Mô hình máy ép nhựa PLC FX3u

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN    ĐỒ ÁN II Đề tài Tìm hiểu và lập trình điều khiển PLC cho mô hình máy ép nhựa dùng PLC FX 3U Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Danh Huy Sinh viên thực hiện N.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN -    - ĐỒ ÁN II Đề tài: Tìm hiểu lập trình điều khiển PLC cho mơ hình máy ép nhựa dùng PLC FX-3U Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Danh Huy Sinh viên thực : Nguyễn Như Nhất MSSV : 20174105 Hà Nội, 07-2021 Mục lục MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP PHUN NHỰA 1.1 Tổng quan công nghệ ép phun 1.2 Giới thiệu công nghệ ép phun 10 1.3 Cấu tạo chung máy ép nhựa 11 1.3.1 Hệ thống hỗ trợ ép phun 11 1.3.2 Hệ thống phun 12 1.3.3 Hệ thống kẹp 15 1.3.4 Hệ thống khuôn 17 1.3.5 Hệ thống điều khiển 18 1.3.6 Hoạt động khuôn 19 1.4 Mơ hình máy ép phun nhựa phịng thí nghiệm 23 Chương 27 TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 27 2.1 Thiết bị động lực 27 2.1.1 Aptomat 27 2.1.2 Nguồn 27 2.1.3 Rơ le 28 2.1.4 Xi lanh 30 2.1.5 Van tiết lưu 32 2.1.6 Van phân phối 33 2.1.7 Cảm biến điện từ 35 2.1.8 Cảm biến tiệm cận 36 2.1.9 Nút nhấn 37 2.1.10 Động 40 2.2 Thiết bị gia nhiệt 41 2.2.1 Nhiệt độ nguyên liệu 41 2.2.2 Các thành phần hệ thống gia nhiệt 41 2.4 Thiết bị điều khiển 42 2.4.1 Thiết bị điều khiển động 42 2.4.2 Thiết bị điều khiển logic PLC 44 Chương 46 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ, LƯU ĐỒ VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 46 3.1 Sơ đồ bố trí thiết bị 46 3.2 Sơ đồ mạch lực: 46 3.3 Sơ đồ mạch khí nén 47 3.4 Lập trình điều khiển hệ thống máy ép phun nhựa: 47 3.4.1 Lưu đồ thuật toán: 47 3.4.2 Phân cổng vào/ra: 49 3.4.3 Chương trình Ladder: 49 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 : Máy ép phun TM- 250 Hình : Máy ép phun WL1680 Hình : Sơ đồ công nghệ ép phun 10 Hình 4: Máy ép phun 11 Hình 5: Hệ thống hỗ trợ ép phun 12 Hình 6: Hệ thống phun 13 Hình 7: Băng gia nhiệt 13 Hình 8: Cấu tạo trục vít 14 Hình 9: Bộ hồi tự hở 14 Hình 10: Vị trí vịi phun hệ thống phun 15 Hình 11: Hệ thống kẹp 15 Hình 12: Tấm di động vị trí máy ép phun 16 Hình 13: Vị trí nối máy 17 Hình 14: Hệ thống khn 18 Hình 15: Hệ thống điều khiển 19 Hình 16: Hệ thống dẫn nhựa 19 Hình 17: Vị trí cuống phun 20 Hình 18: Bạc cuống phun khuôn 20 Hình 19: Hệ thống dẫn hướng khuôn 21 Hình 20: Lịng khn điền đầy hồn tồn 22 Hình 21: Bản vẽ mơ hình máy ép phun nhựa phịng thí nghiệm 23 Hình 22: Mơ hình thực tế phịng thí nghiệm 24 Hình Aptomat 27 Hình 2 Bộ nguồn meanwell DR-60-24 28 Hình Cấu trúc rơ le trung gian 29 Hình Rơ le trung gian LY2N 30 Hình Xi lanh AIRTAC – 32x150S 31 Hình Xi lanh AIRTAC – 16x100 31 Bảng Thông số loại xi lanh 32 Hình Van tiết lưu 33 Hình Van 5/3 vị trí trung gian 33 Hình 10 Van 5/3 vị trí bên trái 34 Hình 11 Van 5/3 vị trí bên phải 34 Hình 12 Van phân phối 5/3 AIRTAC 4V230-08 35 Hình 13 Cảm biến từ AIRTAC CS1-U 36 Hình 14 Cảm biến LJI2A3-4-Z/BX 37 Hình 15 Nút bấm YS AP12-11 38 Hình 16 Nút bấm khẩn cấp YSSEP 323-11RA 39 Hình 17 Nút chuyển YS AR3-211LB 40 Hình 21 Nguyên lý hoạt động biến tần 42 Hình 22: Biến tần FR-D720S-0.75K 43 Hình 23 PLC Mitsubishi FX-3U-32MT/ES-A 44 Hình Sơ đồ panel điều khiển 46 Hình Sơ đồ bố trí thiết bị 46 Hình 3 Sơ đồ mạch lực 47 Hình Sơ đồ mạch khí nén 47 Hình Lưu đồ thuật tốn 48 DANH MỤC BẢNH SỐ LIỆU Bảng Thông số Aptomat Huyndai 27 Bảng 2 Thông số nguồn 28 Bảng Thông số rơ le OMRON MY2N 30 Bảng Thông số loại xi lanh 32 Bảng Thông số van AIRTAC 4V230-08 34 Bảng Thông số cảm biến từ AIRTAC CS1-U 36 Bảng Thông số cảm biến LJIA3-4-Z/BX 37 Bảng Thông số nút bấm YS AP12-11 38 Bảng Thông số nút bấm YSSEP 323-11RA 39 Bảng 10 Thông số nút chuyển YS AR3-211LB 39 Bảng 11 Thông số động 40 Bảng Phân cổng vào PLC 49 MỞ ĐẦU Bằng quan sát thơng thường nhất, thấy có nhiều sản phẩm nhựa xung quanh Từ sản phẩm đơn giản dụng cụ học tập, thước, bút hay đồ chơi trẻ em…cho đến sản phẩm phức tạp như: bàn ghế, vỏ tivi, máy tính…các chi tiết dùng tơ, xe máy làm nhựa Điều đồng nghĩa với việc sản phẩm nhựa mà phần lớn tạo công nghệ ép phun trở thành phần thiếu sống Với đề tài tìm hiểu máy ép nhựa, em làm đồ án gồm nội dung: - Tìm hiểu nguyên lý máy ép mơ hình Thiết kế lại sơ đồ điều khiển Xây dựng lưu đồ điều khiển Lập trình cho PLC FX-3U điều khiển vận hành Trong trình làm đồ án kiến kiến thức kinh nghiệm cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Vì em mong nhận đóng góp quý báu bảo thầy cô giáo bổ sung cho đồ án em hoàn thiện Cuối em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn nhiệt tình TS Nguyễn Danh Huy hướng dẫn em trình thực hồn thành đồ án Hà Nội, tháng 07 năm 2021 Sinh viên Nguyễn Như Nhất CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP PHUN NHỰA 1.1 Tổng quan công nghệ ép phun Công nghệ ép phun q trình phun nhựa nóng chảy điền đầy lịng khn Một nhựa làm nguội đơng cứng lại lịng khn khn mở sản phẩm đẩy khỏi khuôn nhờ hệ thống đẩy, q trình khơng có phản ứng hóa học Bằng cách quan sát thơng thường thấy có nhiều sản phẩm nhựa xung quanh Từ sản phẩm đơn giản dụng cụ học tập như: thước, bút…đồ chơi sản phẩm phức tạp như: bàn ghế, máy tính…đều làm nhựa Các sản phẩm có màu sắc hình dáng đa dạng chúng làm cho sống thêm đẹp tiện nghi Điều đồng nghĩa với việc sản phẩm nhựa mà phần lớn tạo công nghệ ép phun trở thành phần thiếu sống Với tính chất : độ dẻo dai, tái chế, khơng có phản ứng hóa học với khơng khí điều kiện bình thường…vật liệu nhựa thay dần loại vật liệu khác : sắt, nhôm, gang…đang ngày cạn kiệt tự nhiên Hiện có nhiều loại máy ép phun đại phục vụ cho công nghệ ép phun ví dụ: Máy ép phun TM- 250G (hình 1.1), Máy ép phun WL1680 (hình 1.2) Hình 1 : Máy ép phun TM- 250 Hình : Máy ép phun WL1680 Khả công nghệ: + Tạo sản phẩm có hình dáng phức tạp tùy ý + Trên sản phẩm hình dáng mặt mặt ngồi khác (đây mạnh so với công nghệ sản xuất nhựa khác) + Khả tự động hóa chi tiết có tính lặp lại cao + Sản phẩm sau ép phun có màu sắc phong phú độ nhẵn bóng bề mặt cao nên khơng cần gia công lại + Phù hợp cho sản xuất hàng khối đơn (trong trường hợp đặc biệt) Phân loại máy ép phun: a) Phân loại máy ép phun theo kết cấu: - Theo lực đóng khn: 50 ÷ 10000 - Theo khả lần phun tối đa - Theo kiểu cấu cấu tạo phun - Theo kiểu trục vít - Theo kiểu bố trí phận phun b) Phân loại máy ép phun theo trình phát triển: - Máy ép phun piston - Máy ép phun có trục dẻo hóa sơ - Máy ép phun trục vít 1.2 Giới thiệu cơng nghệ ép phun Hình : Sơ đồ cơng nghệ ép phun Nguyên lý vận hành sau : - Nguyên liệu cấp vào máy ép phun theo chu kỳ Nguyên liệu sau hóa dẻo phun vào khn (đã kẹp chặt), hình dạng khuôn tạo 10 Bảng Thông số nút bấm YSSEP 323-11RA Hãng sản xuất Yongsung Kiểu nút nhấn Có nhớ Dịng điện định mức 6A Điện áp chịu 250V Nhiệt độ hoạt động -25~40oC Tuổi thọ 500000 lần Đường kính φ 30 Hình 16 Nút bấm khẩn cấp YSSEP 323-11RA Với nút chuyển chế độ hoạt động phân đoạn vận hành, mơ hình dùng cơng tắc vị trí YS AR3-211LB Bảng 10 Thông số nút chuyển YS AR3-211LB 39 Hãng sản xuất Yongsung Kiểu nút nhấn Có nhớ Tiếp điểm thường mở Dòng điện định mức 6A Điện áp chịu đựng 250V Nhiệt độ hoạt động -25~40oC Tuổi thọ 500000 lần Đường kính φ 25 Hình 17 Nút chuyển YS AR3-211LB 2.1.10 Động Trong hệ thống máy ép phun nhựa, ta cần có động để điều khiển trục vít Động quay trục vít giúp nhựa chảy vào dễ dàng q trình gia nhiệt, định lượng xác số nhựa cần nạp vào, động cần thỏa mãn số yêu cầu sau:  Công suất đủ lớn để quay trục vít nhựa nạp xuống  Có thể thay đổi tốc độ quay Trong thực tế người ta thường sử dụng động điều khiển trục vít động servo có gắn encoder để xác định xác số lượng nhựa cần nạp qua số xung Ngoài người ta thường điều khiển động biến tần để tăng giảm tốc độ đảo chiều động cần thiết Ở đây, em chọn động xoay chiều pha Oriental 2IK6RGN-CW: Bảng 11 Thông số động 40 Hãng sản xuất Oriental Tên sản phẩm 2IK6RGN-CW Điện áp hoạt động 200~230V Tần số dòng điện 50-60Hz Cường độ dịng điện 0.09~20.1A Tụ điện 0.6~0.8μF Cơng suất 6W 2.2 Thiết bị gia nhiệt 2.2.1 Nhiệt độ nguyên liệu Trong trình nạp nhựa, đưa nhựa phía đầu trục vít q trình gia nhiệt thực buồng chứa nhựa, nhựa nóng lên chuyển dần sang dạng keo đến đầu trục vít, ta cần dùng vịng gia nhiệt buồng chứa nhựa Nhiệt độ nóng chảy số nguyên liệu : - Nhiệt độ nóng chảy PP : ~ 165 °C - Nhiệt độ nóng chảy PE : ~ 120 °C - Nhiệt độ nóng chảy PVC : ~ 80 °C - Nhiệt độ nóng chảy PS : 180 °C - 200 °C 2.2.2 Các thành phần hệ thống gia nhiệt a) Vòng gia nhiệt Vòng gia nhiệt đặt đầu phun nhựa sử dụng dây điện trở nhiệt để gia nhiệt Điện trở nhiệt nói chung cản trở dịng điện vật dẫn điện chuyển từ điện thành nhiệt b) Bộ điều khiển nhiệt độ Nguyên lí hoạt động hệ thống gia nhiệt : - Đầu tiền ta đặt nhiệt độ nóng chảy vật liệu cần gia nhiệt lên đồng hồ Nếu nhiệt độ vòng gia nhiệt mà thấp nhiệt độ đặt, đưa tín hiệu relay nhiệt 41 - Khi nhiệt độ vòng gia nhiệt vượt nhiệt độ đặt ngưỡng cho phép đầu đồng hồ bị ngắt tín hiệu, từ cuộn hút relay nhiệt không tác động, nhiệt độ vòng gia nhiệt giảm xuống nhiệt độ đặt 2.4 Thiết bị điều khiển 2.4.1 Thiết bị điều khiển động Để điều khiển động pha em sử dụng biến tần kết nối truyền thơng với PLC Biến tần thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều tần số thành dòng điện xoay chiều tần số khác điều khiển  Nguyên lí hoạt động biến tần: Trước tiên, biến tần chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp chiều, sử dụng chỉnh lưu Điện đầu vào pha pha, mức điện áp cố định Tiếp theo, điện áp chiều tạo tích trữ dàn tụ điện Điện áp chiều mức cao Cuối thơng qua trình tự kích hoạt thích hợp biến đổi IGBT (hoạt động giống công tắc bật tắt cực nhanh để tạo dáng song đầu biến tần) Biến tần tạo điện áp xoay chiều pha Điện áp tần số đầu biến thiên thay đổi cần tăng giảm tốc độ động Hình 18 Nguyên lý hoạt động biến tần Mơ hình sử dụng biến tần FR-D720S-0.75K 42 Hình 22: Biến tần FR-D720S-0.75K Thơng số đầu vào:  Điện áp: pha 170 – 264v  Tần số 50/60 Hz  Biến động tần số cho phép ± 5% Thông số đầu ra: 43  Công suất: 0.75 Kw  Dòng định mức: 4.2A  Điện áp pha 200 – 240V  Khả chịu tải: 150% 60s, 200% 0.5s Các thông số khác:  Cấp kháng nước bụi IP20  Trọng lượng 1.1kg  Tản nhiệt: Tự làm mát 2.4.2 Thiết bị điều khiển logic PLC Do hệ thống máy ép phun nhựa sử dụng công nghiệp, xảy cố cần phải nhanh chóng sửa chữa, cần thay đổi cách thức vận hành, thay đổi timer hoạt động dùng hệ thống điều khiển cổ điển rơ le hay vi điều khiển thời gian để sữa chữa thay Sự đời PLC giải vấn đề Ở đây, ta nên dùng PLC để điều khiển mơ hình máy ép phun nhựa Theo yêu cầu công nghệ số tín hiệu đầu vào/ra ta phải sử dụng 13 tín hiệu đầu vào 14 tín hiệu đầu nên ta chọn PLC có lượng tín hiệu vào/ra 32 ( 16 đầu vào 16 đầu ) Cụ thể mơ hình sử dụng PLC Mitsubishi FX-3U-32MT/ES-A Hình 23 PLC Mitsubishi FX-3U-32MT/ES-A Thơng số kĩ thuật PLC Mitsubishi FX-3U-32MR/ES-A: 44 - 45 Bộ CPU với 32 I/O: 16 đầu vào 16 đầu (Transistor) Nguồn cấp: 100 – 240 VAC Công suất: 35 W Bộ nhớ chương trình: 64.000 Steps Tích hợp đồng hồ thời gian thực Bộ đếm: 235 Timer: 512 Có thể mở rộng đến 384 ngõ vào/ra Tích hợp cổng thông RS232C, RS 485 Cáp kết nối: FX-USB-AW, USB-SC09, USB-SC0 Chương XÂY DỰNG SƠ ĐỒ, LƯU ĐỒ VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Sơ đồ bố trí thiết bị Hình Sơ đồ panel điều khiển Hình Sơ đồ bố trí thiết bị 3.2 Sơ đồ mạch lực: 46 Hình 3 Sơ đồ mạch lực 3.3 Sơ đồ mạch khí nén Xy lanh khn Xy lanh chốt Xy lanh bệ Hình Sơ đồ mạch khí nén 3.4 Lập trình điều khiển hệ thống máy ép phun nhựa: 3.4.1 Lưu đồ thuật tốn: 47 Xy lanh nạp nhựa Hình Lưu đồ thuật toán 48 3.4.2 Phân cổng vào/ra: Bảng Phân cổng vào PLC STT Địa Ký hiệu Đầu X000 AOM x X001 EMG Stop x X002 Start x X003 Stop x X004 Cảm biến cửa an toàn x X005 Cảm biến mở khuôn (A0) x X006 Cảm biến đóng khn (A1) x X007 Cảm biến tiến chốt (B1) x X010 Cảm biến lùi bệ (D0) x 10 X011 Cảm biến tiến bệ (D1) x 11 X012 Cảm biến tiến đầu phun (B0) x 12 X013 Cảm biến lùi đầu phun (nạp nhựa) (B1) x 13 X014 Cảm biến nhiệt độ x 14 Y000 Mở khn x 15 Y001 Đóng khn x 16 Y002 Lùi chốt x 17 Y003 Đẩy chốt x 18 Y004 Lùi bệ x 19 Y005 Tiến bệ x 20 Y006 Lùi đầu phun x 21 Y007 Tiến đầu phun x 3.4.3 Chương trình Ladder: 49 Đầu vào 50 51 KẾT LUẬN Sau trình học tập nghiên cứu, với hướng dẫn thầy Nguyễn Danh Huy giúp đỡ bạn, em hoàn thành nhiệm vụ giao: Tìm hiểu lập trình PLC cho mơ hình máy ép nhựa dùng PLC FX 3U Trong đồ án này, em thực nhiệm vụ sau: - Tìm hiểu cấu tạo, ngun lý máy ép nhựa thực tế mơ hình Thiết kế lại sơ đồ điều khiển Xây dựng lưu đồ điều khiển Lập trình cho PLC FX-3U điều khiển vận hành mơ hình Trong q trình thực hiện, chắn thân em tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng 07 năm 2021 Sinh viên: Nguyễn Như Nhất 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Danh Huy, Slide giảng khí nén-thủy lực, Bộ mơn TĐH XNCN, 2012 [2] Mitsubishi, Sổ tay lập trình – tài liệu hướng dẫn ứng dụng Bộ điều khiển lập trình FX3U/FX3UC [3] http://www.moldviet.com/ [4] Tài liệu tham khảo cán công ty Nhựa Tiền Phong [5] ThS Hồng Tiến Dũng ( 2011) : Giáo trình thiết kế khuôn mẫu, nhà xuất khoa học kỹ thuật 53 ... Hiện có nhiều loại máy ép phun đại phục vụ cho cơng nghệ ép phun ví dụ: Máy ép phun TM- 250G (hình 1.1), Máy ép phun WL1680 (hình 1.2) Hình 1 : Máy ép phun TM- 250 Hình : Máy ép phun WL1680 Khả... MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 : Máy ép phun TM- 250 Hình : Máy ép phun WL1680 Hình : Sơ đồ công nghệ ép phun 10 Hình 4: Máy ép phun 11 Hình 5: Hệ thống hỗ trợ ép. .. b) Phân loại máy ép phun theo trình phát triển: - Máy ép phun piston - Máy ép phun có trục dẻo hóa sơ - Máy ép phun trục vít 1.2 Giới thiệu cơng nghệ ép phun Hình : Sơ đồ cơng nghệ ép phun Nguyên