Với đề tài: “Chế tạo hệ thống điều khiển cho đầu uốn ống nhiều bậc tự do” mang mục tiêu chế tạo một hệ thống điều khiển đơn giản, dễ dàng sử dụng , hiện đại và có thể điều chỉnh tốc độ v
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO ĐẦU UỐN ỐNG NHIỀU BẬC TỰ DO GVHD: ThS TRẦN THÁI SƠN SVTH: VÕ TÍN ĐẠT PHAN TRUNG ĐỨC NGUYỄN VÕ HỒNG TIẾN SKL010908 Tp Hồ Chí Minh, Tháng năm 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO ĐẦU UỐN ỐNG NHIỀU BẬC TỰ DO” Giảng viên hướng dẫn: ThS TRẦN THÁI SƠN Sinh viên thực hiện: VÕ TÍN ĐẠT MSSV: 19143106 PHAN TRUNG ĐỨC MSSV: 19147068 NGUYỄN VÕ HỒNG TIẾN MSSV: 19143182 Lớp: 19143CL2B Khóa: 2019 - 2023 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Bộ môn công nghệ chế tạo máy NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ 2/ năm học 2022-2023 Giảng viên hướng dẫn: ThS Trần Thái Sơn Sinh viên thực hiện: Võ Tín Đạt MSSV: 19143106 Điện thoại: 0338787437 Phan Trung Đức MSSV: 19147068 Điện thoại: 0355506926 Nguyễn Võ Hồng Tiến MSSV: 19143182 Điện thoại: 0902460881 Mã số đề tài: 22223DT251 Tên đề tài: Chế tạo hệ thống điều khiển cho đầu uốn ống nhiều bậc tự Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Mơ hình máy uốn ống trục - Mạch điều khiển máy uốn ống trục Nội dung đồ án: - Tổng quan hệ thống điều khiển cho máy uốn ống - Các chi tiết hệ thống điều khiển - Lắp ráp cụm điều khiển - Thử nghiệm tổng hợp kết - Viết báo cáo Các sản phẩm dự kiến - Mơ hình hệ thống điều khiển cho đầu uốn ống nhiều bậc tự - Báo cáo tổng hợp Ngày giao đồ án: 15/03/2023 Ngày nộp đồ án: 15/07/2023 i Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh Tiếng Việt Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Việt TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Được phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên) ii LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Chế tạo hệ thống điều khiển cho đầu uốn ống nhiều bậc tự - GVHD: ThS Trần Thái Sơn - Họ tên sinh viên: Võ Tín Đạt - MSSV: 19143106 - Địa sinh viên: 42 Đường số 7, Bình Đường 2, An Bình, Dĩ An, Bình Dương - Số điện thoại liên lạc: 0338787437 - Email: 19143106@student.hcmute.edu.vn - Họ tên sinh viên: Phan Trung Đức - MSSV: 19147068 - Địa sinh viên: 42 Đường số 7, Bình Đường 2, An Bình, Dĩ An, Bình Dương - Số điện thoại liên lạc: 0355506926 - Email: 19147068@student.hcmute.edu.vn - Họ tên sinh viên: Nguyễn Võ Hồng Tiến - MSSV: 19143182 - Địa sinh viên: 4/4, đường 12, KP1, P Cát Lái, TP Thủ Đức, TP.HCM - Số điện thoại liên lạc: 0902460881 - Email: 19143182@student.hcmute.edu.vn - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 15/07/2023 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi Lớp: 19143CL2B Lớp: 19143CL2B Lớp: 19143CL2B xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày… Tháng … Năm 2023 Ký tên iii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tri ân sâu sắc với thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, đặc biệt quý thầy cô môn khoa Đào tạo Chất lượng cao tạo điều kiện tốt để chúng em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Thái Sơn hướng dẫn, bảo tận tình để chúng em hồn thành đồ án Thầy giúp chúng em hiểu biết thêm tiếp cận thông tin mới, đưa sáng kiến mang tính thực tế để thực hồn thành đồ án tốt nghiệp Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Thầy Phạm Sơn Minh, thầy Trần Minh Thế Un Thầy Huỳnh Đỗ Song Tồn có nhiều công việc dành thời gian để theo dõi góp ý, chỉnh sửa để sản phẩm chúng em hồn thiện Trong q trình thực đồ án tốt nghiệp mình, nhóm chắn cịn nhiều sai sót kính mong q thầy bỏ qua Đồng thời, với kiến thức kinh nghiệm cịn hạn chế chúng em xin đóng góp từ quý thầy cô để đồ án chúng em hồn thiện Cuối nhóm xin cảm ơn bạn bè gia đình ln bên cạnh động viên đồng hành chúng em suốt năm học vừa qua Sinh viên thực Võ Tín Đạt Phan Trung Đức Nguyễn Võ Hồng Tiến iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO ĐẦU UỐN ỐNG NHIỀU BẬC TỰ DO Ngày nay, hệ thống máy uốn ống CNC phát triển rộng rãi thị trường với nhiều sản phẩm uốn đa dạng chất lượng cao Với đề tài: “Chế tạo hệ thống điều khiển cho đầu uốn ống nhiều bậc tự do” mang mục tiêu chế tạo hệ thống điều khiển đơn giản, dễ dàng sử dụng , đại điều chỉnh tốc độ điều chỉnh góc độ khác ống với chất liệu Inox304 Phương án nhóm thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng động servo kết nối với điều khiển driver, động điều khiển việc nghiêng đầu uốn đến góc độ khác để tiến hành tạo biên dạng uốn cho ống, động lại tiến hành việc đẩy ống đến đầu uốn Giới hạn đề tài điều khiển máy uốn ống inox 304 với bán kính ống ∅10 với độ dày thành ống 0.3 mm phải đảm bảo lắp đặt hệ thống dừng an toàn máyđể tránh hư hỏng máy Sau tháng thực đề tài, nhóm em đạt kết sau: - Hoàn thành việc phác thảo sơ đồ mạch điện để tiến hành đấu nối điện - Lắp đặt đấu nối tủ điện hoạt động ổn định - Viết code lập trình hoạt động cho máy - Thiết kế hình cảm ứng dễ sử dụng tối ưu việc điều khiển vận hành máy - Thiết lập thông số vận hành máy theo mục tiêu đề ban đầu nhóm Sinh viên thực Võ Tín Đạt Phan Trung Đức Nguyễn Võ Hồng Tiến v ABSTRACT MANUFACTURING A CONTROL SYSTEM FOR PIPE BENDING HEADS WITH MANY DEGREES OF FREEDOM Today, CNC pipe bending machine systems have been widely developed in the market with a wide variety of high-quality bending products With the topic: "Manufacturing a control system for pipe bending heads with many degrees of freedom" with the goal of making a control system that is simple, easy to use, modern and can adjust the speed and can adjust all different angles of the pipe with 304 stainless steel material The team's plan is to design a control system using servo motors connected to driver controllers, in which motors will control the tilting of the bending head to different angles to proceed with the production produce the bending profile for the pipe, and the remaining motor will push the pipe to the bending end The limitation of the topic is how to control the 304 stainless steel pipe bending machine with a pipe radius of ∅10 with a wall thickness of 0.3 mm and must ensure the installation of safety stopping systems on the machine to avoid damage to the machine After months of implementing the project, the group has achieved the following results: - Complete the sketch of the circuit diagram to conduct the electrical connection - Install and connect electrical cabinets to operate stably - Write programming code to operate the machine - Design an easy-to-use touch screen and optimize machine operation control - Set parameters and operate the machine according to the group's initial goals vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN v MỤC LỤC vii DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC SỞ ĐỒ, HÌNH VẼ xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu đồ án 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 1.6 Kết cấu khoá luận tốt nghiệp CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu 2.2 Đặc tính hệ thống điều khiển mơ hình đầu uốn ống nhiều bậc tự 2.3 Kết cấu hệ thống điều khiển mơ hình đầu uốn ống nhiều bậc tự 2.4 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 2.4.1 nghiên cứu nước: 2.4.2 Các nghiên cứu nước: 2.5 Các tồn thiết kế hệ thống điều khiển đầu uốn ống nhiều bậc tự 2.5.1 Các tồn có 2.5.2 Phương hướng giải CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Cơ sở lý thuyết công nghệ uốn kim loại 3.1.1 Khái niệm uốn 3.1.2 Lịch sử phát triển máy uốn ống 3.1.3 Vật liệu phôi uốn ống 3.1.4 Các phương pháp uốn phổ biến 10 vii 3.1.5 Những kiện cần lưu ý thiết lập phép uốn 14 3.1.6 Các lỗi thường gặp uốn ống tròn: 15 3.2 Tổng quan máy uốn ống 16 3.2.1 Máy uốn ống thủ công 16 3.2.2 Máy uốn ống CNC 19 3.3 Cơ sở lý thuyết thiết kế hệ thống điều khiển đầu uốn ống nhiều bậc tự 20 3.3.1 Giới thiệu giao thức CANOpen 20 3.3.2 Các ứng dụng giao thức CANopen bao gồm 24 3.2.3 Nguyên lý poin to point 24 3.4 Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển cho đầu uốn ống nhiều bậc tự 25 CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP VỀ PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN CHO ĐẦU UỐN NHIỀU BẬC TỰ DO 27 4.1 Yêu cầu đề tài 27 4.2 Phương hướng giải pháp thực điều khiển 27 4.2.1 Phương án 27 4.2.2 Phương án 29 4.3 Lựa chọn phương án 29 4.4 Trình tự cơng việc tiến hành 29 CHƯƠNG 5: TÍNH CHUYỂN ĐỘNG, LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 32 5.1 Tính tốn chuyển động: 32 5.1.1 Tỉ số truyền cho truyền xích (bộ đẩy ống): 32 5.1.2 Tỉ số truyền cho truyền vít me (bộ dịch chuyển Hexapod): 32 5.2 Các thiết bị hệ thống 33 5.2.1 Động 33 5.2.2 Driver: 36 5.2.3 Nguồn: 40 5.2.4 PLC: 41 5.2.5 Màn hình HMI: 43 5.2.6 Thiết bị đóng cắt tự động (aptomat): 45 5.2.7 Cơng tắc hành trình: 47 5.2.8 Nút nhấn: 48 5.3 Thiết kế hệ thống điện 49 5.3.1 Sơ đồ hệ thống điện 49 5.4 Thiết kế hệ thống điều khiển 53 5.4.1 Thiết kế hệ thống điều khiển hình: 53 5.4.2 Lập trình hệ thống điều khiển: 57 5.4.3 Viết chương trình điều khiển 61 viii • Phạm vi S1 1–8 (đối với servo) Sẽ không thực thi giá trị đầu vào nằm ngồi phạm vi • Phạm vi S2 1–20000 Đơn vị: 0,1 vịng/phút • Phạm vi S3 1–5000 Đơn vị: 0,1 vịng/phút • Lệnh DMOV : lệnh truyền liệu với S nguồn liệu (Data source) D đích đến liệu (Data destination) Đoạn chương trình điều khiển trục động lúc: Hình 5.30 Đoạn chương trình điều khiển trục động lúc Trong đó: • DDRVAC: câu lệnh cấp xung theo vị trí tuyệt đối cho động • Lệnh MOV : lệnh truyền liệu với S nguồn liệu (Data source) D đích 63 đến liệu (Data destination) • Vịng qt chương trình PLC thực theo quy luật từ xuống, từ trái qua phải - Đoạn chương trình điều khiển trục 1,2,3,4,5,6 Z theo ý muốn: (a) (b) (c) (d) 64 (e) (f) (g) Hình 5.31 (a),(b),(c),(d),(f),(g): Các đoạn code PLC điều khiển trục 1,2,3,4,5,6,Z Ở trục 1,2,3,4,5,6 ta nhập tốc độ S2 khoảng [-90000,90000], trục Z tốc độ uốn ống đầu tùy thuộc vào người vận hành canh chỉnh cho hợp lí nhập vào hình hiển thị HMI Tốc độ lui Z- không ảnh hưởng thiết lập sẵn cơng tắc hành trình nên ta chọn giá trị ngẫu nhiên cho phù hợp với suất thời gian 65 CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM 6.1 Cấu tạo đầu uốn ống Hexapod - Cấu tạo thiết kế 3D Hình 6.1 Mô 3D cấu uốn ống Hexapod - Cấu tạo thực tế Hình 6.2 Cơ cấu uốn ống Hexapod thực tế 66 6.2 Thử nghiệm động đẩy ống Hình 6.3 Mơ 3D cấu đẩy ống gồm động đẩy truyền xích Hình 6.4 Cơ cấu đẩy ống gồm động đẩy truyền xích - Đưa ống vào hệ thống đẩy cho động chạy thử với điều kiện khơng có đầu uốn ống - Kết cho động chạy đều, trơn tru, không cấn vấp Ống đẩy theo yêu cầu, không xảy tượng cong vênh 67 6.3 Thử nghiệm trục động Hình 6.5 Thử nghiệm động điều kiện độc lập (chưa gắn đầu uốn ống) - Với 49,6 vòng động bánh bị dẫn quay vịng tương ứng với trục vít me (M20x5) gắn vào bánh bị dẫn quay vịng hay tịnh tiến 5mm Nên để trục vít me tịnh tiến 1mm động phải quay 9,92 vòng - Thử nghiệm quay trục động với tốc độ 50mm/phút, điều kiện chưa lắp ráp mặt đầu uốn để phát lỗi khoảng chạy vít me thước quang Thu kết trục hoạt động trơn tru, khoảng chạy trục vít me thước quang lớn 50mm (lớn yêu cầu đề từ đầu) 6.4 Thử nghiệm động với đầu uốn ống Hình 6.6 Thử nghiệm động điều kiện gắn đầu uốn ống 68 Động thử nghiệm với chương trình cụ thể, động hoạt động có liên quan - với theo quy luật xác định - Kết đạt ống có nhiều góc độ khác tùy theo góc bề mặt uốn - Để đánh giá ổn định máy ta cần tiến hành gia công uốn phơi nhiều hình dạng khác nhau, từ ta đánh giá cách khách quan khả hoạt động máy Để kiểm tra độ xác máy ta thực gia cơng phơi inox ∅ 10 mm dài 1m - Từ kiểm tra kích thước cung trịn vừa gia cơng để kiểm tra độ xác máy Mục đích dùng phơi inox ống inox vật liệu phổ biến, dễ dàng tìm mua inox hợp kim có tính tương đối phù hợp với cơng nghệ uốn Máy chạy thử nghiệm phơi - inox có mac inox 304 Bảng 6.1 Bảng tính inox 304 Mác inox 304 Độ bền kéo đứt Giới hạn chảy Độ dãn dài tương đối N/mm2 N/mm2 % 1150 80 25 Bảng 6.2 Sản phẩm sau uốn STT Các dạng đầu uốn ống 69 Kết 70 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ KẾT LUẬN Thơng qua q trình thực ĐATN, nhóm hồn thành u cầu đề tổng hợp báo cáo theo format với đầy đủ hình thức nội dung, bao gồm tính cấp thiết, mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài Nhìn chung, nội dung ĐATN hồn thành vấn đề sau: • Ứng dụng kiến thức tốn học, khoa học kỹ thuật khoa học xã hội thể từ việc lựa chọn đề tài điều khiển đầu uốn ống nhiều bậc tự sử dụng cấu chân (Hexapod), tới việc lựa chọn phương án điều khiển sử dụng giao thức CANopen với nguyên lý point to point • Thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá thể việc phân tích cách hoạt động đầu uốn ống Hexapod Từ thiết lập chương trình điều khiển qua phần mềm ISPSoft thiết lập hình điều khiển qua phần mềm DOPSoft hoàn tất việc đổ chương trình vào servo Kiểm nghiệm độ cong ống thích hợp phù hợp với yêu cầu mong muốn xác việc điều khiển • Vấn đề chế tạo hệ thống điều khiển cho cấu, nhóm đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế thể việc điều khiển thành công trục dẫn nối với mặt đầu uốn ống cách nhập tọa độ di chuyển cho trục cụ thể • Khả cải tiến phát triển thể việc sử dụng hệ thống điều khiển CNC cho đầu uốn ống nhiều bậc tự Từ máy tối ưu hóa để hoạt động nhanh Máy cải tiến cách thêm tính mới, tăng cường khả xử lý cung cấp chức mà khơng có phiên trước • Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành thể việc lắp đặt phần cứng cho chương trình điều khiển, lập trình PLC, lập trình đoạn code điều khiển hệ thống thiết lập hình HMI làm cho giao tiếp người sử dụng hệ thống trở nên đơn giản Với sau trình thực đề tài này, kết đạt được ứng dụng việc làm tư liệu học tập cho sinh viên mơ hình uốn ống Hexapod, đưa công nghệ uốn ống phát triển sử dụng ngày Cuối cùng, trình thực đề tài đạt sản phẩm cụ thể sau: • Một hệ thống điều khiển tương đối hồn chỉnh với điều khiển thiết lập sẵn bên trong, thể hình điều khiển tủ điện bao gồm nút nhấn với chức cụ thể liên kết với hệ thống thơng qua phần mềm chun 71 dụng • Các sản phẩm uốn với đa dạng góc độ mà máy uốn tiền nhiệm làm ĐỀ NGHỊ ❖ Đề xuất: Để hoạt động trơn tru cần trình thực nghiệm nâng cấp phận hệ thống điều khiển để hoạt động tốt đạt suất tăng cao ❖ Hướng phát triển: ➢ Máy uốn ống phát triển thị trường nhu cầu cơng nghiệp hóa đại hóa nước ngày tăng, việc sử dụng máy uốn ống CNC áp dụng cơng nghệ điều khiển hình cảm ứng đại dễ sử dụng sản phẩm có tiềm tương lai cải tiến sau tính tốn cho tối ưu mặt kinh tế để sản phẩm có giá thành cạnh tranh ➢ Đặt thêm cảm biến máy để giúp người dùng canh chỉnh lại tọa độ mà họ mong muốn trường hợp bị điện hay nhớ bị reset ➢ Thiết kế thêm chức recipe điều khiển để lưu trữ thông số uốn khách hàng trước mà khơng phải nhập lại khách có u cầu uốn thêm ➢ Tiếp tục nghiên cứu hệ thống điều khiển với quan hệ điều khiển chân, để từ hồn thiện hệ thống máy uốn ống nhiều bậc tự 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO ThS Nguyễn Văn Thành, ThS Nguyễn Trường Giang, Giáo Trình Công Nghệ Uốn NC, Nhà Xuất Bản Lao Động Xã Hội 2007 Ngô Diên Tập, Đo Lường Và Điều Khiển Bằng Máy Tính, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội 2002 ManualsLib, DVP-ES3 SeriesOperation Manual, link https://www.manualslib.com/manual/1987605/Delta-Dvp-Es3-Series.html, 7/2023 CANopen Technical Guide, CANopen for ASDA-A2_M_EN_20120920, link https://deltronics.ru/images/manual/ASD_A2-CANopen_UM_EN_20120921.pdf, 7/2023 Delta Electronics, Delta AC Servo Drive & Motor ASDA-A2 Series, link http://iacommunication.deltaww.com/download/catalogue/2.Motion/ASDAA2/DELTA_IA-ASDA_ASDA-A2_C_EN_20211015.pdf, 7/2023 Delta Electronics, Delta AC Servo Drive & Motor ASDA-B2 Series, link https://filecenter.deltaww.com/Products/download/06/060201/Catalogue/DELTA_IAASDA_ASDA-B2_C_EN_20200817_Web.pdf, 7/2023 Delta Electronics, ISPSoft User Manual, link https://filecenter.deltaww.com/Products/download/06/060303/Manual/DELTA_IAPLC_ISPSoft_UM_EN_20210329.pdf, 7/2023 73 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Bản vẽ mạch động lực 74 Phụ lục 2: Bản vẽ mạch điều khiển PLC 75 Phụ lục 3: Bản vẽ đấu dây servo 76 S K L 0