LỜI NÓI ĐẦU 3 CHƯƠNG I: TÌM HIỂU SƠ BỘ ĐỀ TÀI 4 1.1.Lí do chọn đề tài 4 1.3.Cơ sở lý thuyết về khí nén 5 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 8 2.1. Xây dựng sơ đồ khối của mạch 8 2.1.1. Xác định bài toán 8 2.1.2. Mô tả hoạt động của hệ thống 8 2.2. Lựa chọn, phân tích các thành phần thiết bị sử dụng trong mạch 9 2.2.1. Xy lanh tác động 2 chiều 9 2.2.2. Van đảo chiều 10 2.2.3. Role trung gian 11 2.3. Thiết kế sơ đồ mạch khí nén, sơ đồ mạch điện 13 2.4. Nguyên lý hoạt động 15 CHƯƠNG III: THI CÔNG SẢN PHẨM 16 3.1. Bảng vật tư, linh kiện 16 3.2. Lắp ráp, đấu nối mạch 17 3.2.1. Trình tự các bước đấu nối 17 3.3. Thi công 18 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 20 4.1. Kết luận 20 4.2. Hạn chế 20 4.3. Hướng phát triển 20 LỜI CẢM ƠN 22
Giảng viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Thị Lan Sinh viên thực : Nguyễn Vũ Thuật PH32006 Lự Đức Nguyên PH31871 Nguyễn Văn Đương PH30282 Bùi Thị Ngọc Lệ PH30871 Trương Việt Tiến PH42274 Năm 2023 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: TÌM HIỂU SƠ BỘ ĐỀ TÀI 1.1.Lí chọn đề tài 1.3.Cơ sở lý thuyết khí nén CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 2.1 Xây dựng sơ đồ khối mạch 2.1.1 Xác định toán 2.1.2 Mô tả hoạt động hệ thống 2.2 Lựa chọn, phân tích thành phần thiết bị sử dụng mạch 2.2.1 Xy lanh tác động chiều 2.2.2 Van đảo chiều 10 2.2.3 Role trung gian 12 2.3 Thiết kế sơ đồ mạch khí nén, sơ đồ mạch điện 15 2.4 Nguyên lý hoạt động 17 CHƯƠNG III: THI CÔNG SẢN PHẨM 18 3.1 Bảng vật tư, linh kiện 18 3.2 Lắp ráp, đấu nối mạch 19 3.2.1 Trình tự bước đấu nối 19 3.3 Thi công 18 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 23 4.1 Kết luận 23 4.2 Hạn chế 23 4.3 Hướng phát triển 20 LỜI CẢM ƠN 24 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật Đặc biệt lĩnh vực tự động hóa tạo nên động lực thức đẩy phát triển ngành công nghiệp khác nhằm phục vụ đáp ứng nhu cầu người sống Con người với trợ giúp máy móc, cơng cụ thơng minh trực tiếp làm việc, hay công việc mà người làm với khả minh mà việc điều khiển chúng hay chúng làm việc hoàn toàn tự động mang lại lợi ích to lớn, giảm nhẹ tối ưu hóa cơng việc Với tiến đáp ứng nhu cầu người sống đại nói chung phát triển khoa học kỹ thuật nói riêng Đối với sinh viên tự động hóa việc nghiên cứu Nó khơng trang bị cho kỹ làm việc lĩnh vực điều khiển tự động, điện tử mà giúp theo kịp với phát triển khoa học kĩ thuật ngày tốt nghiệp trường Sau nhóm em xin tìm hiểu mạch thiết kế “Thiết kế mạch khí nén lắp ráp sản phẩm” Chúng em xin chân thành cảm ơn !!! CHƯƠNG I: TÌM HIỂU SƠ BỘ ĐỀ TÀI 1.1 Lí chọn đề tài Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp nỗ ra, phát triển điều khiển điện - khí nén khơng ngừng diễn Các ứng dụng điện - khí nén đề điều khiển như: phun sơn, gá kẹp tiết Các ứng khí nén, máy khoan, máy va đập dùng đảo đường Hệ thống phanh ôtô Với kiến thức tích lũy mơn học Điều Khiển Điện – Khí Nén Nhóm chúng em gồm người định chọn đề tài “Thiết kế mạch khí nén lắp ráp sản phẩm” tầm quan trọng ứng dụng sâu rộng Ứng dụng đề tài thực tế: Mạch lắp ráp sản phẩm phần quan trọng quy trình sản xuất tự động hóa sản xuất Chúng thường sử dụng để điều khiển máy móc thiết bị để lắp ráp, kiểm tra đóng gói sản phẩm Dưới số ứng dụng phổ biến mạch lắp ráp sản phẩm: Lắp ráp sản phẩm: Mạch lắp ráp sản phẩm sử dụng để điều khiển robot máy móc để lắp ráp linh kiện phận để tạo sản phẩm cuối Kiểm tra chất lượng: Mạch lắp ráp sản phẩm sử dụng để kiểm tra chất lượng sản phẩm cách sử dụng cảm biến hệ thống quét để đảm bảo sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng Đóng gói sản phẩm: Mạch lắp ráp sản phẩm sử dụng để điều khiển máy móc đóng gói, máy đóng hộp máy dán nhãn, để đóng gói sản phẩm cuối Theo dõi sản lượng: Mạch lắp ráp sản phẩm thường sử dụng để theo dõi sản lượng sản phẩm sản xuất khoảng thời gian cụ thể, giúp quản lý sản xuất kế hoạch sản xuất hiệu Quản lý kho: Mạch lắp ráp sản phẩm sử dụng để quản lý kho bãi tự động hóa q trình lưu trữ, xuất nhập hàng hóa Tiết kiệm lượng: Mạch lắp ráp sản phẩm sử dụng để tối ưu hóa sử dụng lượng quy trình sản xuất cách tắt máy móc chúng khơng cần thiết Tự động hóa quy trình sản xuất: Mạch lắp ráp sản phẩm đóng vai trị quan trọng việc tự động hóa quy trình sản xuất, giúp tăng suất, giảm lỗi tối ưu hóa quy trình Điều khiển tự động hóa: Mạch lắp ráp sản phẩm sử dụng để điều khiển hệ thống tự động hóa nhà máy sản xuất, chẳng hạn hệ thống PLC (Programmable Logic Controller) hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) Những ứng dụng giúp tăng cường hiệu suất chất lượng quy trình sản xuất đóng góp vào tự động hóa quản lý mơi trường sản xuất cơng nghiệp Hình 1.1 Ứng dụng cơng nghiệp 1.2 Cơ sở lý thuyết khí nén a Khí nén gì? Hình 1.2 Hệ thống khí nén Khí nén lượng khơng khí nén lại áp suất cao có nhiệm vụ biến đổi thành sử dụng chủ yếu bình khí nén, máy khí nén giúp truyền lưu lượng khí nén vào thiết bị làm hoạt động hệ thống Khí nén thường ứng dụng nhiều lĩnh vực hệ thống, ngành công nghiệp sản xuất, chế biến, xây dựng, ngành y tế… Hệ thống điều khiển khí nén bao gồm phần sau: Trạm cấp nguồn khí nén: máy nén khí, bình khí nén, bình tích áp, thiết bị an tồn, thiết bị xử lý khí nén (lọc bụi, lọc nước, sấy khơ…) Bảng điều khiển hệ thống gồm: máy tính, phần tử xử lý tín hiệu điều khiển, bảng điều khiển bảng điều khiển đảo chiều cấu chấp hành Các thiết bị chấp lắp đặt: Xilanh, động khí nén, van điện từ khí nén, giác hút, van điều khiển khí nén, van bướm khí nén, van dao khí nén, vao cầu khí nén… Hệ thống điều khiển khí nén gồm loại: Hệ thống điều khiển hồn tồn khí nén, tín hiệu điều khiển khí hệ thống điều khiển điện – khí nén – phần tử điều khiển hoạt động tín hiệu điện kết hợp tín hiệu điện – khí nén • Hệ thống khí nén hệ thống mà thiết bị hoạt động nhờ tác động dịng khí nén • Bằng việc nén khí, lượng khí tích lũy để cung cấp cho hệ thống khí • Năng lượng khí nén nguồn khí lấy từ mơi trường, bị nén máy nén nhằm giảm thể tích tăng áp lực • Khí nén chủ yếu dùng để tác động lên van hay piston Ưu điểm hệ thống khí nén: ❖Nguồn khí có sẵn khắp nơi ❖Sạch sẽ, an tồn khơng nhiễm sau sử dụng ❖Dễ dự trữ, dùng để dành cho lúc dùng nhiều ❖An tồn tuyệt đối mơi trường cháy nổ ❖Khơng địi hỏi cao độ ổn định nguồn điện điện tử ❖Hoạt động tin cậy hư hỏng ❖Vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa đơn giản, chi phí thấp ❖Các động khí nén đạt tốc độ cao Nhược điểm hệ thống khí nén: ❖Do tính chất nén khơng khí, làm cho chuyển động cấu chấp hành khơng định vị khơng xác ❖Thời gian đáp ứng khơng nhanh điện-điện tử Do đó, trường hợp yêu cầu thực số lượng lớn phép xử lý thông tin điều khiển với tốc độ nhanh cơng nghệ khí nén khơng đáp ứng ❖Khí nén khơng dùng áp suất cao nguy hiểm, dễ xảy cháy nổ Thông thường dùng áp suất 6-8bar (trừ trường hợp dùng khí nén thăm dò khai thác tầng sâu lòng đất tới vài trăm bar) CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 2.1 Xây dựng sơ đồ khối mạch Khối nguồn Khối điều khiển Khối thiết bị Khối vận hành 2.1.1 Xác định toán Xylanh A đẩy khối chi tiết ra, di chuyển tới vị trí lắp ráp đồng thời kẹp chặt khối chi tiết Sau xy lanh B duỗi ra, đẩy chi tiết để lắp ráp vào khối chi tiết mặt thứ nhất, tiếp xy lanh C duỗi để đẩy chi tiết khác để lắp ráp vào khối chi tiết bề mặt thứ hai Sau thực xong, xy lanh C, xy lanh B, xy lanh A co lại, trở vị trí ban đầu Sau xy lanh A co lại, khối chi tiết rơi xuống bang tải ngoài, kết thúc chu kỳ làm việc 2.1.2 Mô tả hoạt động hệ thống S2 A S4 A A S1 A B B C S3 A S4 A B B B S2 A S3 A S1 A S5 S5 A A ra, đẩy A - Khi nhấn nút Start, xi lanh sản phẩm vào vị trí lắp ráp 0 - Xi lanh B đẩy kẹp chi tiết đẩy vào vị trí lắp ráp - Tiếp xy lanh C duỗi để đẩy chi tiết khác để lắp ráp vào khối chi tiết bề mặt thứ hai - Sau thực xong, xy lanh C, xy lanh B, xy lanh A co lại, trở vị trí ban đầu - Sau xy lanh A co lại, khối chi tiết rơi xuống bang tải ngoài, kết thúc chu kỳ làm việc Bảng trạng thái: Xylanh A+ A- B+ B- C+ C- CTHT START S3 S2 S5 S4 S6 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Cuộn dây Y1 2.2 Lựa chọn, phân tích thành phần thiết bị sử dụng mạch 2.2.1 Xy lanh tác động chiều Xy lanh tác động hai chiều xy lanh mà áp lực tác động vào hai phía xylanh Xy lanh tác động hai chiều khơng có giảm chấn Nhiệm vụ cấu giảm chấn ngăn chặn va đập pittong vào thành xylanh vị trí cuối hành trình, người ta dùng van tiết lưu chiều để thực giảm chấn Hình 2.2.1 Xilanh tác động chiều 2.2.2 Van đảo chiều Hình 2.2.2 Nguyên lý hoạt động van đảo chiều 10 a Nguyên lý hoạt động van đảo chiều ❖Khi chưa có tín hiệu tác động vào cửa (12), cửa (1) bị chặn cửa (2) nối với cửa (3) ❖Khi có tín hiệu tác động vào cửa (12) (khí nén), lúc nịng van dịch chuyển phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) cửa (3) bị chặn ❖Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) đi, d-ới tạc dụng lực lò xo, nòng van trở vị trí ban đầu b Một số van đảo chiều thường gặp Hình 2.2.2b Một số van đảo chiều thường gặp 11 c Van đảo chiều 5/2 Hình 2.2.2c Van đảo chiều 5/2 Van 5/2 loại van đảo chiều điều khiển xylanh tác động kép, động Mỗi ô vuông ký hiệu đại diện cho vị trí trạng thái Hình mơ tả van cửa cửa cửa khí vào, cửa cửa xy-lanh, cửa cửa xả Trên hình vẽ trạng thái ổn định Đường khí đến cửa qua cửa cửa xả khí qua cửa Khi van chuyển trạng thái khác, khí nén từ cửa qua cửa cịn khí từ cửa xả qua cửa Van cửa trạng thái ổn định gọi van 5/2 2.2.3 Role trung gian Hình 2.2.3a: Rơ le trung gian Rơ le trung gian (hay gọi Relay trung gian) thiết bị sử dụng để chuyển mạnch tín hiệu điều khiển khuếch đại Chúng có kích thước nhỏ lắp đặt vị trí nằm thiết bị điều khiển công suất nhỏ thiết bị công suất lớn Ngày relay trung gian ứng dụng rộng rãi nhiều ngành, điện – điện tử & tự động hóa, tích hợp tủ điện điều khiển máy móc cơng nghiệp 12 Ngun lý hoạt động: Khi cấp nguồn, cuộn hút trở thành nam châm điện Từ trường bên cuộn tác động lên đòn bẩy làm đóng mở điểm điện Rơ le trung gian có mạch hoạt động độc lập: mách điều khiển cuộn dây phép dòng điện chạy qua hay không dựa vào trạng thái ON OFF Mạch cịn lại điều khiển dịng điện cần kiểm sốt có qua relay hay khơng Hình 2.2.3b Sơ đồ chân rơ le trung gian 2.2.4 Cơng tắc hành trình Cơng tắc hành trình tương tự cơng tắc thường Tuy nhiên chúng trang bị thêm cần gạt để giới hạn hành trình dùng để điều khiển loại thiết bị điện khác Ví dụ tác động vào cơng tắc hành trình thiết bị dừng vị trí cấp điện cho loại thiết bị khác Hình 2.2.4: Cơng tắc hành trình 13 Cơng tắc hành trình gồm phận như: cị đá (hay cần gạt) bên ngồi, bên có chân Relay đóng ngắt Chân trái: Cấp nguồn Chân giữa: Thường đóng mở nhấn nút Chân phải: Thường mở đóng nhấn nút Nguyên lý hoạt động công tắc hành trình Cơng tắc hành trình dùng để đóng mở mạch điện lưới điện Nếu loại công tắc thường, ta ấn nút tay cơng tắc hành trình tương tác với điều khiển Reley Reley chuyển thơng tin điều khiển Sau tín hiệu đóng ngắt mạch điện tự động phản hồi lại 2.2.5 Bộ nguồn khí nén Hình 2.2.5: Máy nén khí 14 2.3 Thiết kế sơ đồ mạch khí nén, sơ đồ mạch điện phân tích nguyên lý hoạt động sơ đồ mạch Y1 32% A 32% S1 Y2 S2 Y3 32% B S3 LAP RAP SAN PHAM 33% Y4 S4 Y5 32% C 32% S5 Y6 S6 +24V STOP START S1 S6 K1 0V K1 K1 Y1 S2 Y3 S4 Y5 K1 Y6 S5 Y4 S3 Y2 Hình 2.3.1 Sơ đồ mạch khí nén 15 Hình 2.3.2 Sơ đồ mạch điện mã hóa 16 2.4 Nguyên lý hoạt động Khi nhấn nút ON qua CTHT S1 S6 cấp nguồn cho Rơ le K1 Đồng thời tiếp điểm K1 thưởng mở đóng lại tiếp điểm K1 thường đóng mở trì cho cuộn hút K1 Lúc nguồn điện cấp cho cuộn hút Y1 van làm cho xy lanh A tác động vào CTHT S2 đóng lại cấp nguồn cho cuộn hút Y3 Khi cuộn hút Y3 cấp nguồn làm cho xylanh B đẩy tác động vào CTHT S4 để cấp điện cho cuộn hút Y5, làm cho xylanh C tác động vào CTHT S6 CTHT S6 tác động cuộn hút K1 điện tiếp điểm trở trạng thái ban đầu Lúc cuộn hút Y6 cấp điện, trả xylanh C trạng thái ban đầu chạm vào CTHT S5 Khi đó, cuộn hút S4 cấp điện trả, xylanh B trạng thái ban đầu chạm vào CTHT S3 Cuộn hút S2 cấp điện, trả xylanh A vị trí ban đầu kết thúc chu kì làm việc 17 CHƯƠNG III: THI CÔNG SẢN PHẨM 3.1 Bảng vật tư, linh kiện STT Tên chi tiết Thông số kĩ thuật Xilanh tác động Dài 100mm Van đảo chiều Cơng tắc hành trình Nút ấn ON/OFF Aptomat Relay Dây dẫn điện Dây dẫn khí Máy nén khí Bộ nguồn khí nén Tổng giá thành Số lượng 03 Giá thành(VND) 255.000 5/2 tác động chiều điện 24VDC 03 630.000 Tác động đầu lăn 06 60.000 24VDC;5A 02 50.000 24VDC;5A 24VDC;5A 1mm 4mm 6bar – 8bar 24VDC;5A 01 01 20m 5m 25.000 36.000 120.000 80.000 01 200.000 1.456.000 18 3.2 Lắp ráp, đấu nối mạch Chuẩn bị trang thiết bị, dụng cụ Dây dẫn điện, dây dẫn khí Bản vẽ: sơ đồ mạch điện, sơ đồ mạch khí nén, bảng trình tự thực hiện, bảng danh mục thiết bị Bộ dụng cụ chuyên dùng Aptomat, rơle, công tắc vị trí Bộ thực hành điện khí nén: Xy lanh, van, cơng tắc hành trình, nguồn khí nén 3.2.1 Trình tự bước đấu nối TT Nội dung công việc Phương pháp thực Bước Đấu nối mạch cấp Đấu dây màu vàng số 1, nguồn cho rơle 2, 3, 4, dây màu xanh số 0, theo thứ tự nhánh I từ: +24V→1→2→3→4→5 K1→0V Yêu cầu kĩ thuật Đấu nối xác vị trí, đạt tiêu chuẩn dẫn điện Đúng kỹ thuật Bước Đấu nối mạch cấp Đấu dây màu đỏ số nguồn cho van 6,7,8,9,10,11 dây màu xanh số theo thứ tự Nhánh III từ điểm: Y1→Y3→Y5→Y6→Y4→ Y2 - 0, nhánh IV từ điểm Đấu tiếp điểm trì cuộn K1 (14K1;13K1) Đấu nối xác vị trí, đạt tiêu chuẩn dẫn điện Đúng kỹ thuật 19 Bước Đấu nối mạch khí Đấu dây dẫn khí theo thứ tự Dây nối chắn, nén dây số 1,2,3,4,5,6 theo vị trí cổng vào/ra van Áp suất khí khoảng 6-8 at Thơng mạch, khơng rị khí điểm kết nối Bước Kiểm tra, vận hành Kiểm tra mắt thường mơ hình xem độ chắn + Kiểm tra, toàn đầu dây nối mạch Đóng Aptomat cấp nguồn + Vận hành điện + Bó dây Cấp nguồn khí nén Nhấn nút ấn ON Nhấn nút ấn OFF Bó dây theo tuyến Dây đấu chắn, không chạm chập, sơ đồ Các xilanh hoạt động theo yêu cầu công nghệ Các xilanh dừng kết thúc chu kỳ TT Dạng sai hỏng Ngun nhân Biện pháp phịng tránh Đóng cấp nguồn khí, Lắp sai cửa Quan sát sơ đồ mã hóa, đấu mạch bị rị khí vào/ sơ đồ Xoay công tắc, xylanh Đấu sai vị trí Phân tích kỹ sơ đồ mạch điện khí hoạt động không phần tử nén sơ đồ mạch điều khiển nguyên lý mạch 20 3.3 Thi công Bước 1: Đấu nối mạch cấp nguồn cho rơle: Bước 2: Đấu nối mạch cấp nguồn cho van: Bước 3: Đấu nối mạch khí nén: 21 Bước 4: Kiểm tra, vận hành mơ hình: 22 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Sau thời gian tìm tòi, nghiên cứu lựa chọn hướng dẫn tận tình giáo, đến đề tài chúng em hồn thành Q trình nghiên cứu thi cơng, nhóm hồn thành nội dung đề tài nêu ra: Thiết kế mạch khí nén lắp ráp sản phẩm Hoàn thành đề tài theo tiến độ giao Với cá nhân nhóm, sau thực xong đề tài có thêm nhiều kiến thức điều khiển điện – khí nén, thiết kế, vẽ mạch Festo RuidSim, kĩ làm việc nhóm kiến thức tầm quan trọng điều khiển điện – khí nén đời sống cơng nghiệp 4.2 Hạn chế Trong q trình thực hiện, nhóm chúng em gặp phải số vấn đề khó khăn: Gặp khó khăn việc lựa chọn thiết bị vật tư, linh kiện Kinh phí đầu tư Khó khăn việc mã hóa cho mạch điện Mất nhiều thời gian công đoạn đấu nối dây điện Tính thẩm mỹ chưa cao, ứng dụng thực tế nhiều hạn chế 4.3 Hướng phát triển Sử dụng PLC để điều khiển xilanh tự động Kết hợp với cảm biến để phân loại lắp ráp sản phẩm Vận dụng đấu nối mạch điện khí nén điều khiển dây chuyền sản xuất cơng nghiệp thực tế 23 LỜI CẢM ƠN Trong trình tìm hiểu thiết kế thi cơng, nhóm em nhận nhiều giúp đỡ cô Nguyễn Thị Lan bạn lớp Nhờ đó, nhóm em hồn thiện ASSIGNMENT thi cơng thiết kế lắp ráp mạch khí nén lắp ráp sản phẩm Tuy nhiên, trình độ chun mơn có hạn tư liệu tham khảo khơng nhiều nên khơng tránh khỏi thiếu sót; mong nhận đóng góp thầy (cơ) bạn để nhóm em rút kinh nghiệm cho làm tốt đề tài Nhóm em xin chân thành cảm ơn!!! 24