THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY GẤP VÀ ÉP TAB FOLDER

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY GẤP VÀ ÉP TAB FOLDER

Hội nghị toàn quốc lần thứ Điều khiển Tự động hoá - VCCA-2015 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY GẤP VÀ ÉP TAB FOLDER DESIGN AND FABRICATE THE TAB FOLDER FOLDING AND PRESSING MACHINE Nguyễn Vũ Quỳnh, Tạ Huyền Tôn, Nguyễn Văn Luận, Nguyễn Hà Thoại Phi Khoa Cơ điện – Điện tử, Trường Đại học Lạc Hồng e- Mail: vuquynh@lhu.edu.vn Tóm tắt Từ trước đến việc gấp sản phẩm Tab Folder (dùng làm bìa phân trang giấy tờ, hồ sơ) công ty TNHH Cơng nghiệp PLUS hồn tồn người cơng nhân thực thủ cơng, sau dùng sắt dày để ép cố định mép gấp Việc người công nhân thao tác liên tục sản phẩm lại cứng nên chất lượng, thời gian gấp khơng đảm bảo Vì công ty luôn bị khách hàng phàn nàn chất lượng sản phẩm thời gian giao hàng Để đáp ứng yêu cầu này, nhóm tác giả thực nghiên cứu nhằm thiết kế hệ thống tự động có khả gấp ép Tab Folder, tạo điều kiện thuận lợi để phục vụ cho việc tự động hóa sản xuất cơng ty u cầu đặt thiết bị phải hoạt động liên tục, dễ vận hành, sửa chữa Kết nghiên cứu hệ thống công ty Giảm người công nhân ca sản xuất Giảm tỉ lệ bị hỏng sản phẩm từ 5% xuống 1% Tiết kiệ 90,000,000 VND/1 năm Từ khóa: Assembly system, Automatic assembly, Folding and pressing machine Abstract The Tab Folder (paging cover of the papers, documents) in Industrial PLUS Co Ltd was folded by the workers, then use a thick iron plate to squeeze attempt the folded edges The worker continuous operation and product quality to be hard, folding time is too high So the company has always been customer complaints about product quality and delivery time To fulfill this demand, the authors conducted the research to design an automated system that could continuously fold and press Tab Folder The requirements are that sytem can run continuously, be easily operated, repaired and applied in factories, create favorable conditions to serve the automation of production company Research results are system meets requirements of product quality and quantity of products Reduced two workers in one shift Reduce product damage rates from 5% to 1% Saving 90,000,000 VND / year Keyword: Assembly system, Automatic assembly, Folding and pressing machine VCCA-2015 Ký hiệu Đơn vị Ký hiệu vd1,2 , vq1,2 id1,2 , iq1,2 V rs1,2 Ld1,2 , Lq1,2 H Ý nghĩa Điện áp dòng điện động trục d q Điện trở stator động Điện cảm trục xoay d q Chữ viết tắt FPGA VHDL SVPWM PI A/D Field programmable gate array Very high speed IC hardware description language Space vector pulse width modulation Proportional integral Analog to digital converter Giới thiệu Sản phẩm Tab Folder có kích thước 300x472x0.5mm, dùng làm file hồ sơ tiện lợi cho việc xếp phân trang tài liệu Cấu tạo sản phẩm Tab Folder gồm có: Tai trên, tai tai (H 1) (1) (2) (3) H Hình ảnh sản phẩm Tab Folder (1) Tai trên, (2) Tai giữa, (3) Tai Trong công ty PLUS, việc gấp sản phẩm Tab Folder hoàn toàn người cơng nhân thực thủ cơng, sau dùng sắt dày để ép giữ cố định mép gấp (1) (2) (3) H Thao tác gấp ép tay công nhân Trong H thể trình tự bước gấp Tab Folder thực thủ công (1) Thao tác công nhân gấp sản phẩm, (2) Sản phẩm đưa vào khay chứa, (3) Sản phẩm đưa sang ô ép, dùng thép nặng 5kg để ép thẳng theo yêu cầu Hội nghị toàn quốc lần thứ Điều khiển Tự động hoá - VCCA-2015 H Sơ đồ khối chức máy Việc người công nhân thực gấp tay liên tục sản phẩm làm nhựa cứng nên chất lượng sản phẩm số lượng sản phẩm khơng đảm bảo Vì vậy, cơng ty ln bị khách hàng phàn nàn chất lượng sản phẩm thời gian giao hàng Yêu cầu công ty đặt nhóm nghiên cứu quy trình gấp ép sản phẩm Tab Folder phải tự động hóa hồn tồn phải đảm bảo chất lượng số lượng Cung cấp Tab Folder Cơ cấu ép Dẫn hướng Cơ cấu gấp Roller ép Folder Trong (H 5) bao gồm: (1) Khung băng tải, (2) Gối đỡ roller loại PBT30, (3) Roller, (4) Roller chỉnh độ căng băng tải, (5) Băng tải (WB500), (6) Hộp bảo vệ phận truyền động, (7) Thanh ngang đỡ băng tải, (8) Thép đỡ băng tải, (9) Cơ cấu chỉnh độ căng băng tải, (10) Gối đỡ chuyển động [1-2] Thùng chứa H Đề suất quy trình thực tự động gấp Tab Folder Quy trình thực gấp sản phẩm Tab Folder đề suất (H 4) Một số phương án đề suất sau: Sử dụng khớp cam cấu khí để gấp đạt thời gian gấp nhanh suất cao nhược điểm chiếm diện tích lớn, thường xun phải bảo trì độ cứng vững máy thấp Sử dụng khí nén để gấp giúp cho giá thành máy thấp nhược điểm thời gian gấp lâu phức tạp Sử dụng cấu dẫn hướng nhờ khe hở thang ép ép để gấp giúp cho thời gian gấp nhanh, kích thước máy phù hợp với khơng gian cơng ty Qua phân tích tính tốn phương án thứ có tính khả thi cao Theo phương án máy có kết cấu khí đơn giản, dễ vận hành mà lại thực tốt yêu cầu đề Sơ đồ khối chức máy thiết kế theo phương án mô tả H Các thành phần bao gồm (1) Băng tải 1, (2) Cụm đỡ, (3) Cụm dẫn Folder hướng Cụm chỉnh đường gấp, (9) Cụm ép hoàn chỉnh, (10) Cụm chứa Tab Folder sau gấp ép hoàn tất Các tính kỹ thuật hiệu máy dự kiến phải đạt được: tỉ lệ sản phẩm lỗi cho phép là: 1/1000, thời gian gấp ép 0.5s/1sp, giảm nhân công làm việc khâu gấp, lực ép đạt yêu cầu, không gây xước sản phẩm Thiết kế thi cơng 2.1 Thiết kế khí 2.1.1 Băng tải Cấu tạo băng tải mô tả (H 5), hệ thống sử dụng băng tải để cung cấp gấp, ép Tab VCCA-2015 H Băng tải 2.1.2 Cơ cấu điều chỉnh khe hở cung cấp Tab Folder Cơ cấu điều chỉnh khe hở cung cấp Tab Folder dùng để tạo khe hở đầu ép bề mặt băng tải làm cho cho sản phẩm có bề dày 0.5mm qua (H 6) H Dẫn hướng cho Tab Folder 2.1.3 Bộ phận đè giữ Tab Folder Cơ cấu ép sản phẩm (H 7) giữ cho sản phẩm không bị dịch chuyển băng tải chuyển động Bánh xe cấu đè giữ làm Silicon nhằm tránh gây trầy xước tạo độ bám giữ chặt H Ép sản phẩm Tab Folder 2.1.4 Gấp Tab Folder Khi sản phẩm chuyển lên băng tải số 2, dẫn hướng Inox đưa sản phẩm đến cấu gấp Bộ phận gấp có đường uốn lượn làm sản phẩm gấp lại theo yêu cầu Hội nghị toàn quốc lần thứ Điều khiển Tự động hoá - VCCA-2015 SVPWM1 * e1 +_ PI SVPWM6 Bộ điều khiển vector cho động băng tải Điều khiển tốc độ động băng tải 1 Z Bộ chuyển đổi A/D Mạch Encoder SVPWM1 e2 +_ ia , ib r1 FPGA * U,V,W Inverter * iq1 * iq2 PI Bộ điều khiển vector cho động băng tải SVPWM6 ia , ib r2 Động băng tải U,V,W Inverter Điều khiển tốc độ động băng tải Z Encoder Bộ chuyển đổi A/D Mạch Encoder Encoder Động băng tải H Sơ đồ khối điều khiển hai băng tải diq1,2 Ld1,2 id e1,2 dt Lq1,2 1,2 Khi sản phẩm gấp thành nếp, Tab Folder chuyển sang công đoạn ép bố trí sát bề mặt băng tải số nhằm ép thành sản phẩm hoàn chỉnh Sản phẩm sau gấp ép di chuyển xuống cấu đựng sản phẩm đủ số lựợng cảm biến quang tác động báo tín hiệu cho người công nhân lấy khay đựng sản phẩm H Bản vẽ thiết kế hình ảnh thực tế cấu gấp sản phẩm Tab Folder 2.2 Thiết kế phần điều khiển điện - khí nén Hai động điều khiển băng tải máy gấp Tab Folder áp dụng phương pháp điều khiển vịng kín PI kết hợp với phương pháp điều khiển vector [34] để đảm bảo tốc độ xác nhằm giúp cho việc di chuyển miếng Tab Folder hướng xác vị trí Cấu trúc điều khiển thể (H 9) Current controller iq*1 PI + — i * d1 PI + rs1,2 Lq1,2 iq1,2 K E1,2 e1,2 Lq1,2 vq Lq1,2 1,2 (2) Phương pháp điều khiển vector áp dụng cho hai động cơ, dòng điều khiển id1,2 điều khiển làm cho hai động PMSM decoupled lúc việc điều khiển moment trục động phụ thuộc vào dòng iq*1,2 Ý tưởng thiết kế điều khiển vector moment thành phần từ hóa từ thơng stator điều khiển độc lập Dòng điện ba pha stator biến đổi thành vector dòng điện cung cấp cho điều khiển (H 10) Moment động điều khiển thông qua dòng điện trục q (iq1) Bộ điều khiển vector dòng điện khâu biến đổi H.10 bao gồm PI, phép biến đổi Clark, Clark ngược, Park, Park ngược, SVPWM 2.3 Hình ảnh thực tế máy gấp ép Tab Folder Điều khiển vector dòng điện vq1 Park-1 v , d,q vd modify Clark-1 , v a,b,c , vref vref vref SVPWM PWM1 PWM2 PWM3 PWM4 PWM5 PWM6 — iq1 id i d,q , i Park ia1 ib1 a,b,c ic1 iu1 A/D convert iv1 H 11 Hình ảnh thực tế máy gấp ép Tab Folder Clark sin /cos of Flux angle e1 QEP r1 A B Z Encoder H 10 Thiết kế điều khiển vector cho động điều khiển băng tải Phương trình tốn học động PMSM điều khiển hai băng chuyền: did rs Lq vd id iq (1) e dt Ld Ld Ld 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 VCCA-2015 1,2 1,2 Sản phẩm công nhân bỏ vào cấu cung cấp Tab Folder Lúc phận đỡ chỉnh góc nghiêng phù hợp với khe hở lấy sản phẩm để tách Tab Folder Hệ thống khởi động điều khiển điều chỉnh vận tốc băng tải số băng tải số cho phù hợp nhằm tránh trường hợp sản phẩm đè lên Nhờ cấu đè giữ Tab Folder đưa từ vùng cung cấp sang vùng gấp mà không bị xê dịch Thanh dẫn hướng đưa sản phẩm vào góc gấp gấp Băng tải số đưa Tab Folder gấp vào cấu ép nhờ hệ thống Roller cao su ép sát với bề mặt băng tải số Hội nghị toàn quốc lần thứ Điều khiển Tự động hoá - VCCA-2015 Sau đó, sản phẩm rớt xuống khung chứa tạo thành chồng khung đỡ, đủ số lượng cảm biến quang báo tín hiệu cho người cơng nhân lấy Tab Folder hoàn thành khỏi khung Kết luận Sau trải qua trình chạy thử chỉnh sửa, với giám sát phận kỹ thuật ban lãnh đạo công ty, máy nghiệm thu bàn giao để đưa vào sản xuất Kết thu từ nghiên cứu máy có cấu tạo đơn giản, khả tự động hoàn toàn, hoạt độ động hoạt gấp ép Máy thay công nhân/1ca, tỉ lệ sản phẩm lỗi giảm từ 5% xuống 0.1%, thời gian gấp hồn thành sản phẩm vịng 0.5s (cơng nhân gấp 7s/sp), h 90,000,000 VNĐ Tài liệu tham khảo N V Quỳnh; N H T Phi; N V Tuấn: Máy đếm sản phẩm Refill Shibo Hội nghị toàn quốc lần thứ Cơ Điện tử VCM-2014, pp 501-505, 2014 N V Quỳnh; T H Trung; H Đ M Toàn: Thiết Kế Chế Tạo Máy Tập Banh Tennis Hội nghị toàn quốc lần thứ Cơ Điện tử VCM-2014, pp 536540, 2014 R K Pongiannan; N Yadaiah: FPGA based Space Vector PWM Control IC for Three Phase Induction Motor Drive IEEE International Conference on Industrial Technology, pp 2061-2066, 2006 A O Rait; P Bhosale: FPGA implementation of space vector PWM for speed control of 3-phase induction motor International Conference on Recent Advancements in Electrical, Electronics and Control Engineering, pp 221-225, 2011 VCCA-2015 Nguyễn Vũ Quỳnh sinh năm 1979 Anh nhận thạc sỹ Thiết bị, mạng nhà máy điện trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh năm 2005 Từ năm 2003 đến 2010 anh giảng viên khoa Cơ Điện – Đại học Lạc Hồng Anh nhận Tiến sỹ Kỹ thuật điện trường Southern Taiwan University of Science and Technology, Đài Loan 2013 Hiện anh giảng viên khoa Cơ Điện – Điện Tử - Đại học Lạc Hồng Hướng nghiên cứu thiết kế thực hệ thống đo lường, điều khiển, hệ thống nhúng, điều khiển thông minh FPGA Nguyễn Hà Thoại Phi sinh năm 1980 Anh nhận thạc sĩ Thiết bị, mạng nhà máy điện trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh năm 2005 Từ năm 2005 đến anh giảng viên khoa Cơ Điện – Đại học Lạc Hồng Hướng nghiên cứu thiết kế thực hệ thống đo lường, mạch điều khiển công suất, biến tần Tạ Huyền Tôn sinh năm 1990 Tốt nghiệp đại học ngành Cơ Điện Tử trường Đại học Lạc Hồng năm 2013 Hiện công tác trường Cao Đẳng nghề Đồng An mơn Cơ Điện Tử Hướng nghiên cứu thiết kế, thi công lắp ráp hệ thống máy tự động công nghiệp Nguyễn Văn Luận sinh năm 1989 Tốt nghiệp đại học ngành Cơ Điện Tử trường Đại học Lạc Hồng năm 2013 Hiện công tác trường Cao Đẳng nghề Đồng An mơn Cơ Điện Tử Hướng nghiên cứu Thiết kế, thi công lắp ráp hệ thống máy tự động công nghiệp