Giới thiệu về ngành nhựa
Chất dẻo, hay nhựa, là vật liệu quan trọng trong sản xuất nhiều sản phẩm phục vụ đời sống con người và phát triển các ngành kinh tế như điện, điện tử, viễn thông, giao thông vận tải, thủy sản và nông nghiệp Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, chất dẻo ngày càng được ứng dụng rộng rãi, thay thế các vật liệu truyền thống như gỗ, kim loại và silicat Vì vậy, ngành công nghiệp nhựa đóng vai trò ngày càng quan trọng trong sản xuất và đời sống của các quốc gia.
Ngành công nghiệp Nhựa tại Việt Nam, mặc dù còn non trẻ so với các ngành công nghiệp lâu đời khác, đã có sự phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây Từ 2010 đến 2015, ngành Nhựa là một trong những ngành có mức tăng trưởng cao nhất tại Việt Nam, với tỷ lệ tăng hàng năm từ 16% – 18%, chỉ sau viễn thông và dệt may Sự phát triển này đến từ thị trường rộng lớn và tiềm năng lớn, đặc biệt là do ngành Nhựa Việt Nam vẫn đang ở giai đoạn đầu của sự phát triển so với thế giới Sản phẩm nhựa hiện diện trong mọi lĩnh vực của đời sống, bao gồm bao bì nhựa, vật liệu xây dựng, đồ gia dụng và sản phẩm nhựa kỹ thuật cao.
Hình 1 1: Số kg nhựa tiêu thụ trên đầu người từ năm 2010-2015[2]
Tổng quan về công nghệ ép phun
Giới thiệu về công nghệ ép phun
Công nghệ ép phun, một phương pháp truyền thống trong sản xuất nhựa, đã trải qua bốn thế hệ máy Thế hệ thứ tư bao gồm các loại máy ép điện và ép gaz, hiện đang được áp dụng rộng rãi tại các quốc gia có ngành công nghiệp nhựa phát triển.
Mỹ, Đức, Nhật Bản đang mở rộng thị trường tại Châu Á với các công nghệ tiên tiến phục vụ cho ngành điện tử, điện dân dụng và sản xuất ô tô Công nghệ nổi bật nhất trong số đó là công nghệ nhựa vi mạch điện tử Tại Việt Nam, hiện có gần 3000 thiết bị ép phun, cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp này.
Công nghệ ép phun đã phát triển mạnh mẽ với hơn 2000 máy thuộc thế hệ thứ 2 và thứ 3, từ việc sản xuất hàng gia dụng chuyển sang phục vụ cho ngành công nghiệp nhựa Sản phẩm từ công nghệ này ngày càng thay thế các chất liệu truyền thống như gỗ, sắt và nhôm, đặc biệt trong lĩnh vực bao bì và hàng tiêu dùng.
Đặc điểm công nghệ ép phun
Công nghệ ép phun là phương pháp phun nhựa nóng chảy vào khuôn để tạo hình sản phẩm Sau khi nhựa nguội và định hình trong khuôn, sản phẩm sẽ được đẩy ra ngoài nhờ hệ thống đẩy, mà không xảy ra bất kỳ phản ứng hóa học nào trong quá trình này.
Nhựa hiện diện xung quanh chúng ta qua nhiều sản phẩm từ dụng cụ học tập như thước và bút đến đồ chơi, bàn ghế và máy tính Sự đa dạng về màu sắc và hình dáng của các sản phẩm nhựa không chỉ làm đẹp cuộc sống mà còn mang lại tiện nghi Công nghệ ép phun đã giúp sản xuất ra những sản phẩm nhựa trở thành phần thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày Với đặc tính dẻo dai, khả năng tái chế và không phản ứng hóa học với không khí, nhựa đang dần thay thế các vật liệu tự nhiên như sắt, nhôm và gang, vốn đang ngày càng khan hiếm Ép phun, hay còn gọi là đúc dưới áp suất, là phương pháp gia công chủ yếu trong ngành công nghiệp polymer.
Nhựa nhiệt dẻo thường được gia công bằng phương pháp ép phun, thuộc nhóm 1 theo phân nhóm trạng thái vật liệu Phương pháp này cho phép tạo ra các sản phẩm có kích thước chính xác theo ba chiều, nhờ vào việc sử dụng khuôn kín.
Quá trình gia công gồm 2 quá trình:
* Nhựa hoá trong xi lanh nguyên liệu.
Quá trình tạo hình diễn ra khi hai nửa khuôn được khít lại với nhau, với chế độ nhiệt độ và nguyên liệu đúc khác nhau tùy thuộc vào loại nhựa (nhiệt dẻo hay nhiệt rắn) Vật liệu chảy vào khuôn qua các rảnh và cửa tiết diện nhỏ, và chỉ khi vùng tạo hình được lấp đầy, khuôn mới chịu tác dụng của lực ép Phương pháp ép phun mang lại năng suất cao với chu kỳ ngắn, giúp tiết kiệm nguyên liệu và giảm công đoạn hoàn tất Tuy nhiên, quá trình này không ổn định về nhiệt độ và áp suất, điều này ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm.
Phân loại máy ép phun theo cấu tạo
Hình 1 2: Máy ép phun trục vít
Vít được chế tạo từ thép cứng, chống mòn và xi mạ để giảm ma sát và ngăn bám dính Khe hở của vít thu hẹp dần, giúp tăng áp suất kéo nén lên phía trên Cơ cấu van một chiều ở phía trước cho phép nguyên liệu đi lên khi nạp liệu, nhưng sẽ đóng lại khi bơm, ngăn không cho nhựa chảy ngược.
* Trục vít quay để lấy nguyên liệu nhờ motor dầu ở phía sau xylanh thuỷ lực.
* Trục vít chuyển động tịnh tiến nhờ xylanh thuỷ lực nằm phía sau trục vít.
Nhiệm vụ của bộ phận trục vít trong khuôn đúc là thực hiện quá trình nhựa hoá và tạo áp suất đẩy vào vùng tạo hình Để đạt được điều này, bộ phận truyền động cần tạo ra chuyển động quay tròn kết hợp với chuyển động tinh tiến.
+ Bộ phận truyền động: Trục vít hoạt động nhờ hai bộ phận truyền động khác nhau:
* Chuyển động tới lui nhờ vào xylanh thuỷ lực lắp sau xylanh nguyên liệu.
Chuyển động quay tròn có thể được truyền động bởi động cơ điện qua bộ giảm tốc bánh răng hoặc thông qua hệ thống truyền động thủy lực Hiện nay, động cơ thủy lực được ưa chuộng hơn nhờ khả năng điều chỉnh vận tốc linh hoạt và thiết kế cơ cấu vận động đơn giản.
Đầu phun là bộ phận quan trọng nối tiếp giữa xylanh nguyên liệu và khuôn, có nhiệm vụ dẫn nguyên liệu từ xylanh đến khuôn Cấu tạo và hình dạng của đầu phun ảnh hưởng rõ rệt đến áp suất và nhiệt độ của nhựa, cũng như thời gian duy trì áp suất, tác động trực tiếp đến chu kỳ đúc Để đảm bảo hiệu quả, đầu phun cần đáp ứng ba yêu cầu chính.
* Không có điểm dừng trên đầu nguyên liệu.
* Tổn thất áp suất nhỏ nhất.
* Có khả năng ăn khớp với lỗ phun keo trên khuôn không cho nhựa lỏng trong xylanh nguyên liệu chảy ra ngoài trong khi phun ép đúc sản phẩm.
Cụm đóng mở khuôn là bộ phận đa dạng, bao gồm các loại thủy lực, cơ học, thủy lực kết hợp cơ học và cơ điện, mỗi loại có ưu nhược điểm riêng Hiện nay, xu hướng sử dụng tổ hợp các xy-lanh thủy lực khác nhau đang phổ biến, trong khi thủy lực cơ học ngày càng ít được ưa chuộng Dù thuộc kiểu nào, bộ phận này cần đáp ứng hai yêu cầu cơ bản.
+ Đảm bảo độ cứng vững, chịu được lực lớn khi đóng khuôn.
* Nguyên liệu được đốt nóng nhanh và điều, vì trong xylanh nguyên liệu, nguyên liệu vừa được tạo thành các lớp mỏng,vừa được trộn liên tục.
* Thời gian lưu của nguyên liệu trong xylanh nguyên liệu ngắn.
* Cấu tạo của máy gọn nhẹ nhất là bộ phận nạp liệu.
Mặc dù không cần phải đo lường, nhưng lượng vật liệu vào máy rất đồng đều, điều này giúp duy trì áp suất đúc ổn định và đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng nhất.
* Tổn thất áp suất trong vùng nguyên liệu trước trục vít ít do chúng đã được đốt nóng đến trạng thái chảy nhớt.
* Không tạo được áp suất lớn do có khe hở giữa răng vít và xylanh.
Hình 1 3: Máy ép phun bằng piton
- Vật liệu được nhựa hóa trong xy lanh nguyên liệu gọi là xy lanh đốt nóng.
- Bên trong xy lanh đốt nóng có đặt các lõi gia nhiệt giúp hiệu suất gia nhiệt tăng và nhiệt độ vật liệu đồng đều.
- Mục đích: tăng hiệu suất gia nhiệt
- Có một bộ phận nhựa hóa sơ bộ lắp kề với xy lanh nguyên liệu.
- Vật liệu sau khi nhựa hóa ở phần rời này sẽ được nạp vào xy lanh nguyên liệu và sau đó được đẩy vào khuôn.
Việc giảm áp suất đúc là một lợi thế quan trọng, vì khi đúc pittông tác động lên khối nhựa lỏng, không xảy ra tổn hao áp suất do nén các hạt vật liệu Điều này giúp cải thiện hiệu suất và chất lượng sản phẩm trong quá trình sản xuất.
- Bộ phận nhựa hóa sơ bộ có thể là dạng xy lanh đốt nóng với pittông đẩy hoặc dạng vít đùn.
- Dạng vít đùn có nhiều thuận lợi hơn:
+ Trộn vật liệu tốt hơn+ Hiệu quả gia nhiệt tốt+ Sản phẩm tạo được có chất lượng tốt do tính đồng nhất của vật liệu tăng.
Phân loại theo cơ chế vận hành
Máy ép phun nằm ngang là loại máy phổ biến nhất hiện nay, với bộ phận khuôn và vòi phun được bố trí trên trục trung tâm, mở ra theo hướng nằm ngang Thiết kế ngắn gọn và dễ vận hành, bảo trì, cùng với trọng tâm máy thấp giúp cài đặt ổn định Sản phẩm hoàn thành dễ dàng được lấy ra nhờ trọng lượng, cho phép thực hiện hoạt động tự động hoàn toàn.
Hình 1 5: Máy phun ép dọc
Bộ phận khuôn và vòi phun của máy được đặt trên trục trung tâm theo chiều dọc, với khuôn mở theo hướng thẳng đứng.
Bệ máy nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt giúp quá trình chèn và lắp khuôn thuận tiện hơn Vật liệu từ phễu được phân phối đều vào các sản phẩm nhựa, nhưng việc lấy sản phẩm ra yêu cầu thực hiện bằng tay, điều này hạn chế khả năng tự động hóa Máy ép phun đứng này phù hợp cho các máy ép phun có kích thước nhỏ.
Bộ phận khuôn và vòi phun của máy ép phun nghiêng được thiết kế với góc lệch tâm, giúp hướng phun và giao diện nằm trên cùng bề mặt khuôn Thiết kế này rất phù hợp cho các trung tâm gia công sản phẩm có bề mặt phẳng, đảm bảo không để lại dấu vết trên sản phẩm Mặc dù máy ép phun nghiêng có diện tích nhỏ hơn so với máy ép phun ngang, nhưng việc điền nhựa vào khuôn trở nên dễ dàng hơn nhờ vào góc nghiêng Đây là loại máy lý tưởng cho các mục đích sản xuất với công suất nhỏ.
1.2.4.4 Máy ép phun có nhiều chế độ quay
Máy ép phun nhiều khuôn có cấu trúc thiết bị quay kẹp, giúp rút ngắn chu kỳ sản xuất và nâng cao năng lực sản xuất Loại máy này thích hợp cho việc làm mát và xử lý khối lượng nhựa lớn trong thời gian dài, hỗ trợ thời gian làm mát và tăng lượng nhựa trong sản xuất Tuy nhiên, hệ thống khuôn kẹp phức tạp với lực nhỏ, nên thường được sử dụng để sản xuất đế, bệ và một số sản phẩm khác Hiện nay, các hãng máy đang phát triển máy ép sử dụng động cơ servo AC kết hợp với cấu trúc vít-me – kìm, mang lại ưu điểm về vận hành êm, ít tiếng ồn, dễ bảo trì, năng suất cao và dễ dàng lập trình Tuy nhiên, giá thành của loại máy này cao hơn so với máy sử dụng xilanh truyền thống.
Một số hãng sản xuất máy ép nhựa nổi bật bao gồm LSMtron, WOOJIN, TOYO, KAWAGUCHI, ARBURG, NIIGATA, TOSHIBA và SUMITOMO Đặc biệt, LSMtron sử dụng PLC KEBA làm bộ điều khiển trung tâm kết hợp với máy bộ trợ chuyên dụng cho ngành ép nhựa, như STEAM.
THIẾT KẾ KHỐI CƠ KHÍ CỦA MÁY ÉP NHỰA
Giới thiệu sơ lược về mô hình máy phun ép nhựa
Hình 2 1: Mô hình máy phun ép nhựa
Máy ép phun có 3 thành phần quan trọng chủ yếu sau đây:
Giữ khuôn và thực hiện quá trình đóng, mở khuôn là bước quan trọng trong sản xuất Quá trình này tạo ra kháng lực giữ khuôn, giúp hoàn tất việc tách rời thành phẩm khỏi khuôn Lực đóng được tạo ra bởi hệ thống cơ lực hoặc thủy lực thông qua hệ thống xy lanh thủy lực.
Lực tác động đóng kín hai phần nửa của khuôn cần phải đủ mạnh để giữ chúng lại với nhau, nhưng không được vượt quá 80% công suất tối đa Đồng thời, lực này phải luôn lớn hơn áp suất bên trong hốc khuôn do trục vít tạo ra.
Cấu trúc và hoạt động của đơn vị đóng mở khuôn bao gồm hai phần nửa được đặt giữa hai lỗ khoan đối xứng trên hai tấm giữ khuôn Các tấm giữ này có lỗ khoan để bắt ốc giữ khuôn, với một phần cố định và phần còn lại có thể di chuyển nhờ vào bốn thanh hình trụ Lực khởi động cho quá trình đóng mở được cung cấp bởi hệ thống thủy lực, thông qua hệ thống đòn bẩy khủy tay, giúp đẩy phần nửa tấm lót và khuôn di chuyển dọc theo bốn trục định hướng Đòn bẩy khủy chân tạo ra chuyển động cần thiết cho quá trình đóng mở khuôn.
Hình 2 2: Đơn vị đóng mở
- Cấu tạo của đơn vị đóng mở:
Hình 2 3: Cấu tạo của đơn vị đóng mở Đơn vị đóng mở bào gồm các bộ phận:
• Tấm giữ khuôn cố định (3)
• Tấm giữ khuôn di chuyển (5)
Cấu tạo của máy bao gồm xylanh được bao quanh bởi các vòng băng điện trở đốt nóng và trục vít bên trong xylanh Trục vít quay kéo hạt nhựa từ phễu nạp nguyên liệu, đẩy nhựa nóng chảy qua kênh tiếp nối vào hốc khuôn Chuyển động quay của trục vít được khởi động bởi động cơ thủy lực hoặc động cơ điện, trong khi chuyển động thẳng theo trục ngang được tạo ra bởi piton với xylanh thủy lực Đơn vị phun hoạt động với trục vít theo chiều ngang, đẩy khối nhựa nóng chảy vào hốc khuôn, với trục vít đóng vai trò như một piton nạp nhựa theo một lượng nhất định.
Hình 2 4: Giai đoạn lấy nhựa vào khuôn
Các bộ phận của đợn vị ép phun:
Cuống nối nhựa là một phần quan trọng trong quy trình ép nhựa, nơi mà chuyển động quay của trục vít khởi động để tạo ra áp suất lớn Áp suất này giúp nén chặt nhựa trong hốc khuôn ngay sau khi quá trình cung ứng theo liều lượng của đơn vị phun được hoàn tất.
Hình 2 5: Giai đoạn ép áp lực điền đầy nhựa vào khuôn
Vận chuyển nguyên liệu trong phễu từ trên cao xuống đưa vào bên trong xylanh thông qua chuyển động quay của trục vít.
Nấu chảy nguyên liệu bên trong xylanh bởi nhiệt do nhiệt được cung cấp bởi vòng bang điện trở đót nóng bọc bên ngoài.
2.1.2 Một số bộ phận quan trọng của máy ép phun 2.1.2.1 Phễu nạp liệu Đây là bồn chứa nguyên liệu dưới dạng bột nhựa hay hạt nhựa đã được sấy khô trước đó Trong nhiều trường hợp bồn chứa được làm nóng bởi các mạch điện trở bên trong để sấy khô hạt nhựa trước khi được đưa vào bên trong xylanh Đối với nhựa đàn hồi, bồn chứa được trang bị thêm một chốt chặn để kiểm soát lượng nguyên liệu được nạp vào.
Hình 2 6: a Cấu tạo trục vít, b cấu tạo chổ nối trục.
Trục vít trong quá trình gia công nhựa nhiệt dẻo có vai trò quan trọng trong việc kéo nguyên liệu từ phễu chứa vào xylanh để nấu chảy Thông thường, trục vít được chia thành ba vùng: vùng kéo, vùng nén và vùng ép phun Chiều dài của trục vít thường đạt 20D (20 lần đường kính D), và kích thước này được xác định dựa trên yêu cầu về hiệu suất, khả năng nóng chảy của nhựa và điều kiện cọ sát giữa các hạt nhựa với bề mặt trục vít.
Hình 2 7: Cấu tạo của trục vít đùn đơn giản
- Cấu tạo trục vít bao gồm:
Bộ phận chặn dòng chảy ngược (2)
Chọn các kích thước của trục vít như sau : Bước vít S = ( 0,8 ÷ 1,0 )D;
Khe hở giữa xylanh và ủầu mỳt cỏnh vớt : δ = (0,002 ữ 0,005)D;
D là ủường kớnh trục vớt Đối với loại trục lớn, rỗng ủể dẫn nước làm nguội vào thỡ gọn như sau : Chiều sõu rãnh vít h= ( 0,1 ÷ 0,2 )D; Đường kính lỗ rộng d1 = ( 0,3 ÷ 0,4 )D;
2.1.2.3 Xylanh và vòng băng đốt trong
Xylanh là một ống thép dày, được bọc bên ngoài bởi các vòng băng điện trở để đốt nóng Xylanh hai lớp vỏ được sử dụng cho nhựa cứng, với dầu nằm giữa hai lớp vỏ Nhiệt độ của vòng băng được điều chỉnh để duy trì mức cố định.
2.1.2.4 Bộ phận ngăn dòng chảy ngược nhựa lỏng:
Trong quá trình ép nhựa, trục vít quay tạo ra áp suất lớn để đẩy nhựa vào hốc khuôn, nhưng sức ép này có thể gây ra phản lực đẩy nhựa lỏng lùi về phía sau Để ngăn chặn hiện tượng này, một bộ phận chặn dòng chảy ngược được thiết kế ở đầu trục vít.
2.1.2.5 Đầu phun Được xem như bộ phận tiếp nối giữa phần đầu của xilianh và khuôn Đầu phun được nối với xylanh thông qua đầu nối có ren vít hay thông qua nắp đậy Kênh dẫn nhựa nắp đậy thông qua đầu phun phải được thiết kế thích hợp với dòng chảy và mặt tiếp giáp giữa đầu phun với ống lót Kênh nối cảu khuôn pahir thật kín để tránh trường hợp nhựa lỏng chảy ra ngoài Một chi tiết thiết kế cần lưu ý đường bán kính của đầu phun luôn luôn nhỏ hơn bán kính của ống lót kênh nối và đường kính kênh dẫ bên trong đầu phun phải nhỏ hơn đường kính kênh dẫn bên trong ống lót kênh nối Các dạng dầu phun thường thay đổi tùy theo khối lượng nhựa lỏng nạp vào khuôn.Người ta phân biệt ra hai dạng chính: đầu phun mở và đầu phun đóng Đầu phun mở được ứng dụng đối với lượng nhựa có độ dai quá lớn nên chúng không thể chảy thoát ra bên ngoài trong giai đoạn nạp nhựa vào khuôn Ngoài ra đối với các loại nhựa như PVC hay POM phải được ứng dụng với đầu phun mở để giúp cho khí nén trong thoát ra ngoài dễ dàng Đầu phun đóng thường được ứng dụng đối với các loại nhựa có độ dai thấp khi được nấu chảy lỏng có thể chảy ra ngoài (trong giai đoạn cuối tách rời thành phẩm, đơn vị ép phun lùi về phía sau).Trong giai đoạn này kim đóng giữ nhiệm vụ đóng mở miêng đầu phun thông qua tác động nén và dãn lò xo Khi đầu ép vào ống lót ,đĩa ép lò xo lại, kim mở ra Trong giai đoạn ép phun áp suất của nhựa lỏng bên trong xy lanh ép chốt đóng kín miệng đầu phun Ngoài ra cơ phận chân củng được ứng dụng để ép mở đầu phun Khi đơn vị phun tiến về phía trước, ép đầu phun vào ống lót, đầu phun bị nén về phía sau, thanh chân ở vị trí mở Khi đơn vị phun lùi về phía sau, lò xo dãn ra đẩy đầu phun về phía trước, cơ phận chân ở vị trí đóng.
Hình 2 8: Trục vít với van chặn dòng chảy ngược (Nguồn: Injection.vn)
Cấu tạo của bộ phận phun:
Vặn chặn dòng chảy ngược (3)
Khuôn là thiết bị quan trọng trong quá trình sản xuất sản phẩm nhựa, được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu về chu trình sản xuất, kích thước và hình dạng sản phẩm Kích thước và cấu trúc của khuôn phụ thuộc vào sản phẩm cụ thể, trong khi số lượng và chất lượng sản phẩm cũng ảnh hưởng đến thiết kế khuôn Tùy thuộc vào yêu cầu sản xuất, khuôn có thể được chế tạo cho các phương pháp làm việc thủ công, bán tự động hoặc tự động, và tất cả những yếu tố này đều tác động đến giá thành sản phẩm.
Bộ khuôn trên máy ép phun bao gồm hai phần chính: khuôn cố định và khuôn di động Hiện nay, có ba dạng khuôn phổ biến được sử dụng trong các nhà máy: khuôn 2 tấm (như khuôn két bia, két nước ngọt, khuôn nắp thùng sơn, decap), khuôn 3 tấm (bao gồm khuôn than acquy, nắp acquy, khuôn nắp bảo vệ thực vật) và khuôn nhiều tầng.
Trong ngành công nghiệp nhựa, thiết kế khuôn mẫu được coi là một lĩnh vực độc lập, yêu cầu kỹ năng tính toán và kinh nghiệm chuyên sâu Việc này đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Xi lanh khí nén, hay còn gọi là ben khí nén, là thiết bị cơ khí hoạt động nhờ khí nén Thiết bị này chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, giúp pít tông di chuyển theo hướng mong muốn và truyền động đến các thiết bị khác.
Trên thị trường hiện nay, có đa dạng loại xi lanh với nhiều chủng loại, mẫu mã và xuất xứ khác nhau Tuy nhiên, chúng ta có thể phân chia chúng thành hai loại chính.
Xi lanh tác động đơn: Là loại xi lanh sử dụng khí nén để dịch chuyển pít tông xi lanh dịch chuyển theo hướng nhất định.
Quy trình công nghệ máy phun ép nhựa
Hình 2 12: Kết cấu chính của máy ép nhựa (nguồn: injection.vn)
Hình 2 13: Sơ đồ tổng thể mô hình máy ép nhựa.
Hình 2 14: Quy trình công nghệ ép phun (Nguồn: Injection.vn) Quy trình công nghệ: Đóng khuôn:
Sau khi khởi động, băng gia nhiệt làm nóng xylanh lên 250°C, được theo dõi bởi cảm biến nhiệt Khi đạt nhiệt độ này, xylanh 1 lùi lại và chạm vào cảm biến vị trí 1 Tiếp theo, xylanh 2 tiến vào để kẹp chặt khuôn và tiếp xúc với cảm biến 5.
Phun ép nhựa là quá trình bắt đầu khi cảm biến 5 (cb5) được kích hoạt, khiến động cơ DC quay thuận để nạp nhiên liệu Xylanh 1 tiến vào, tạo áp suất đẩy nhựa nóng chảy qua cuống nối vào hốc khuôn Sau khoảng 10 giây, lượng nhựa lỏng tại điểm nối đông cứng và chuyển sang giai đoạn làm nguội.
Trong quá trình làm nguội vật thể trong hốc khuôn, trục vít quay và xylanh 1 lùi về vị trí ban đầu, chạm cảm biến 1 (cb1) Sự chuyển động này tạo ra lực đẩy nhựa lỏng về phía trước, giúp lấp đầy khoảng trống giữa đầu trục vít và đầu phun, từ đó khởi đầu lại chu trình giai đoạn phun.
Sau khi giai đoạn làm nguội kết thúc, xylanh 2 lùi về mở khuôn và chạm cảm biến cb6 Tiếp theo, xylanh 3 tiến vào đẩy sản phẩm và chạm cảm biến cb3, sau đó lùi về vị trí ban đầu chạm cảm biến cb4 Quá trình này sẽ tiếp tục quay về chu kỳ khởi đầu để đóng khuôn.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
Tổng quan về PLC
PLC, viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình.
Người sử dụng có thể lập trình PLC để thực hiện một loạt các sự kiện, được kích hoạt bởi tác nhân kích thích hoặc qua các hoạt động có độ trễ như thời gian định thì hay sự kiện được đếm PLC thay thế các mạch relay trong thực tế và hoạt động theo phương thức quét các trạng thái đầu vào và đầu ra; khi đầu vào thay đổi, đầu ra cũng sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình PLC có thể là Ladder hoặc State Logic Hiện nay, nhiều hãng sản xuất PLC nổi tiếng như Siemens, SAMSUNG, Mitsubishi, Delta, INVT, Allen-Bradley, Omron và Honeywell.
Khi thiết bị được kích hoạt, bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp lại chương trình đã được cài đặt và chờ nhận tín hiệu ở ngõ vào để xuất ra tín hiệu ở ngõ ra Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối, bộ PLC đã được phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu hiện đại hơn.
‒ Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
‒ Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
‒ Dung lượng bộ nhớ lớn có thể chứa được những chương trình phức tạp.
‒ Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
‒ Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các Modul mở rộng.
‒ Giá cả cá thể được cạnh tranh.
3.1.2 Hoạt động của một PLC
Hoạt động cơ bản của PLC rất đơn giản: hệ thống cổng vào/ra (Input/Output) giúp đưa tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU, bao gồm cảm biến, công tắc và tín hiệu từ động cơ Sau khi nhận tín hiệu tại ngõ vào, CPU sẽ xử lý và gửi tín hiệu điều khiển qua Module xuất để điều khiển các thiết bị.
Trong quá trình hoạt động, CPU thực hiện việc đọc dữ liệu từ thiết bị ngoại vi qua ngõ vào và chạy các chương trình trong bộ nhớ Một bộ đếm chương trình sẽ lấy lệnh từ bộ nhớ chương trình và đưa vào thanh ghi lệnh để thi hành Chương trình được định dạng dưới dạng STL (Statement List) và được dịch sang ngôn ngữ máy để lưu trữ Sau khi hoàn thành, CPU sẽ gửi tín hiệu cập nhật tới các thiết bị qua module xuất Toàn bộ quá trình này, bao gồm đọc tín hiệu, thực hiện chương trình và gửi cập nhật, được gọi là một chu kỳ quét (Scanning).
Hoạt động cơ bản của một PLC giúp người thiết kế hiểu rõ nguyên tắc vận hành của thiết bị Để minh họa cụ thể hơn, sơ đồ hoạt động của PLC được thể hiện qua một vòng quét (Scan).
Gửi các tín hiệu tới đầu ra
Nhận các tín hiệu đầu vào
Kiểm tra trạng thái làm việc của CPU
Thực hiện các yêu cầu về truyển thông (nếu có)
Thực hiện chương trình điều khiển
Hinh 3 1: Chu kỳ vòng quét của PLC.
Khi PLC thực hiện chương trình, quá trình cập nhật tín hiệu ngõ vào (ON/OFF) không được truy xuất ngay lập tức để đưa ra ngõ ra Việc cập nhật tín hiệu ngõ ra phải trải qua hai bước: đầu tiên, vi xử lý xử lý chương trình và chuyển đổi các bước logic tương ứng trong “chương trình nội” thành tín hiệu ON/OFF Tuy nhiên, tín hiệu ở ngõ ra vẫn chưa được phát ra ngay lập tức Chỉ sau khi chương trình xử lý hoàn tất và các mức logic đã được chuyển đổi xong, tín hiệu ngõ ra mới được cập nhật để điều khiển các thiết bị.
Việc thực thi một vòng quét thường diễn ra trong khoảng thời gian ngắn, từ 1ms đến 100ms cho một vòng quét đơn Thời gian quét phụ thuộc vào độ dài chương trình và mức độ giao tiếp giữa PLC và các thiết bị ngoại vi Vi xử lý chỉ có thể đọc tín hiệu tại ngõ vào khi tín hiệu này tác động lâu hơn một chu kỳ quét; nếu không, vi xử lý sẽ không nhận diện được tín hiệu Trong thực tế sản xuất, các hệ thống chấp hành thường là các hệ thống cơ khí, và tốc độ quét này có thể đáp ứng nhu cầu của dây chuyền sản xuất Để giảm thời gian quét và cải thiện chu trình sản xuất, các nhà thiết kế đã phát triển hệ thống PLC cập nhật tức thời, thường áp dụng cho các PLC lớn với nhiều I/O và khả năng xử lý lượng thông tin lớn.
Bộ lập trình PLC được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực và thiết bị, bao gồm máy in, máy đóng gói, máy đánh sợi, máy se chỉ, máy chế biến thực phẩm, máy cắt tốc độ cao, và hệ thống phân bố giám sát trong dây chuyền sản xuất.
3.1.4 Giới thiệu PLC N70-α của hãng Samsung
N70-α là thiết bị điều khiển lập trình dạng module lắp ghép của Samsung, sử dụng cấu trúc modul và các modul mở rộng Thành phần cơ bản của S7-200 bao gồm các khối vi xử lý như CPU 212, CPU 214 và CPU 224 Sự khác biệt giữa các loại CPU này có thể nhận biết qua số lượng đầu vào/ra và nguồn cung cấp.
Mặc dù hiện nay có nhiều dòng cũng như hãng mới ra đời, nhưng trong đồ án này nhóm em sử dụng N70-α vì:
‒ Mô hình khá đơn giản, chủ yếu đóng ngắt van, động cơ, ít đầu vào ra.
‒ N70-α có khả năng mở rộng nhiều đầu vào ra theo hình lắp ghép vào thanh rack Dễ dàng nâng cấp phần cứng và phần mềm.
‒ CPU này nhóm em có sẵn, đỡ tốn chi phí mua hoặc thuê.
Hinh 3 2: PLC Samsung N70-α ( nguồn: Naver.com)
Hinh 3 3: Rack gắn module của PLC SAMSUNG (Nguồn: Naver.com)
PLC SAMSUNG N70-α có 4 block chính:
Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp và biến đổi điện năng cho CPU trung tâm và các khối làm việc khác trong cùng một rack, với điện áp đầu vào dao động từ 110VAC đến 220VAC.
Khối CPU là bộ phận điều khiển chính của PLC, được trang bị một cổng giao tiếp tiêu chuẩn RS442 hoặc RS232 Nó bao gồm công tác RUN_REMOVE_PROG, cho phép người dùng lựa chọn chế độ làm việc khi thực hiện thao tác trên PLC.
Chế độ RUN: chọn chế độ chạy chương trình được lưu trong bộ nhớ PLC Chế độ REMOVE: Dừng toàn bộ chương trình.
Chế độ PROG: Dùng cho việc lập trình và kết nối mô phỏng với máy tính bằng phần mềm.
PLC N70-α được trang bị các đèn chỉ thị chế độ quan trọng: Đèn RUN cho biết PLC đang hoạt động trong chế độ chạy chương trình, đèn PROG chỉ ra rằng PLC đang ở chế độ lập trình mô phỏng với máy tính, đèn Error cảnh báo về lỗi chương trình, đèn Batt thông báo về lỗi pin Cmos của PLC, và đèn Alarm cảnh báo khi có lỗi xảy ra với một số biến nhớ.
Các khối module chức năng:
Giống như một số PLC loại khác PLC N70-α dùng RACK để nối các module chức năng với nhau như: module INPUT, module OUTPUT, module ANALOG, module
Đối với các PLC từ N70-α trở xuống, phần mềm lập trình được sử dụng là WINFPST Trong khi đó, các PLC thế hệ mới hơn như N70-plus, N700 Serial, NX70, và NX700 thì cần sử dụng phần mềm WINGPC để thực hiện lập trình.
Hinh 3 4: Giao diện phần mềm lập trình WINFPST.
Hinh 3 5: Cấu hình tốc độ truyền cho PLC
Khi kết nối PLC N70-α với máy tính, người dùng có thể sử dụng cổng COM hoặc kết nối qua USB to COM Đặc biệt, PLC N70-α và các PLC SAMSUNG có công tắc chức năng cho phép chọn tốc độ truyền, do đó cần cấu hình phần cứng tương thích với lựa chọn phần mềm.
Thiết kế sơ đồ nối dây mô hình
3.2.1 Hệ thống cung cấp nguồn
Nguồn nuôi PLC được cấp bằng điện áp 220VAC, đồng thời cũng là nguồn cấp cho cuộn gia nhiệt.
Module PLC hoạt động với điện áp tín hiệu công nghiệp 24VDC, trong khi nguồn nuôi của Arduino là 7VDC, được chuyển đổi từ 24VDC thông qua mạch Boost điện áp Để đảm bảo cách ly và giảm nhiễu giữa nguồn tải và nguồn điều khiển, tôi đã sử dụng một số relay trung gian để thực hiện điều khiển.
Hinh 3 7: Hệ thống cung cấp nguồn
Hinh 3 8: Sơ đồ mạch điều khiển arduino
Mạch điều khiển Arduino sử dụng nút nhấn để nhập dữ liệu và đo nhiệt độ qua cảm biến nhiệt kết nối với bộ khuếch đại tín hiệu ở chân A0, hiển thị kết quả trên màn hình LCD Tín hiệu từ pin 4 điều khiển rơ le để băng gia nhiệt hoạt động khi nhiệt độ dưới 250°C và ngắt khi trên 255°C Ngoài ra, tín hiệu từ pin 9 đóng rơ le khi nhiệt độ vượt quá 245°C và ngắt khi nhiệt độ xuống dưới 245°C, đảm bảo PLC chỉ hoạt động khi nhiệt độ đủ để đốt nóng nguyên liệu.
3.2.3 Sơ đồ nối dây PLC
Các tín hiệu Input/Output từ PLC thường được cách ly bằng Relay đối với tín hiệu Digital hoặc Opto và các module chức năng tương đương đối với tín hiệu Analog, giúp tăng khả năng chống nhiễu và đảm bảo hệ số làm việc an toàn cho các linh kiện trong máy.
Hinh 3 9: Sơ đồ nối dây PLC
Trong mô hình này, các tín hiệu điều khiển khác cấp điện áp như cuộn gia nhiệt và tín hiệu nguồn nuôi được cách ly bằng relay Đối với van điều khiển và đèn báo công nghiệp 24VDC, PLC N-70α đáp ứng đủ dòng cần thiết, do đó không cần sử dụng linh kiện cách ly để tiết kiệm chi phí, trong khi PLC vẫn hoạt động hiệu quả Đối với các PLC của SAMSUNG hoặc các PLC có module tách rời, cần chú ý đến việc cấp nguồn cho PLC và kết nối với các thiết bị cảm biến hay cơ cấu chấp hành, đặc biệt là xác định rõ nguồn tín hiệu PNP hay NPN để tránh hư hỏng cho PLC và các thiết bị liên quan.
Sơ đồ thuật toán chương trình PLC
Hinh 3 10: Lưu đồ thuật toán chương trình PLC.
1: Chu kỳ vòng quét của PLC
Khi PLC thực hiện chương trình, quá trình cập nhật tín hiệu ngõ vào (ON/OFF) không được truy xuất ngay lập tức để phản ánh ở ngõ ra Thay vào đó, việc cập nhật tín hiệu ngõ ra phải trải qua hai bước: đầu tiên, vi xử lý sẽ chuyển đổi các bước logic tương ứng trong “chương trình nội” đã được lập trình, sau đó chuyển đổi thành ON/OFF Tuy nhiên, tín hiệu ở ngõ ra (tín hiệu từ module out) vẫn chưa được phát ra Chỉ khi chương trình xử lý hoàn tất và việc chuyển đổi logic của các tiếp điểm hoàn thành, tín hiệu ngõ ra mới thực sự tác động để điều khiển các thiết bị.
Việc thực thi một vòng quét trong hệ thống PLC thường diễn ra trong khoảng thời gian ngắn, từ 1ms đến 100ms cho một vòng quét đơn Thời gian quét phụ thuộc vào độ dài của chương trình và mức độ giao tiếp giữa PLC với các thiết bị ngoại vi như màn hình hiển thị Vi xử lý chỉ có thể đọc tín hiệu ở ngõ vào khi tín hiệu này tác động lâu hơn một chu kỳ quét; nếu không, nó sẽ bị bỏ qua Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất, các hệ thống chấp hành thường là hệ thống cơ khí, do đó tốc độ quét này đủ để đáp ứng các chức năng của dây chuyền sản xuất Để giảm thiểu thời gian quét và cải thiện chu trình sản xuất, các nhà thiết kế đã phát triển hệ thống PLC cập nhật tức thời, thường được áp dụng cho các PLC lớn với số lượng I/O nhiều và khả năng xử lý lượng thông tin lớn.
Bộ lập trình PLC được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp và thiết bị, bao gồm máy in, máy đóng gói, máy đánh sợi, máy se chỉ, máy chế biến thực phẩm, máy cắt tốc độ cao, và hệ thống phân bố giám sát trong dây chuyền sản xuất.
3.1.4 Giới thiệu PLC N70-α của hãng Samsung
N70-α là thiết bị điều khiển lập trình dạng module lắp ghép của Samsung, được cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng Thành phần cơ bản của S7-200 bao gồm các khối vi xử lý như CPU 212, CPU 214, và CPU 224 Sự khác biệt giữa các loại CPU này có thể nhận biết qua số lượng đầu vào/ra và nguồn cung cấp.
Mặc dù hiện nay có nhiều dòng cũng như hãng mới ra đời, nhưng trong đồ án này nhóm em sử dụng N70-α vì:
‒ Mô hình khá đơn giản, chủ yếu đóng ngắt van, động cơ, ít đầu vào ra.
‒ N70-α có khả năng mở rộng nhiều đầu vào ra theo hình lắp ghép vào thanh rack Dễ dàng nâng cấp phần cứng và phần mềm.
‒ CPU này nhóm em có sẵn, đỡ tốn chi phí mua hoặc thuê.
3: Rack gắn module của PLC SAMSUNG (Nguồn: Naver.com)
PLC SAMSUNG N70-α có 4 block chính:
Khối nguồn có nhiệm vụ biến đổi và cung cấp năng lượng cho CPU trung tâm cùng các khối làm việc khác trong cùng một rack, với điện áp đầu vào từ 110VAC đến 220VAC.
Khối CPU là bộ phận điều khiển chính, bao gồm một cổng giao tiếp chuẩn RS442 hoặc RS232, cùng với công tắc RUN_REMOVE_PROG để lựa chọn chế độ hoạt động khi thao tác trên PLC.
Chế độ RUN: chọn chế độ chạy chương trình được lưu trong bộ nhớ PLC Chế độ REMOVE: Dừng toàn bộ chương trình.
Chế độ PROG: Dùng cho việc lập trình và kết nối mô phỏng với máy tính bằng phần mềm.
PLC N70-α được trang bị các đèn chỉ thị chế độ quan trọng: Đèn RUN cho biết PLC đang hoạt động trong chế độ chạy chương trình, Đèn PROG chỉ ra rằng PLC đang ở chế độ lập trình mô phỏng với máy tính, Đèn Error cảnh báo về lỗi chương trình, Đèn Batt thông báo lỗi liên quan đến pin Cmos của PLC, và Đèn Alarm cảnh báo khi có sự cố xảy ra với một số biến nhớ.
Các khối module chức năng:
Giống như một số PLC loại khác PLC N70-α dùng RACK để nối các module chức năng với nhau như: module INPUT, module OUTPUT, module ANALOG, module
Đối với các PLC từ N70-α trở xuống, việc lập trình được thực hiện bằng phần mềm WINFPST Trong khi đó, các loại PLC thế hệ mới hơn như N70-plus, N700 Serial, NX70, và NX700 sử dụng phần mềm WINGPC để lập trình.
5: Cấu hình tốc độ truyền cho PLC
Khi kết nối PLC N70-α với máy tính, cần lưu ý rằng PLC giao tiếp qua cổng COM hoặc sử dụng USB to COM Đặc biệt, trên PLC N70-α và các PLC SAMSUNG, có công tắc chức năng để chọn tốc độ truyền, do đó cần cấu hình phần cứng tương thích với phần mềm.
Kết nối hoặc tự chế dây cáp lập trình cho PLC sử dụng giao tiếp RS232 hoặc RS422 là một quá trình đơn giản, tuân theo nguyên tắc 2-2, 3-3, 5-5 như được minh họa trong sơ đồ hình 3.6.
6: Sơ đồ nối cáp cho PLC N70-α
3.2 Thiết kế sơ đồ nối dây mô hình
3.2.1 Hệ thống cung cấp nguồn
Nguồn nuôi PLC được cấp bằng điện áp 220VAC, đồng thời cũng là nguồn cấp cho cuộn gia nhiệt.
Module PLC hoạt động với điện áp tín hiệu công nghiệp 24VDC, trong khi nguồn nuôi của Arduino được cung cấp 7VDC thông qua mạch Boost điện áp từ nguồn 24VDC Để đảm bảo cách ly và chống nhiễu giữa nguồn tải và nguồn điều khiển, tôi sử dụng một số relay trung gian để điều khiển.
7: Hệ thống cung cấp nguồn
8: Sơ đồ mạch điều khiển arduino
Mạch điều khiển Arduino sử dụng nút nhấn để nhập dữ liệu và cảm biến nhiệt để đo nhiệt độ qua bộ khuếch đại tín hiệu vào chân A0 Màn hình LCD hiển thị thông tin nhiệt độ Tín hiệu từ pin 4 điều khiển rơ le để băng gia nhiệt hoạt động khi nhiệt độ dưới 250°C và ngắt khi nhiệt độ vượt quá 255°C Đồng thời, tín hiệu từ pin 9 đóng rơ le khi nhiệt độ trên 245°C và ngắt khi dưới 245°C, đảm bảo PLC chỉ hoạt động khi nhiệt độ đủ để đốt nóng nguyên liệu.
3.2.3 Sơ đồ nối dây PLC
Thông thường, tín hiệu Input và Output từ PLC được cách ly bằng Relay cho tín hiệu Digital, hoặc bằng Opto và các module chức năng tương đương cho tín hiệu Analog Việc này không chỉ tăng khả năng chống nhiễu mà còn nâng cao hệ số làm việc an toàn cho các linh kiện trong máy.
Hinh 3 9: Sơ đồ nối dây PLC
Trong mô hình này, các tín hiệu điều khiển cấp điện áp như cuộn gia nhiệt và nguồn nuôi của bộ điều khiển được cách ly bằng relay Đối với van điều khiển và đèn báo công nghiệp 24VDC, PLC N-70α đủ khả năng đáp ứng dòng mà không cần sử dụng linh kiện cách ly, giúp tiết kiệm chi phí mà vẫn đảm bảo hoạt động hiệu quả Đối với các PLC của SAMSUNG hoặc các PLC có module tách rời, việc cấp nguồn và kết nối thiết bị cảm biến hay cơ cấu chấp hành cần chú ý đến loại nguồn tín hiệu PNP hay NPN để tránh hư hỏng cho PLC và các thiết bị liên quan.
3.3 Sơ đồ thuật toán chương trình PLC
10: Lưu đồ thuật toán chương trình PLC
3.4 Giới thiệu một số linh kiện
11: Arduino UNO R3
Một vài thông số arduino UNO
Vi điều khiển: ATmega328 họ AVR – 8 bit Điện áp hoạt động: 5 VDC
Tần số hoạt động: 16MHz Dòng tiêu thụ: 30mA Điện áp vào khuyên dung: 7-12VDC Điện áp vào giới hạn: 6-20 VDC
Dòng tối đa trên mỗi chân: 30mA
Bộ nhớ flash: 32KB SRAM: 2KB EEPROM: 1KB
3.4.2 Cảm biến D-A76H Để xác định được vị trí xylanh em dùng cảm biến D-A76H của hãng SMC hoạt động dựa rên nguyên lý cảm biến từ trường.
12: cảm biến DA76H
- Dòng điện hoạt động: 5-20mA
3.4.3 Dây cảm biến nhiệt độ NTC-100K
Cảm biến nhiệt độ NTC_100K được sử dụng để đo nhiệt độ của băng gia nhiệt với độ nhạy cao và phản ứng nhanh Thiết bị này có kích thước nhỏ, dễ lắp đặt, phạm vi nhiệt độ rộng, đồng thời đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy cao.
13: Dây cảm biến nhiệt độ NTC-100K
Hệ số công suất: mW > 5/°
Công suất định mức tối đa: 45 mW
Hằng số thời gian nhiệt: S < 7
3.4.4 Rơ le trung gian Omron MY2N
14: Rơ le trung gian Omron MY2N ( Nguồn: internet)
Rơle công suất loại nhỏ 3-5A đã được cải tiến với nhiều model dùng cho điều khiển Logic và các ứng về điều khiển công suất.
Chịu được điện áp tới 2000VAC.
Tuổi thọ cao, kích thước 36x28x21.5 mm.
Đáp ứng được yêu cầu của nhiều ứng dụng.
3.4.5 Công tắc hành trình BTN1A019
15: Công tắc hành trình ( Nguồn: internet)
Hình 2 15: Động cơ pittman 8322 (Nguồn: diendancnc.vn) Thông số kỷ thuật:
Điện áp định mức: 24 VDC
Điện áp hoạt động: 5 - 24 V DC
Tốc độ không tải ở 24V: 8,000 vòng/phút
Dòng điện không tải: 120 mA
Kích thước trục: 12 mm L x 4.0 mm
Kích thước động cơ: 51 mm L x 30 mm
Màn hình Text LCD là loại màn hình tinh thể lỏng chuyên dùng để hiển thị các ký tự theo bảng mã ASCII Các kích thước phổ biến của Text LCD bao gồm 16×1, 16×2, 16×4, 20×2, và 20×4 Trong bài viết này, tôi sẽ tập trung vào việc sử dụng màn hình 16×2.
Hình 2 16: Màn hình Text LCD 16x2
Phụ lục 1: Các tài liệu tham khảo
- Giáo trình Truyền động thủy lực và khí nén – tác giả PGS.TS Trần Xuân Tùy
- Giáo trình Điều khiển tự động - tác giả PGS.TS Trần Xuân Tùy
- Arduino Workshop – tác giả: Arduino Workshop Group.
- FARA N70-α PLC manual – SAMSUNG.com
- [1][2][3] Các số liệu tham khảo từ trang web của hiệp hội nhựa Việt Nam.
- [4] https:// www.smc.eu/smc/Net/EMC_DDBB/ce_documentation/data/attachme nts/IMM_D-A7x-A8x_TFP26GB.pdf
- [5]: https://linhkien888.vn/cam-bien-nhiet-dien-tro-ntc-100k-1-cap-dai-1m
- [6]: ( http://baoanjsc.com.vn/san-pham/ro-le-trung-gian-omron-my-gs- series-MY2N-GS-AC220-240_44062_vn.aspx
- -[7] [8] [9] [10] [11] Trích dẫn Công thức trong giáo trình Thủy lực khí nén của tác giả PGS.TS Trần Xuân Tùy
Phụ lục 2: Thiết kế mạch điều khiển bằng chu trình Carnot
1.Phân tích chu trình hoạt động của máy:
-Chu trình hoạt động của máy ép phun nhựa như sau:
Sau khi nhấn nút khởi động ,máy thực hiện : +Bước 1: XylanhA (mang tấm khuôn di động) đi vào đóng khuôn lại. Đến cuối hành trình thì dừng lại.
Trong bước 2, xylanh B kết nối với trục vít để phun nhựa vào khuôn Đồng thời, khi bước 1 kết thúc, động cơ dầu cũng được khởi động để quay trục vít Cuối hành trình, xylanh B và động cơ dầu đều dừng lại.
+Bước 3:Sau khi phun nhựa vào khuôn, xylanhB lùi ra.
+Bước 4:xylanhA lùi ra để mở khuôn.
+Bước 5: xylanh dùng để loi sản phẩm tiến vào +Bước 6: xylanh C lùi lại.
Khi bước 6 kết thúc, nếu nút khởi động vẫn còn tác dụng thì chu trình được lặp lại.Giản đồ trạng thái:
Trạng thái khởi động:a0=1,b0=1,c0=1,a1=0,b1=0,c1=0 Trong đó a0,a1,b0,b1,c0,c1 là các công tắc giới hạn hành trình cơ điện.
2.Thiết kế mạch điều khiển logic điện thủy lực:
Dựa trên mạch điều khiển điện thủy lực đã thiết kế, chúng ta sẽ tiến hành viết chương trình cho PLC N70-α, sử dụng phương pháp bảng trạng thái trong quá trình lập trình.
Từ biểu đồ trạng thái ta có các phương trình điều khiển chu trình:
Các phương trình A+ và C+ cũng như B+ và A- có sự tương đồng, điều này cho thấy rằng việc điều khiển chúng là không khả thi Để thực hiện chu trình này, cần phải bổ sung một phần tử nhớ vào hệ thống Phần tử nhớ này sẽ được SET tại một thời điểm nhất định sau khi B+ được thực hiện và phải được RESET trước khi bắt đầu chu trình mới Chúng ta sẽ xây dựng bảng trạng thái để xác định các điều kiện này.
Sữ dụng phương pháp chia miền để rút gọn các phương trình điều khiển.
Rút gọn chu trình điều khiển cho xi lanh A:
Như vậy ta có phương trình điều khiển chu trình hoạt động của xi lanh A rút gọn là:
A+ = S0.b0.c0.[ (S0=START:nút ấn khởi động tự duy trì).
Rút gọn chu trình điều khiển xi lanh B:
Phương trình xi lanh B sau khi đơn giản:
Rút gọn chu trình điều khiển xi lanh C :
Phương trình của XI-LANH C sau khi đơn giản:
C+ = a0.x C- = x Rút gọn phương trình của phần tử nhớ X:
Trước khi lập trình cho PLC, việc thiết kế mạch điều khiển bằng điện thủy lực là rất quan trọng Mạch điện thủy lực sẽ được mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng để đảm bảo tính chính xác trước khi chuyển sang lập trình PLC.
Phụ lục 3: Chương trình PLC
IO PLC Chuù thích IO PLC Chuù thích
Phụ lục 4: Chương trình Arduino
#include // Khai báo thư viện LCD I2C
#define SENSOR_PIN A0 // Định nghĩa chân cảm biến nhiệt
#define BUTTON_UP 2 // Định nghĩa phím tăng nhiệt ở pin 2
#define BUTTON_DOWN 12 // Định nghĩa phím giảm nhiệt ở pin 12
#define BUTTON_CONFIRM 7 // Định nghĩa phím Đồng Ý ở pin 7
#define BUTTON_HEAT 3 // Định nghĩa phím PAUSE ở pin 8
#define OUT_HEAT 4 // Định nghĩa chân relay ở pin 4
The code snippet defines a control system for a temperature-regulated device using an LCD display It initializes the output pin for the screw rotation and sets the desired temperature to 25°C, while the current temperature starts at 20°C A temporary variable is introduced to hold a value of 250, and a fix variable is initialized to correct any temperature discrepancies The system includes a boolean flag for editing settings and variables for heating control, a counter, and a timer The setup function is prepared for further implementation.
} if (digitalRead(BUTTON_HEAT) != LOW) { if (digitalRead(BUTTON_UP) == LOW) {
} if (digitalRead(BUTTON_DOWN) == LOW) {
} if (digitalRead(BUTTON_CONFIRM) == LOW) {
} // So sánh nhiệt độ đo được và nhiệt độ cài đặt if ((SettingTemperature >= CurrentTemperature + 5)) // Khống chế thời gian đóng cắt heating không quá nhanh
{ digitalWrite(OUT_HEAT, HIGH); //Đóng relay nhiệt delay(100); // Chống rung relay nhiệt
} if ((SettingTemperature 100000) { lcd.setCursor(11, 0); lcd.print(" "); lcd.setCursor(11, 0); lcd.print(SettingTemperature);
} } } else { // nếu BUTTON_HEAT được nhấn while ((BUTTON_CONFIRM) != LOW) { heat_power(); delay(300); if (digitalRead(BUTTON_CONFIRM) == LOW) { break;
} } } } // Hiển thị màn hình khởi đđđộng void InitLCD()
{ Temp_Sensor(); lcd.begin(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("T cai dat:"); lcd.setCursor(11, 0); lcd.print(SettingTemperature); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("T hien tai:"); lcd.setCursor(11, 1); lcd.print(CurrentTemperature);
} // Hiển thị màn hình làm việc void UpdateLCDValue() {
Temp_Sensor(); lcd.setCursor(11, 0); lcd.print(" "); lcd.setCursor(11, 0); lcd.print(TemporaryTemperature);
Serial.println(TemporaryTemperature); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("T hien tai:"); lcd.setCursor(11, 1); lcd.print(CurrentTemperature);
Serial.println(CurrentTemperature); if (CurrentTemperature < 100) { lcd.print(" ");
} } // Khai báo PIN Arduino void InitIO()
In the setup process, the BUTTON_UP, BUTTON_DOWN, and BUTTON_CONFIRM pins are configured as input with pull-up resistors to ensure stable readings The OUT_HEAT and OUT_PLC pins are set as outputs to control heating and PLC operations, while the BUTTON_HEAT pin is also configured as an input with a pull-up resistor Additionally, the SENSOR_PIN is designated as an input to monitor sensor data.
} // Hàm đo nhiệt độ void Temp_Sensor() { unsigned int reading = analogRead(SENSOR_PIN); unsigned int temp = map(reading, 0, 1023, 400, 0); temp = (int (temp - fix));
} // Hàm điều khiển nhiệt bằng tay void heat_power()
{ if (digitalRead(BUTTON_HEAT) == LOW) { heat = digitalRead(OUT_HEAT); heat = !heat; digitalWrite(OUT_HEAT, heat) ; delay(100);