Nghiên cứu hệ thống cảm biến trên khuôn dập liên tục và hệ thống cấp phôi tấm tự động

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu hệ thống cảm biến khuôn dập liên tục hệ thống cấp phôi tự động TRẦN TRỌNG NGHĨA Nghia.TT202560M@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật điện tử Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Lê Trung Kiên Trường: Cơ khí – Đại học Bách khoa Hà Nội HÀ NỘI, 5/2023 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Trần Trọng Nghĩa Đề tài luận văn: Nghiên cứu hệ thống cảm biến khuôn dập liên tục hệ thống cấp phôi tự động Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã số SV: 20202560M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 15/4/2023 với nội dung sau: Chỉnh sửa hình ảnh văn phong luận văn Cấu trúc lại luận văn, bổ sung tính tốn thơng số cơng nghệ vào chương 3 Bổ sung kết luận chương, làm rõ kết nghiên cứu đạt chương Làm rõ kết mơ chương Bổ sung trích dẫn chuẩn hóa tài liệu tham khảo Ngày 10 tháng 05 năm 2023 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN “ Nghiên cứu hệ thống cảm biến khuôn dập liên tục hệ thống cấp phôi tự động” Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Lời em xin gửi cảm ơn ơn sâu sắc đến Thầy – PGS.TS Lê Trung Kiên, người hướng dẫn khoa học tận tình bảo giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu, thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Đại học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình giảng dạy tạo điều kiện giúp đỡ em trình học tập, nghiên cứu Xin gửi lời cảm ơn tới Tổng công ty Công nghiệp Công nghệ cao Viettel tạo điều kiện cho em học tập hồn thành khóa học Xin cảm ơn người thân yêu gia đình dành cho em quan tâm, động viên, khích lệ suốt thời gian học tập nghiên cứu để em hoàn thành luận văn Tóm tắt nội dung luận văn a) Mục đích nghiên cứu luận văn Nghiên cứu hệ thống cảm biến tự động hóa đối tượng Phơi – Khn – Máy sử dụng khn liên tục tạo hình phôi nhằm giúp nhận biết cố bất thường ba đối tượng dừng máy khẩn cấp để tránh thiệt hại sản xuất b) Đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu luận văn thiết kế hệ thống cảm biến lập trình chương trình điều khiển PLC giúp hệ thống máy dập liên tục nhận biết xử lý lỗi liên quan đến q trình gia cơng sản phẩm - Phạm vi nghiên cứu luận văn tập trung vào nghiên cứu loại cảm biến phù hợp cho hệ thống dập, thiết kế chương trình điều khiển PLC để xử lý tín hiệu từ cảm biến Đánh giá khả ứng dụng hệ thống cảm biến PLC vào máy dập liên hoàn c) Các nội dung Luận văn gồm 03 chương với nội dung sau: - Chương 1: Tổng quan đề tài, nêu tổng quan lý thuyết đề tài - Chương 2: Xây dựng mơ hình tổng qt cho nghiên cứu - Chương 3: Ứng dụng thiết kế hệ thống cấp phôi liên tục dập tự động cho tản nhiệt CPU d) Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu mô -Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu mơ hình tổng thể hệ thống cảm biến tự động hóa đối tượng dập phôi khuôn liên tục thiết lập hệ thống -Nghiên cứu mô phỏng: Xây dựng tiến hành thiết kế tính tốn mơ hệ thống e) Kết luận Luận văn đạt số kết quan trọng sau: - Thiết lập mơ hình nghiên cứu tổng quát cho hệ cảm biến hệ thống cấp phôi tự động dập liên tục - Xây dựng sơ đồ điều khiển cho mơ hình nghiên cứu - Ứng dụng phần mềm NX TIA-portal thiết kế hệ thống cảm biến tự động hóa cấp phơi dập liên tục HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 1.2 1.3 Dây chuyền dập liên tục 1.1.1 Khuôn dập liên tục 1.1.2 Máy dập trục khuỷu 1.1.3 Hệ cấu cấp định hướng phôi 10 Cảm biến ứng dụng dây chuyền dập liên tục 12 1.2.1 Cảm biến 12 1.2.2 Ứng dụng cảm biến dây chuyền dập liên tục 13 Bộ xử lý tín hiệu điều khiển logic 16 1.3.1 Khái niệm PLC 16 1.3.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động phân loại 16 1.3.3 Ứng dụng PLC công nghiệp 18 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU 20 2.1 Sơ đồ hoạt động hệ thống 20 2.2 2.3 2.4 Thiết kế mơ hình sở .22 2.2.1 Thiết kế khuôn dập 23 2.2.2 Tính lực dập, chọn máy dập phù hợp 25 2.2.3 Xác định thông số hệ cấu cấp phôi liên tục 26 Thiết kế cấu đáp ứng hoạt động mơ hình nghiên cứu 28 2.3.1 Cơ cấu kẹp giữ cuộn phôi 28 2.3.2 Cơ cấu dẫn hướng phôi .30 Thiết kế hệ thống cảm biến 31 2.4.1 Cảm biến xác định đường kính cuộn phơi 31 2.4.2 Cảm biến phôi máy nắn phẳng 32 2.4.3 Cảm biến độ võng dải phôi .32 2.4.4 Cảm biến nhận biết phôi cấp phôi tự động 34 2.4.5 Cảm biến phôi vùng làm việc máy dập .34 2.4.6 Cảm biến định vị dải phôi 34 2.4.7 Cảm biến nhận biết phoi thoát 35 2.4.8 Cảm biến phát gạt phôi 36 2.4.9 Cảm biến nhận biết sản phẩm 36 2.4.10 Cảm biến vùng an toàn máy dập 37 2.4.11 Cảm biến hành trình xylanh 37 2.5 Thiết kế chương trình điều khiển PLC .37 2.5.1 Xác định thông số PLC 37 2.5.2 Đấu nối PLC với thiết bị đầu vào, đầu 38 2.5.3 Lập trình chương trình điều khiển phần mềm 41 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI LIÊN TỤC VÀ DẬP TỰ ĐỘNG CHO LÁ TẢN NHIỆT CPU 47 3.1 Lá tản nhiệt CPU 47 3.2 Mô tả hoạt động hệ thống 49 3.3 Thiết kế dây chuyền dập 49 3.4 3.5 3.3.1 Phân tích chi tiết 49 3.3.2 Thiết kế khuôn dập 50 3.3.3 Tính chọn máy dập 53 3.3.4 Thiết kế hệ cấp phôi liên tục cho máy dập 53 Thiết kế hệ thống cảm biến 55 3.4.1 Cảm biến đo đường kính cuộn phơi máy nhả cuộn 55 3.4.2 Cảm biến xác định chiều dày phôi vào máy nắn phẳng 55 3.4.3 Cảm biến xác định độ võng dải phôi 56 3.4.4 Cảm biến nhận biết phôi cấp phôi tự động 57 3.4.5 Cảm biến nhận biết phôi vùng làm việc máy dập .58 3.4.6 Cảm biến định vị dải phôi 58 3.4.7 Cảm biến nhận biết phoi qua lỗ thoát phoi 59 3.4.8 Cảm biến nhận biết có gạt phơi máy dập xuống 60 3.4.9 Cảm biến cữ hành trình khn dập 60 3.4.10 Cảm biến đếm sản phẩm 61 3.4.11 Cảm biến vùng an toàn 62 Thiết kế chương trình điều khiển PLC .63 3.5.1 Xác định thông số PLC 63 3.5.2 Lập trình TIA-Portal 67 CHƯƠNG KẾT LUẬN 83 4.1 4.2 Kết luận 83 4.1.1 Kết đạt .83 4.1.2 Các hạn chế 83 Hướng phát triển đồ án tương lai 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền tự động dập liên tục Hình 1.2 Kết cấu khuôn dập liên tục .2 Hình 1.3 Chi tiết bồn rửa bát khuôn dập bồn rửa bát Hình 1.4 Khn dập liên tục stator động điện Hình 1.5 Mơ hình khn dập lề cửa Hình 1.6 Các dạng cuống khn .3 Hình 1.7 Trụ bạc dẫn hướng bi (a) loại thường (b) .4 Hình 1.8 Phương pháp bố trí trụ dẫn hướng tréo (a) trụ dẫn hướng (b) Hình 1.9 Chày cắt đột Hình 1.10 Kết cấu chày cắt có vai Hình 1.11 Chày cắt có vai có đẩy phơi Hình 1.12 Chày cắt có vai có vát chống xoay Hình 1.13 Chày cắt bắt bulong khơng có đẩy phơi Hình 1.14 Chày cắt bắt bulong chày có đẩy phơi Hình 1.15 Kết cấu phần làm việc cối cắt đột Hình 1.16 Cối cắt đột có vai Hình 1.17 Cối cắt đột khơng có vai .8 Hình 1.18 Sơ đồ phân loại thiết bị dập tạo hình Hình 1.19 Cấu tạo máy ép trục khuỷu 10 Hình 1.20 Sơ đồ cấp phơi dây chuyền dập 10 Hình 1.21 Máy nhả cuộn tự động có xe tiếp phôi 11 Hình 1.22 Máy nắn phẳng phơi 11 Hình 1.23 Bộ cấp phơi tự động khí nén 12 Hình 1.24 Bộ cấp phôi tự động bằng trục lăn 12 Hình 1.25 Nguyên lý hoạt động cảm loại cảm biến quang điện 13 Hình 1.26 Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm 14 Hình 1.27 Cảm biến áp suất 14 Hình 1.28 Cảm biến vùng ứng dụng dây chuyền sản xuất 15 Hình 1.29 Cấu tạo PLC .16 Hình 1.30 Chu kỳ quét PLC 17 Hình 2.1 Chương trình hoạt động tổng quát hệ thống 20 Hình 2.2 Chu trình thay phơi 21 Hình 2.3 Chu trình gia cơng sản phẩm .22 Hình 2.4 Mơ hình tham chiếu 23 Hình 2.5 Sơ đồ quy trình thiết kế khn liên tục 24 Hình 2.6 Sơ đồ bố trí lăn máy nắn phẳng 26 Hình 2.7 Các lăn đặt song song để nắn có chiều dày t ≥ mm 26 Hình 2.8 Các lăn đặt nghiêng để nắn có chiều dày t≤ mm .27 Hình 2.9 Cơ cấu kẹp cuộn phôi 28 Hình 2.10 Cơ cấu giữ phôi không bị bung máy nhả hoạt động 29 Hình 2.11 Cụm xylanh điều khiển tay lăn giữ cuộn phôi .29 Hình 2.12 Máng dẫn hướng phơi vào máy nắn phẳng 30 Hình 2.13 Trục lăn cố định hướng dải phôi vào máy nắn phẳng .30 Hình 2.14 Dẫn hướng phơi từ máy nắn phẳng vào cấp phôi tự động 31 Hình 2.15 Cảm biến đo đường kính cuộn phôi cảm biến đo chiều dày dải phôi 32 Hình 2.16 Sử dụng cảm biến siêu âm xác định độ võng dải phơi 33 Hình 2.17 Sử dụng cặp cảm biến ánh sáng để xác định vùng võng làm việc dải phôi 34 Hình 2.18 Sử dụng cảm biến quang phát phôi cấp phôi tự động vùng làm việc máy dập 34 Hình 2.19 Sử dụng cảm biến tiệm cận định vị dải phôi trực tiếp .35 Hình 2.20 Sử dụng cảm biến tiệm cận định vị gián tiếp thơng qua chốt định vị 35 Hình 2.21 Cảm biến nhận biết phoi .35 Hình 2.22 Trường hợp có dị vật ngăn khơng cho gạt phơi xuống 36 Hình 2.23 Sử dụng cảm biến quang điện nhận biết sản phẩm 36 Hình 2.24 Sử dụng cảm biến vùng nhận biết sản phẩm 36 Hình 2.25 Vị trí cảm biến vùng an tồn máy dập 37 Hình 2.26 Cảm biến từ gắn xylanh .37 Hình 2.27 Sơ đồ PLC AC/DC/Rly .38 Hình 2.28 Sơ đồ đấu nối nút nhấn vào PLC .38 Hình 2.29 Sơ đồ đấu dây cảm biến số 39 Hình 2.30 Đấu nối cảm biến NPN với PLC kiểu sourcing 39 Hình 2.31 Sơ đồ đấu nối cảm biến analog với PLC .40 Hình 2.32 Sơ đồ đấu nối PLC với van điện từ 40 Hình 2.33 Giản đồ thời gian mô tả hoạt động lệnh Timer 43 Hình 2.34 Giản đồ đồ hoạt động lệnh CTU (a) CTD (b) 44 Hình 3.1 Tác dụng truyền nhiệt tản nhiệt tản nhiệt khí cho CPU 47 Hình 3.2 Phương án gắn heatpipe làm cối nguyên công cuối khuôn dập liên tục 47 Hình 3.3 Quá trình dập theo phương án 48 Hình 3.4 Phương án gia công tản nhiệt với lỗ tản nhiệt khơng đóng chặt với heatpipe .48 Hình 3.5 Bản vẽ chi tiết tản nhiệt CPU 50 Hình 3.6 Thiết kế 3D chi tiết NX 50 Hình 3.7 Layout bước dập phần mềm NX 51 Hình 3.8 Layout cặp chày cối NX .51 Hình 3.9 Layout chi tiết khn ( khơng có đè phơi ) 52 Hình 3.10 Khn có đè phơi 52 Hình 3.11 Layout chi tiết khuôn 52 Hình 3.12 Khn dập tản nhiệt CPU 52 Hình 3.13 Thiết kế 3D máy dập TP-45FX NX .53 Hình 3.14 Máy nhả phơi máy nắn phẳng .54 Hình 3.15 Bộ cấp phôi tự động .54 Hình 3.16 Hệ thống khí .55 Hình 3.17 Cảm biến nhận biết phôi máy nhả cuộn 56 Hình 3.18 Cảm biến xác định chiều dày phôi vào máy nắn 56 Hình 3.19 Cảm biến xác định độ võng dải phôi 57 Hình 3.20 Cảm biến nhận biết phơi cấp phôi tự động/ vùng làm việc máy dập 58 Hình 3.21 Cảm biến định vị dải phôi 59 Hình 3.22 Cảm biến nhận biết phoi thoát qua lỗ thoát phoi 60 Hình 3.23 Cảm biến cữ hành trình khn dập 60 Hình 3.24 Cảm biến nhận biết gạt phơi hành trình xuống máy dập 61 Hình 3.25 Cảm biến đếm sản phẩm 62 Hình 3.26 Cảm biến vùng an toàn máy dập 62 Hình 3.27 Sơ đồ đấu nối PLC 6ES7 215-1AG40-0XB0 65 Hình 3.28 Sơ đồ đấu nối modul mở rộng 6ES7 223-1BL32-0XB0 65 Hình 3.29 Sơ đồ đấu nối modul mở rộng 6ES7-231-5ND32-0XB0 66 Hình 3.30 Khởi động chu trình thay phơi khơng có phơi máy dập 74 Hình 3.31 Khởi động chương trình gia cơng sản phẩm có phơi máy dập 74 Hình 3.32 Khi chưa có phôi máy nhả cuộn 75 Hình 3.33 Khi phơi thay vào 76 Hình 3.34 Khi phơi cố định máy nhả cuộn 77 Hình 3.35 Phơi độ dày 77 Hình 3.36 Cấp tín hiệu cho máy nắn phẳng dẫn hướng phơi vào cấp phơi 78 Hình 3.37 Khi phôi vào cấp phôi tự động 78 Hình 3.38 Khi dập đủ số tản nhiệt cho heatsink 80 Hình 3.39 Các trường hợp tạm dừng hệ thống dập 81