bằng nhôm định hình.- Ngoài ra còn một số các thiết bị phụ trợ đi kèm khác

Trang 20

Chương 1: Khái quát về hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúcHình 1.2 Đề xuất cấu trúc hệ thống tác sản phẩm khỏi khuôn đúc

1.6.2 Nguyên lý hoạt động chung

- Hệ thống băng tải gồm ba băng tải riêng biệt, một băng tải đưa khuôn vàsản phẩm đã gia công tới vị trí thao tác, một băng tải đưa khuôn trở lại khu vực sảnxuất, băng tải còn lại đưa sản phẩm tới công đoạn tiếp theo Trong đó băng tải thứnhất được điều khiển sao cho khi có đối tượng đến đúng vị trí thì dừng, sau khikhuôn và sản phẩm được tách ra và giải phòng khỏi vị trí đã đặt thì băng tiếp tụchoạt động Băng tải vận chuyển sản phẩm đúc và băng tải vận chuyển khuôn đúchoạt động liên tục.

- Cơ cấu trục vitme có thể di chuyển được hai phía sang trái và sang phải, cónhiệm vụ di chuyển tay gắp tới đúng vị trí cần thiết, được dẫn động bởi cơ cấu trụcvitme, động cơ kéo trục vitme được điều khiển bằng tay qua các nút nhấn và bằngchương trình điều khiển PLC tùy theo lựa chọn chế độ của người vận hành.

- Hệ thống khung dầm nhôm đỡ toàn bộ cơ cấu trục vitme Hệ thống này baogồm một bộ khung ghép bằng các thanh nhôm định hình 40x40 có kích thước380x350x700 (dài, rộng, cao), phía trên được bố trí thành hai khu vực, một khuvực là khoang chứa các van khí nén, khu vực còn lại được đặt trục vitme di chuyểntay gắp Toàn bộ khung và hệ thống được bố trí trên mặt bàn gỗ có khích thước1200x500x600 (dài, rộng, cao).

- Hệ thống tay máy được lắp đặt trên cơ cấu trục vitme, bao gồm ba xilanhkhí nén, một xilanh có nhiệm vụ nâng hạ, hai xilanh còn lại có nhiệm vụ gắp nhảkhuôn và sản phẩm Ngoài ra trong mô hình hệ thống còn sử dụng các cảm biến vàcông tắc hành trình tại các vị trí dừng trái, phải của hệ thống tay gắp, các vị trínâng hạ, gắp nhả sản phẩm và khuôn, vị trí dừng của băng tải.

- Sản phẩm đúc và khuôn sau khi được chế tạo xong được đưa đến băng tảichính, băng tải chính được quay bởi động cơ 2 (DC2) Sau khi sản phẩm và khuônđúc trên băng tải chính chuyển động đến cuối thì tác động vào công tắc hành trình

Trang 21

3 (HT3), khi sản phẩm trong khuôn chạm vào hành trình 3 (HT3) thì băng tải chínhdừng đồng thời lúc đó động cơ 1 (DC1) tác động đẩy thanh ray cơ khí đến chạmvào công tắc hành trình 1 (CB1) lúc này thì tay gắp mạch van 2 (MV2) trùng đúngtâm của sản phẩm đúc và khuôn đúc trên băng tải chính Lúc này mạch van điện từMV2 mở khí nen từ máy nén đẩy piston làm cho tay gắp MV2 kẹp vào sản phẩmđúc Sau khi đã kẹp vào sản phẩm đúc thì mạch van đóng và đi nên đúng vị trí banđầu Khi đi nên thì cũng là thời điểm DC1 hoạt động đầy thanh ray cơ khí trượttrên thanh ray nằm ngang cho tới khi tác động vào tiếp điểm của CB2 thì ngắt điện.Khi chạm vào CB2 thì tay gắp sản phẩm do mạch van 2 tác động sẽ đi xuống vànhả sản phẩm đúc xuống băng tải sản phẩm do động cơ 3 (DC3) tác động, cùng lúcnày thì tay gắp khuôn đúc trùng đúng với tâm khuôn đúc trên băng tải chính Saukhi tay gắp sản phẩm đúc nên thì cũng là lúc tay gắp khuôn đúc do mạch van 3(MV3) tác động đi xuống và gắp khuôn đúc Sau khi gắp được khuôn đúc thì MV3tác động kéo piston đi lên và cũng lúc này động cơ DC1 hoạt động kéo khớp nốicơ khí từ vị trí CB2 về vị trí CB1; sau khi chạm CB1 thì lúc này MV3 tác động vàtay gắp xuống sau đó nhả khuôn lên trên băng tải khuôn đúc, băng tải vận chuyểnkhuôn đúc đến vị trí theo quy định Chu trình hoạt động lặp đi lặp lại đến khi ngườivận hành phát lệnh dừng theo quy định.

- Các bản vẽ bố trí thiết bị, sơ đồ đấu nối mạch động lực, mạch điều khiểnphục vụ cho thiết kế chế tạo mô hình được trình bày trong chương 3 của đồ án.

Trang 22

Chương 2: Lựa chọn thiết bị và xây dựng mô hình hệ thống

CHƯƠNG 2

LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG

2.1 Lựa chọn thiết bị cho mô hình2.1.1 Cơ cấu thủy lực

a Piston khí nén

Hệ thống khí nén muốn hoạt động được cần có nguồn cung cấp khí nén, nguồnkhí nén được tạo ra bởi các máy nén khí có công suất tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế.Nguồn khí nén được gọi là đáp ứng đúng yêu cầu là khi nguồn khí nén được sản xuấtvà cung cấp đầy đủ về với một áp suất nhất định thích hợp hệ thống hoạt động được.Khí nén từ máy nén khí thông qua các van có thể là van điện từ, van tiết lưu… đượcđưa đến các piston để điều khiển đóng, mở một hoặc nhiều cơ cấu tùy thuộc theo ýtưởng thiết kế.

Trong mô hình hệ thống sử dụng ba piston khí nén, trong đó một piston cónhiệm vụ nâng và hạ bàn máy, hai piston còn lại có nhiệm vụ gắp và nhả khuôn vàsản phẩm.

Cơ sở để tính chọn piston dựa trên tải trọng đáp ứng và áp suất máy nén cungcấp Do chỉ dừng lại ở mức độ mô hình nên trong chế tạo mô hình tác giả lựa chọnloại piston khí nén có dạng hình chữ nhật; piston nâng hạ bàn có kích thước50x150mm; piston gắp nhả sản phẩm và gắp nhả khuôn có kích thước 22x45mm.

b Máy nén khí

Các trạm máy nén khí được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động sản xuất kinhdoanh, các dây chuyền tự động hóa, các xí nghiệp công nghiệp lắp ráp, chế biến, đặcbiệt ở những lĩnh vực cần phải đảm bảo vệ sinh, chống cháy nổ hoặc ở môi trường độc hại

Ưu điểm của máy nén khí:

- Có khả năng truyền đi xa bằng hệ thống đường ống với tổn thất rất nhỏ - Tốc độ truyền động cao, linh hoạt.

- Dễ dàng trong việc điều khiển với độ tin cậy và chính xác.

Trang 23

- Có nhiều giải pháp và thiết bị để bảo vệ trong trường hợp hệ thống bị quá tải,quá áp suất thấp.

- Tuổi thọ sử dụng lớn.

- Không yêu cầu cao các đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lượng cung cấp.Nhược điểm:

- Công suất truyền động không lớn

- Dòng khí nén thoát ra môi trường có thể gây tiếng ồn lớn.- Thời gian tác động chậm so với điện tử.

- Khả năng lập trình không tối ưu, ta chỉ có thể điều khiển được các chươngtrình đã có sẵn

Lựa chọn máy nén khí cho mô hình chế tạo:

- Trong mô hình sử dụng hệ thống khí nén để điều khiển các tay gắp thống quavan điện từ để gắp sản phẩm đúc và gắp khuôn đúc

- Do đề tài chỉ dừng lại ở việc thiết kế mô hình vì vậy để tính lực cần thiết đểgắp được sản phẩm đúc và khuôn đúc tác giải đã lựa chọn khối lượng cho sản phẩmđúc và khuôn đúc như sau:

+ Trọng lượng của sản phẩm đúc bằng 0,06kg.+ Trọng lượng của khuôn đúc bằng 0,08kg.

=> Lực tác dụng nên sản phẩm và khuôn đúc được tính:

Trang 24

pN ms

Trong đó:

F: là lực tác dụng nên vật (N).

- Trong mô hình tác giả lựa chọn loại pisttong dạng hình tròn có đường kính là50mm; do đó công thức 2.2 được viết như sau:

(2.3)- Thay số vào ta tính được:

+ Áp suất máy nén cần thiết để cung cấp cho hệ thống thủy lực nâng được sảnphẩm đúc là:

điện từ tới piston để điều khiển các bàn máy để gắp, nhả sản phẩm đúc và gắp khuônđúc theo yêu cầu của thiết kế.

Trang 25

Hình 2.1 Máy nén khí sử dụng trong mô hình

c Van điện từ điều khiển khí piston khí nén

Trên thị trường có nhiều loại van để điều khiển khí nén hoặc chất lỏng như:- Van điều khiển khí nén loại bi (Ball valve).

- Van điều khiển khí nén loại cầu (Globe valve).- Van điều khiển khí nén an toàn (Safety valve).

- Van điều khiển khí nén loại giảm áp (Pressure valve).- Van điều khiển khí nén loại điện từ (Solenoid valve).

Do trong mô hình chỉ sử dụng van với yêu cầu điều khiển được để điều khiểnđóng mở các piston và yêu cầu điều khiển được nên ta chọn sử dụng van điện từ.

- Lựa chọn van sử dụng trong mô hình là loại van 5 cổng 2 trạng thái, điện áphoạt động là 24VDC, mỗi van điều khiển 1 piston.

Trang 26

Hình 2.2 Van điện từ sử dụng trong mô hình

2.1.2 Tính toán trang bị điện – điện tử

a Động cơ truyền động cho băng tải

Trong hoạt động sản xuất kinh doanh hiện nay để truyền truyển động người tathường sử dụng rất nhiều loại động cơ, hai loại thường sử dụng để truyền động làđộng cơ một chiều và động cơ xoay chiều.

- Ngày nay nguồn điện xoay chiều một pha, ba pha được dùng phổ biến trongcác khu công nghiệp, các hộ tiêu thụ điện năng do vậy mà các động cơ xoay chiềuchiếm số lượng lớn với nhiều ưu điểm nổi bật

- Trong sản xuất công nghiệp, động cơ một chiều vẫn được xem như là mộtloại máy điện đặc biệt quan trọng được sử dụng nhiều trong các máy móc, thiết bị,các dây chuyền sản xuất bởi loại máy điện này có rất nhiều ưu điểm như: có khả năngđiều chỉnh tốc độ tốt, khả năng mở máy nhanh và đặc biệt là khả năng quá tải…Chínhvì vậy mà động cơ một chiều được dùng nhiều trong các ngành công nghiệp có yêucầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, giao thông vận tải…mà điều quan trọng làcác ngành công nghiệp này đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều.

Trang 27

Ngoài những ưu điểm nổi bật thì động cơ điện một chiều cũng có những nhượcđiểm nhất định như so với máy điện xoay chiều như: giá thành đắt hơn, cần có bộchuyển đổi nguồn điện từ xoay chiều sang một chiều,…những ưu điểm đó mang lại ýnghĩa to lớn vì thế mà động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quan trọng nhấtđịnh trong sản xuất

Trong mô hình, nhóm em đã lựa chọn động cơ một chiều có bộ giảm tốc đểtruyền chuyển động cho các cơ cấu.

b Băng tải vận chuyển

Ngày nay, băng tải vận chuyển được dùng rất nhiều trong các dây chuyền tựđộng hóa với mục đích chính là vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu Nó là bộ phậnquan trọng trong dây chuyền sản xuất Việc ứng dụng băng tải vào sản xuất góp phần

Trang 28

giải phóng sức lao động, mang lại hiệu quả kinh tế cao Sản phẩm băng tải vậnchuyển được sản xuất cần phải đáp ứng được các yêu cầu cơ bản như: độ bền cơ họccao, khả năng ứng dụng hiệu quả, vận chuyển hàng hóa đạt mức độ tin cậy cao.Ngoài ra tùy thuộc vào từng như cầu vận chuyển của các xí nghiệp mà mỗi xí nghiệpđặt hàng sản xuất các loại băng tải khác nhau.

Để vận chuyển sản phẩm đúc và khuôn đúc đến đúng nơi quy định theo thiếtkế của mình, trong mô hình tác giả tự chế tạo 03 băng tải: 01 băng tải chính; 01 băngtải sản phẩm; 01 băng tải khuôn.

- Làm bằng nhựa PVC dày 0.2mm, có độ bám ma sát và độ bền cao.

- Băng tải có chiều rộng 60mm Chiều dài của băng chính là 420mm, hai băngtải sản phẩm và khuôn dài 410mm.

Hình 2.4 Hệ thống băng tải trên mô hình

- Được chế tạo bằng gỗ, được tiện nhẵn hai đầu chuyển động giữa các động cơtới để quay băng tải phục vụ cho việc vận chuyển sản phẩm đúc và khuôn đúc theoyêu cầu.

c Lựa chọn bộ nguồn

Bộ nguồn được sử dụng trong mô hình có nhiệm vụ chuyển nguồn điện từ điệnáp 220VAC sang điện áp 24VDC cung cấp cho mạch điều khiển, mạch động lực hệthống và cấp nguồn cho PLC.

Trang 29

Lựa chọn Bộ nguồn ký hiệu S-250-24 đầu vào có thể cấp từ 2 cấp điện áp: điệnáp 220VAC-1,6A và điện áp 110VAC-3,2A; điện áp ra 24VDC - 10A.

Trong mô hình sử dụng cấp điện áp đưa vào đầu vào của Bộ nguồn là cấp điệnáp xoay chiều 220V.

d Lựa chọn Cầu chì, Aptomat

- Cầu chì là loại khí cụ điện sử dụng với mục đích để bảo vệ hệ thống điện khihệ thống điện xảy ra sự cố ngắn mạch Cầu chì có cấu tạo là đơn giản, kích thướcnhỏ, khả năng cắt lớn và giá thành rẻ do đó cầu chì vẫn được sử dụng rộng rãi.

- Cầu chì được cấu tạo gồm ba bộ phận chính: Dây chảy, vỏ cầu chì và tiếpđiểm tiếp xúc Dây chảy là bộ phận chính của cầu chì, thường được làm bằng chì,thiếc, bạc, đồng Kích thước của dây chảy được tính toán cụ thể theo từng giá trịdòng điện Khi mạch điện được cầu chì bảo vệ có dòng điện lớn hơn giá trị tính toánchạy qua thì dây chảy sẽ bị đốt nóng chảy làm đứt mạch điện, bảo vệ cho mạch điện,thiết bị không bị dòng lớn phá hỏng.

- Cầu dao tự động CB (Circuit Breaker) hay còn gọi là aptomat được dùng rấtnhiều trong các hệ thống điện hiện nay CB dùng để đóng, cắt mạch điện điều khiểnvà động lực; nó có thể được thiết kế đóng, mở bằng tay hoặc tự động tùy theo mụcđích sử dụng Do yêu cầu sử dụng, các loại CB có thể được tích hợp rất nhiều tínhnăng trên một thiết bị, đặc biệt là các tính năng bảo vệ, đo lường và cảnh báo CBphải có khả năng ổn định nhiệt, ổn định lực điện động tốt, có khả năng điều chỉnh trịsố dòng cắt, trị số thời gian đặt và khả năng cắt chọn lọc.

- Việc lựa chọn CB chủ yếu dựa vào: Dòng điện tính toán đi trong mạch;Dòng điện quá tải; Dòng điện ngắn mạch; Điện áp làm việc và tính thao tác có chọnlọc Ngoài ra lựa chọn CB cũng cần phải căn cứ vào đặc tính làm việc của phụ tải.

I  A

Trang 30

=> Lựa chọn loại cầu chì điện áp 220V, dòng điện cắt 4A.

=> Lựa chọn loại Aptomat một pha loại 2 cực điện áp định mức 220V, dòngcắt định mức 5A.

Hình 2.5 Cầu chì sử dụng trong mô hình

Hình 2.6 Aptomat sử dụng trong mô hình

e Lựa chọn relay

Relay trung gian được sử dụng rất nhiều trong các sơ đồ điều khiển tự động.Relay trung gian có số lượng tiếp điểm lớn; vừa là tiếp điểm thường mở và tiếp điểmthường đóng

Trong đồ án chúng em lựa chọn loại rơle trung gian một chiều hãng OmronLY2NJ có điện áp định mức 24VDC.

Trang 31

Hình 2.7 Relay trung gian sử dụng trong mô hình

f Lựa chọn dây dẫn

Tiết diện dây được chọn theo mật độ dòng điện và được tính theo công thức:

Trong đó:

vị là Ampe (A)

Vì trong mô hình tác giả sử dụng loại điện áp một chiều do đó dòng điện tínhtoán được tính theo biểu thức:

Trang 32

- Dây dẫn dùng trong mạch điều khiển là loại dây đồng nhiều lõi; tiết diện

g Công tắc hành trình

Công tắc hành trình được dùng nhiều trong các dây chuyền tự động Các công tắchành trình có thể là dạng nút nhấn (Button) thường đóng, thường mở, công tắc 2 cặp tiếpđiểm và cả công tắc quang

Trong đồ án, tác giả chọn loại công tắc hành trình loại điện áp 24VDC, 2 cặp tiếpđiểm trong đó cặp tiếp điểm thường đóng dùng cho mạch điều khiển bằng tay, cặp cònlại dùng cho chế độ tự động.

Vì các công tắc này dùng cho cả hai chế độ nên cần có cách ly, trong khuônkhổ luận văn này tác giả dùng mạch relay trung gian TG3 làm nhiệm vụ cách ly giữahai chế độ.

Hình 2.8 Hình ảnh công tắc hành trình sử dụng trong mô hình

- Lựa chọn đèn báo nguồn vào ( PLS ) là loại đèn xoay chiều 220VAC.

Trang 33

- Lựa chọn các đèn mầu xanh và mầu đỏ lấy điện từ Bo nguồn để báo hiệu cácchế độ hoạt động của hệ thống là loại đèn báo điện áp 24VDC.

Hình 2.9 Loại đèn báo sử dụng trong mô hình thực

i Lựa chọn nút nhấn

- Nút ấn dùng để đóng, điều khiển đóng - cắt mạch ở lưới điện hạ áp Nút ấnđược dùng trong các mạch điện với chức năng để điều khiển đóng mở các rơ le, côngtắc tơ, chuyển đổi mạch tín hiệu Và phổ biến nhất là dùng trong các mạch điều khiểnkhởi động, dừng và đảo chiều quay động cơ điện.

- Nút ấn thường mở: khi nút bị ấn thì thông mạch, khi thôi ấn nút, lò xo đẩy nútlên và mạch bị cắt.

- Nút ấn thường đóng: nó chỉ cắt mạch khi nút bị ấn.Trong mô hình tác giả lựa chọn các loại nút ấn sau:

- Lựa chọn nút nhấn sự cố Emergency stop giúp cho người vận hành tác độngkhi hệ thống có sự cố.

- Lựa chọn loại nút nhấn cho các cơ cấu trong hệ thống là loại hoàn nguyênLA128B với hai cặp tiếp điểm thường mở và thường đóng.

Trang 34

Hình 2.10 Loại nút nhấn sử dụng trong mô hình thực

Hình 2.11 Nút nhấn Emrgency sử dụng trong mô hình thực

j Công tắc chuyển mạch

Công tắc chuyển mạch có nhiệm vụ chuyển hoạt động hoạt động của mô hìnhtừ chế độ Byhand sang chế độ tự động Auto.

Công tắc chuyển mạch lựa chọn trong mô hình là loại công tắc 3 vị trí.

Hình 2.12.Công tắc chuyển mạch trong mô hình thực

- Ví trí 1 được đấu dây để mô hình hoạt động ở chế độ byhand.- Ví trí 2 được đấu dây để mô hình hoạt động ở chế độ auto.

k Cảm biến quang

Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái, quá trình vật lý hay hóahọc ở môi trường cần khảo sát và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin vềtrạng thái hay quá trình đó Hiện nay, cảm biến quang được ứng dụng rộng rãi tronghầu hết các nhà máy công nghiệp để phát hiện từ xa vật thể, đo lường khoảng cách

Trang 35

hoặc tốc độ di chuyển của đối tượng, Cảm biến quang tên tiếng anh

là Photoelectric Sensor là tổ hợp của các linh kiện quang điện Khi tiếp xúc với ánh

sáng chúng sẽ thay đổi trạng thái Cảm biến quang sử dụng ánh sáng phát ra từ bộphận phát để phát hiện sự hiện diện của vật thể Khi có sự thay đổi ở bộ phận thuthì mạch điều khiển của cảm biến quang sẽ cho ra tín hiệu ở ngõ OUT Cảm biếnquang là thiết bị đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa.Nếu không có cảm biến quang thì khó mà có được tự động hóa, giống như làm việcmà không nhìn được vậy.

Hình 2.13 Cảm biến quang sử dụng trong mô hình

Sau khi tính toán và lựa chọn thiết bị theo bản vẽ thiết kế ta thực hiện bố trí cácthiết bị trên tủ điều khiển như hình vẽ 2.14; 2.15 và các hình vẽ 2.16 và 2.17 bố tríthiết bị thực tế trên mô hình.

Trang 36

Hình 2.14 Bố trí thiết bị bên ngoài cánh tủ điều khiển

Trang 37

Hình 2.15 Bố trí thiết bị trong cánh tủ điều khiển

Trang 38

Hình 2.16 Đèn, nút nhấn, aptomat bên ngoài tủ điều khiển của mô hình

Trang 39

Hình 2.17 Bộ nguồn Rơ le, cầu chì và đi dây bên trong tủ điều khiển của mô hình

2.1.3 Lựa chọn bộ điều khiển PLCa Phần mềm điều khiển logic khả trình

 Khái quát chung

Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) được rađời từ những năm 70 của thế kỷ 19 Đây là thiết bị cho phép thực hiện những thuậttoán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiệnthuật toán đó bằng các mạch số Với việc có thể tích hợp các chương trình điều khiểnbên trong, PLC đã trở thành một bộ điều khiển nhỏ gọn có thể dễ dàng thay đổi thuậttoán và đặc biệt là khả trao đổi thông tin với các PLC hoặc với các máy tính khác mộtcách dễ dàng Các chương trình được xây dựng để giải các bài toán khác nhau được

Trang 40

lưu giữ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng khối chương trình và được thực hiện theochu kì của vòng quét.

Một PLC phải có tính năng như một máy tính để có thể thực hiện được cácchương trình nghĩa là cần phải có một bộ xử lý trung tâm CPU, một hệ điều hành, bộnhớ để lưu dữ liệu và các cổng vào ra giúp cho việc giao tiếp với đối tượng điềukhiển khác.

Bên cạnh đó, nhằm phục vụ cho việc thực hiện các bài toán điều khiển số, PLCcòn cần phải có thêm các chức năng đặc biệt khác như bộ đếm Couter, bộ thời gianTimer.

- Tín hiệu khác: ngoài tín hiệu số và tín hiệu điện áp thì các tín hiệu kết nối vớiPLC khác có thể kể đến các tín hiệu giao tiếp với máy tính, các thiết bị ngoại vi khácbằng các giao thức chuẩn RS232, RS485…

- Có tính năng mở rộng.

- Làm việc ổn định, có độ tin cậy cao.

- Hình dáng, kích thước gọn nhẹ dó đó việc vận chuyển dễ dàng.- Giá thành sản phẩm thấp, lắp đặt dễ dàng.

- Phù hợp với sản xuất công nghiệp.

- Làm thiết bị giảng dạy thực tế cho sinh viên trong các trường đại học.- Điều khiển cho các trạm bơm tưới tiêucác khu trang trại, nuôi trồng.- Ứng dụng trong cấp nước sinh hoạt cho các hộ tiêu thu.

- Phục vụ điều khiển và giám sát dây chuyền sản xuất có quy mô lớn.