Nhìn chung, chúng sử dụng kết hợp máy móc, robot, hệ thống máy tính và phần mềm điều khiển để tự động hóa các giai đoạn sản xuất khác nhau, giảm sự can thiệp của con người và tăng hiệu q
GIỚI THIỆU CHUNG
Dây chuyền sản xuất tự động bao gồm nhiều loại máy móc hoạt động hoàn toàn tự động, thực hiện các quy trình theo trình tự đã được lập trình sẵn Những hệ thống này được điều khiển và giám sát bởi con người, đảm bảo hiệu quả và độ chính xác trong sản xuất.
Hình 1.1 Dây chuyền sản xuất hộp giấy tự động
Trong dây chuyền sản xuất tự động, quá trình tạo ra thành phẩm trải qua nhiều công đoạn, mỗi công đoạn thực hiện một nhiệm vụ nhất định Để đảm bảo sản xuất diễn ra liên tục, nhanh chóng và hiệu quả, việc vận chuyển bán thành phẩm giữa các công đoạn cần đáp ứng tiêu chí về thời gian, số lượng và độ chính xác Trước đây, công việc này do công nhân thực hiện trong dây chuyền bán tự động, nhưng việc chuyển sang sản xuất tự động đã thay thế con người bằng máy móc, mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc tăng năng suất và giảm chi phí Hệ thống vận chuyển tự động thường bao gồm các thiết bị như động cơ truyền động, băng tải, và các động cơ chính xác cao như servo hoặc động cơ step, bên cạnh đó còn có truyền động khí nén như xy lanh.
MỘT SỐ MÔ HÌNH TỰ ĐỘNG VẬN CHUYỂN SẢN PHẨM TRONG CÔNG NGHIỆP HIỆN NAY
TỰ ĐỘNG VẬN CHUYỂN SẢN PHẨM BẰNG HỆ THỐNG BĂNG TẢI
Băng tải đã tồn tại lâu dài trong các ngành công nghiệp sản xuất, được biết đến như một phương tiện vận chuyển sản phẩm hiệu quả và đơn giản Hệ thống băng tải ngày nay đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất hiện đại, giúp nâng cao năng suất, giảm chi phí, và cải thiện an toàn cũng như tính linh hoạt trong sản xuất Do đó, băng tải là một phần thiết yếu không thể thiếu trong hệ thống sản xuất hiện tại.
Hình 1.2 Mô hình vận chuyển bằng hệ thống băng tải Một số loại băng tải được sử dụng trong sản xuất hiện nay
• Băng tải cao su: chịu được nhiệt, sức tải lớn
• Băng tải xích: Dùng cho loại tải dạng chai, sản phẩm cần độ ổn định vững chắc
• Băng tải đứng: Dùng trong những trường hợp cần vận chuyển hàng hóa theo phương thẳng đứng
• Băng tải PVC: Rất thông dụng, dùng cho tải nhẹ
3 Ưu điểm của hệ thống băng tải
Nhược điểm của hệ thống băng tải
Cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích
Vì quá đơn giản nên sẽ hạn chế về mặt tính năng, không thực hiện được những nhiệm vụ vận chuyển có độ khó cao
TỰ ĐỘNG VẬN CHUYỂN SẢN PHẨM BẰNG CÁNH TAY ROBOT
Robot công nghiệp là những thiết bị tự động được sử dụng trong sản xuất để thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại với độ chính xác cao Chúng thường được lập trình để thực hiện các công việc như gắn ráp, hàn, sơn và bốc xếp hàng hóa Với khả năng vận chuyển sản phẩm hiệu quả, robot công nghiệp không chỉ mang lại độ chính xác cao mà còn có tốc độ làm việc nhanh, khả năng chịu tải nặng và thích ứng tốt với nhiều môi trường sản xuất khác nhau.
Hình 1.3 Vận chuyển sản phẩm bằng cánh tay robot
Về ưu điểm của cánh tay robot
Cải thiện chất lượng sản phẩm
Giảm chi phí vận hành
Nâng cao tính linh hoạt
Một số hạn chế của cánh tay robot
Robot đòi hỏi người vận hành và thiết lập phải có kiến thức chuyên môn cao, thành thạo lập trình
Vì cấu tạo hiện đại và phức tạp nên khi gặp lỗi rất khó để sửa chữa tức thì
Giá thành rất cao, thường ứng dụng trong các ngành sản xuất lớn
Chi phí vận hành và bảo dưỡng lớn
Phạm vi vận chuyển giới hạn được thiết kế theo chiều dài của cánh tay robot
SỬ DỤNG ROBOT TỰ HÀNH TRONG VẬN CHUYỂN SẢN PHẨM
Robot tự hành là phương tiện vận chuyển tự động, giúp di chuyển hàng hóa, thành phẩm và nguyên vật liệu đến các khu vực sản xuất hoặc địa chỉ đã được lập trình sẵn Chúng sử dụng công nghệ dẫn đường hiện đại, thường được áp dụng trong các nhà máy sản xuất tự động và kho thông minh.
Hiện nay, việc ứng dụng robot tự hành trong các nhà máy sản xuất quy mô lớn để vận chuyển hàng hóa đã mang lại hiệu quả kinh tế cao nhờ vào tính năng thông minh và linh hoạt của chúng.
Hình 1.4 Robot tự hành vận chuyển hàng hóa Ưu điểm của robot tự hành
Giảm chi phí lao động
Đảm bảo môi trường lao động an toàn Do được trang bị nhiều cảm biến và được trang bị trí tuệ nhân tạo
Tăng độ chính xác và tăng năng suất
Phạm vi vận chuyển rộng
Một số nhược điểm của robot tự hành
Mặc dù hiện đại nhưng robot tự hành hoạt động theo chương trình được cài sẵn mang tính lặp lại, chưa thể phán đoán và thay thế con người
Trong môi trường làm việc nhiều bụi bẩn sẽ làm giảm hiệu quả của robot do các cảm biến bị che mất
Phạm vi hoạt động rộng dẫn đến tốn nhiều diện tích kho bãi
ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ CÓ ĐỘ CHÍNH XÁC CAO KẾT HỢP HỆ THỐNG KHÍ NÉN ĐỂ VẬN CHUYỂN SẢN PHẨM
Hiện nay, nhiều ngành công nghiệp sản xuất đang áp dụng mô hình động cơ điện chính xác cao kết hợp với hệ thống khí nén để vận chuyển sản phẩm trong dây chuyền sản xuất tự động Mô hình này có độ chính xác gần như cánh tay robot nhưng chi phí thấp hơn, dễ dàng lắp đặt tùy theo yêu cầu công nghệ Thường được sử dụng cho các sản phẩm nhẹ và không yêu cầu tải nặng, mô hình này thích hợp cho dây chuyền sản xuất có quãng đường vận chuyển ngắn Động cơ servo, được chế tạo chuyên biệt cho độ chính xác, là lựa chọn hàng đầu cho chuyển động chính trong mô hình vận chuyển, và được nhiều kỹ sư thiết kế cho các doanh nghiệp sản xuất hiện nay.
Mô hình động cơ servo kết hợp với hệ thống xy lanh khí nén mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm độ chính xác cao với chi phí hợp lý Hệ thống này có tính ổn định tốt, cho phép người thiết kế tùy biến lắp đặt và thiết bị theo yêu cầu công nghệ và ngân sách Ngoài ra, việc sửa chữa và bảo dưỡng mô hình này cũng đơn giản hơn so với cánh tay robot.
Mặc dù hệ thống vận hành đơn giản, nhưng yêu cầu người điều khiển cần có kiến thức chuyên môn để đảm bảo hoạt động ổn định Tiếng ồn do khí nén phát ra có thể ảnh hưởng đến môi trường làm việc Hệ thống này chưa đạt độ chính xác tuyệt đối như cánh tay robot và chỉ phù hợp với các tải nhẹ, do đó không thể áp dụng cho những ngành sản xuất yêu cầu tải nặng.
PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ
BÀI TOÁN CÔNG NGHỆ
Hình 1.3 Mô hình công nghệ
Để khởi động hệ thống băng tải, người vận hành cần cấp nguồn và mở nút dừng khẩn cấp cho 5 động cơ dẫn động Đầu tiên, nhấn nút Reset để tất cả các cơ cấu về đúng vị trí sẵn sàng làm việc Hệ thống có hai chế độ hoạt động: chế độ tự động và chế độ thủ công Để chuyển sang chế độ tự động, nhấn nút Start; để vào chế độ thủ công, chọn chế độ trên màn hình HMI Động cơ Đ1 sẽ vận chuyển phôi gỗ đến vị trí có cảm biến X30 Khi phôi gỗ đã đúng vị trí, động cơ servo trục x,y sẽ di chuyển để đưa xy lanh có giác hút đến phôi gỗ và sau đó đưa phôi vào khay chứa Quá trình này tiếp tục cho đến khi khay chứa đủ phôi gỗ, sau đó động cơ servo trục x,y dừng lại để động cơ servo trục z đưa khay chứa phôi.
Hệ thống băng tải được điều khiển bởi động cơ Đ4 giúp di chuyển khay ra ngoài Khi khay đã ra ngoài, cảm biến X36 kích hoạt động cơ servo trục Z nâng khay lên Khay chứa được đưa vào từ bên ngoài thông qua băng tải do hai động cơ Đ3 và Đ2 điều khiển, đến vị trí sẵn sàng chứa phôi với sự tác động của cảm biến X35 Nếu khay ở vị trí X35 hoặc bàn đế đỡ khay không ở vị trí thích hợp, xy lanh B và xy lanh C sẽ hoạt động để chặn khay không cho đi vào.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN HỆ TRUYỀN ĐỘNG
Các hệ truyền động đóng vai trò quan trọng trong nhiều thiết bị, dây chuyền và công nghệ sản xuất, được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện nay Có ba loại truyền động chính được sử dụng phổ biến.
Truyền động khí nén, thủy lực
Từ bài toán công nghệ ta đi tìm hiểu về 2 loại truyền động chính trong hệ thống đó là truyền động khí nén và truyền động điện
2.1.1 TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN
Các thiết bị truyền động khí nén chuyển đổi năng lượng khí nén thành chuyển động, hoạt động tương tự như thiết bị truyền động thủy lực Trong quá trình truyền động khí nén, không khí được nén với áp suất cao và tác động vào piston, tạo ra chuyển động.
Chuyển động của piston là yếu tố chính trong việc chuyển đổi năng lượng khí nén thành chuyển động quay hoặc thẳng, tùy thuộc vào cơ cấu kết nối Thiết bị chuyển động khí nén mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tính đơn giản, độ bền, dễ lắp đặt và an toàn.
Một số ứng dụng phổ biến của loại thiết bị này là: kẹp gắp, xilanh khí nén, cơ nhân tạo, máy tạo chân không,…
Hình 2.1 Cấu tạo của xylanh khí nén
Bộ truyền động khí nén có một số hạn chế, bao gồm lực tác dụng và năng suất chưa cao, đồng thời độ bền cũng không đạt yêu cầu so với các thiết bị truyền động khác.
Thiết bị truyền động thủy lực là lựa chọn phổ biến cho các công việc nặng nhọc trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, hàng hải, giao thông vận tải và công nghiệp quân sự.
Các thiết bị thủy lực hoạt động bằng cách sử dụng chất lỏng thủy lực không nén được và được điều áp tối đa để tối ưu hóa hiệu suất Thiết bị truyền động thủy lực có thể tạo ra chuyển động thẳng, quay hoặc dao động với lực mạnh mẽ.
Nhược điểm lớn nhất của hệ thống truyền động thủy lực là rò rỉ dầu, gây ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động Lọt air, hay khả năng thẩm thấu không khí qua các mẫu cửa kín, là điều không thể chấp nhận trong hệ thống này Bên cạnh đó, dầu bẩn cũng ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu quả làm việc Ngoài ra, chi phí đầu tư ban đầu và yêu cầu bảo trì cao cũng là những yếu tố cần cân nhắc khi sử dụng hệ thống truyền động thủy lực.
2.1.2.1 ĐỊNH NGHĨA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Hệ truyền động điện là một hệ thống bao gồm nhiều thiết bị và phần tử điện - cơ, có chức năng chuyển đổi điện năng thành cơ năng và ngược lại Hệ thống này cung cấp năng lượng cho các cơ cấu làm việc trên máy sản xuất, đồng thời cho phép điều chỉnh dòng năng lượng theo yêu cầu công nghệ của quá trình sản xuất.
2.1.2.2 CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Cấu trúc chung của hệ truyền động điện bao gồm hai phần chính:
Là bộ biến đổi và động cơ truyền động
Bộ biến đổi phổ biến bao gồm máy điện như máy phát một chiều, máy phát xoay chiều và máy điện khuếch đại, cùng với các thiết bị điện từ như khuếch đại từ và cuộn kháng bão hòa.
12 bộ biến đổi điện tử (chỉnh lưu thyristor, bộ điều áp một chiều, biến tần transistor, thyristor)
* Động cơ điện: động cơ một chiều, xoay chiều đồng bộ, không đồng bộ và các loại động cơ điện đặc biệt khác,…
Bài viết đề cập đến các cơ cấu đo lường và bộ điều chỉnh tham số cùng với công nghệ điều khiển, bao gồm cả thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ cho quy trình công nghệ và người vận hành Ngoài ra, một số hệ truyền động còn tích hợp mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác trong dây chuyền sản xuất.
2.1.2.3 PHÂN LOẠI HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Hệ truyền động điện là một tập hợp các thiết bị điện, điện tử, cơ và thủy lực, giúp biến đổi điện năng thành cơ năng cho các cơ cấu chấp hành trong máy sản xuất Hệ thống này còn cho phép điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu công nghệ của máy Đặc biệt, động cơ một chiều là một phần quan trọng trong hệ truyền động điện, đóng vai trò then chốt trong việc cung cấp năng lượng cho các ứng dụng công nghiệp.
Hình 2.3 Cấu trúc chung của hệ truyền động động cơ điện một chiều
Bộ biến đổi (BBĐ) là thiết bị quan trọng trong việc chuyển đổi dòng điện, bao gồm việc biến đổi xoay chiều thành một chiều và ngược lại, cũng như thay đổi nguồn điện từ nguồn áp sang nguồn dòng BBĐ còn có khả năng điều chỉnh mức điện áp và dòng điện, số pha và tần số Một số thiết bị BBĐ phổ biến bao gồm máy phát điện, hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ), các chỉnh lưu có và không điều khiển, cùng với các bộ biến tần Động cơ điện một chiều là một trong những ứng dụng chính của BBĐ, chuyển đổi điện năng thành cơ năng.
Động cơ điện là thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng, với đầu vào là hiệu điện thế và cường độ dòng điện, và đầu ra là momen và tốc độ Các loại động cơ điện một chiều bao gồm: động cơ kích từ độc lập, động cơ kích từ nối tiếp, động cơ kích từ song song và động cơ kích từ hỗn hợp Đo lường (ĐL) là các khâu có chức năng biến đổi tín hiệu đầu ra thành dạng điện áp hoặc dòng điện tương ứng với tín hiệu đặt và có giá trị tỉ lệ với đại lượng điều chỉnh đầu ra.
R: Là bộ điều chỉnh nhận tín hiệu thông báo các sai lệch về trạng thái làm việc của hệ thống tự động thông qua việc so sánh giữa tín hiệu đặt THĐ và tín hiệu đo lường các đại lượng đầu ra của hệ thống Tín hiệu sai lệch này khi qua bộ điều chỉnh R sẽ được khuếch đại và tạo hàm chức năng điều khiển (tích phân, vi phân) sao cho đảm bảo chất lượng động và tĩnh của hệ thống tự động Tin hiệu đầu ra của bộ điều chỉnh được dùng để điều khiển bộ biến đổi BĐ
THĐ: Là tín hiệu đầu vào hệ thống để điều khiển hệ thống được gọi là tín hiệu đặt
NL: Là các tín hiệu nhiễu (nhiễu loạn) tác động lên hệ
Máy sản xuất (MSX) là thiết bị thực hiện các thao tác sản xuất và công nghệ như gia công chi tiết, nâng hạ tải trọng và dịch chuyển Hệ truyền động điện với động cơ xoay chiều có ưu điểm là có thể hoạt động như động cơ điện hoặc máy phát điện trong nhiều điều kiện khác nhau Tuy nhiên, động cơ điện một chiều nổi bật với khả năng điều chỉnh tốc độ và khả năng chịu quá tải tốt hơn Trong khi động cơ không đồng bộ có thể gặp khó khăn trong việc đáp ứng yêu cầu, động cơ điện một chiều không chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ rộng và chính xác mà còn có cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản, đảm bảo chất lượng cao.
Nhược điểm: Do có hệ thống cổ góp – chổi than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong môi trường rung chấn, dễ cháy nổ
Hình 2.4 Cấu trúc chung của hệ truyền động động cơ điện xoay chiều
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.2.1 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC
Từ yêu cầu công nghệ loại servo được sử dụng trong hệ thống là loại SERVO MITSUBISHI HG-KR13 với các thông số kĩ thuật sau:
Hình 2.9 Động cơ servo HG KR13
Hình 2.10 Thông số cơ bản HG – KR13 2.2.1.2 CHỌN ĐỘNG CƠ BĂNG TẢI
Hình 2.11Động cơ băng tải SPG SI06GD-V12
Các sản phẩm rơle trung gian thường được sử dụng để điều khiển việc cắt và đóng cuộn dây của máy cắt điện, aptômat và công tắc tơ, đồng thời cũng có thể thực hiện các chức năng trung gian khác.
Do đó, những rơle trung gian thường có nhiều tiếp điểm, bao gồm tiếp điểm thường mở và thường đóng
Rơ le trung gian là thiết bị nam châm điện gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây Cuộn dây có thể là cuộn cường độ, cuộn điện áp hoặc cả hai Lõi thép động được gắn bởi lò xo và được định vị bằng một vít điều chỉnh.
Nguyên lý hoạt động của rơ le dựa trên việc dòng điện chạy qua cuộn dây bên trong, tạo ra một từ trường hút Từ trường này tác động lên đòn bẩy bên trong, dẫn đến việc đóng hoặc mở các tiếp điểm điện, từ đó thay đổi trạng thái của rơ le.
Số tiếp điểm điện bị thay đổi, có thể là một hoặc nhiều, tùy vào thiết kế
Rơ le hoạt động với hai mạch độc lập, trong đó một mạch điều khiển cuộn dây của rơ le, quyết định dòng điện có chạy qua cuộn dây hay không, tức là xác định trạng thái ON hoặc OFF của rơ le Mạch còn lại kiểm soát dòng điện cần thiết, xác định liệu dòng điện có đi qua rơ le dựa vào trạng thái ON hay OFF đã được thiết lập.
Công dụng của rơle trung gian: Công dụng của Rơle trung gian là làm nhiệm vụ
"Trung gian" là bộ phận chuyển tiếp mạch điện cho các thiết bị khác, như bộ bảo vệ tủ lạnh, giúp ngắt điện khi điện yếu để bảo vệ tủ lạnh không hoạt động Khi điện ổn định, rơ le trung gian sẽ cấp điện trở lại cho tủ Trong bộ nạp ắc quy xe máy và ô tô, rơ le trung gian đóng mạch nạp cho ắc quy khi máy phát điện hoạt động đủ mạnh.
Loại rơ le được sử dụng trong hệ thống là rơ le trung gian MY2N-J DC24 Omron
- Điện áp cuộn dây: 24 VDC
- Điện áp chuyển mạch: 250 VAC, 125 VDC
- Điện trở tiếp điểm: 50 mΩ max
- Thời gian hoạt động: 20 ms max
- Kiểu đấu nối: Rơ le với Plug-in terminal
Hình 2.12 Hình ảnh rơ le trung gian MY2N-J DC24 Omron
Hình 2.13 Thông số kỹ thuật động cơ băng tải
Contactor là một công tắc điện điều khiển, có chức năng chuyển mạch điện với dòng điện định mức cao hơn so với rơle Nó hoạt động như một bộ phận trung gian, cho phép đóng cắt nguồn cung cấp điện cho các tải như động cơ điện, bơm nước và nhiều thiết bị khác, thông qua hệ thống nút bấm hoặc tự động.
Có nhiều loại contactor nhưng phổ biến nhất là contactor chạy bằng điện
Về bản chất Contactor giống như một công tắc hay cầu dao nhưng thay vì đóng cắt bằng tay thì nó sẽ đóng cắt bằng điện
Hình 2.14 Cấu tạo bên trong contactor Một contactor gồm 3 phần chính là
1 Nam châm điện gồm các cuộn dây được quấn quanh các lá thép khi được cấp điện nó sẽ tạo một lực từ hút miếng thép đối diện làm các tiếp điểm thay đổi, hệ thống sử dụng lò xo để đẩy tiếp điểm về như ban đầu khi không có điện cấp
2 Tiếp điểm động là tiếp điểm được di chuyển khi contactor được cấp điện điều khiển
3 Tiếp điểm tĩnh là tiếp điểm chính được nối ra ngoài, các điểm tiếp này được thông mạch với nhau thông qua tiếp điểm động
4 Ngoài ra còn có hệ thống dập hồ quang vì khi đóng cắt tiếp điểm sẽ sinh ra hồ quang làm cháy mòn dần các tiếp điểm
Nguyên lý hoạt động của contactor
Nguyên lý hoạt động của contactor diễn ra khi nguồn điện được cấp vào hai đầu cuộn dây quấn trên lõi từ cố định Lực từ sinh ra sẽ hút lõi từ di động, tạo thành mạch từ kín, lúc này lực từ vượt qua phản lực của lò xo, khiến contactor bắt đầu hoạt động.
Thông số cơ bản của một contactor:
Dòng điện định mức là dòng điện đi qua tiếp điểm chính của contactor, trong khi điện áp định mức là điện áp áp dụng lên hai tiếp điểm chính của contactor Ngoài ra, điện áp định mức của cuộn hút là điện áp cung cấp để kích hoạt hoạt động của contactor.
Theo nguyên lý truyền động: contactor kiểu điện từ, kiểu thủy lực, kiểu hơi ép,…
Theo dạng dòng điện: contactor xoay chiều và contactor một chiều
Theo kết cấu: người ta phân contactor dựa vào vị trí lắp đặt
Theo dòng định mức: 9A, 12A, 40A, 100A,… hoặc lớn hơn
Theo số cực: Contactor 1 pha, 2 pha, 3 pha, 4 pha, phổ biến nhất là contactor 3 pha
Theo cấp điện áp: Contactor trung thế, contactor hạ thế
Theo điện áp cuộn hút: Cuộn hút xoay chiều 220v hoặc 380v, cuộn hút DC 24V hoặc 48V…
Thông số kỹ thuật contactor NXC-18
Tiếp điểm: 3 cặp tiếp điểm chính và 2 tiếp điểm phụ 1 NO + 1 NC
Dòng định mức định mức: 18A (dòng chạy qua 3 bản cực)
Điện áp max: 660/690V (điện áp đặt trên 3 bản cực)
Điện áp cách ly Ui: 690V
Điên áp xung cách điện: Uimp: 8kv
2.2.1.5 CHỌN BỘ BIẾN ĐÔI NGUỒN DC 24V
Hình 2.16 Nguồn DC 24V Thông số cơ bản
Hình 2.17 Thông số nguồn DC 24V
2.2.1.6 LỰA CHỌN GIÁC HÚT CHÂN KHÔNG a) Đặc điểm nổi bật từ giác hút chân không:
Núm cao su hút chân không được làm từ vật liệu đặc biệt, giúp nó có khả năng chống chịu nhiệt, hóa chất, ăn mòn và tĩnh điện.
Núm hút chân không hoạt động dựa trên sự chênh lệch trọng lực và ma sát, cho phép tạo ra lực hút mạnh mẽ Nó có khả năng chịu trọng lượng lớn của vật liệu và nâng các vật có khối lượng tương đối Với độ bền cao, núm ít bị biến dạng và thẩm thấu khí, đồng thời có độ bám dính tốt, dễ dàng kết hợp với ống hút chân không và van chân không sử dụng khí nén Ứng dụng của núm trong vận chuyển rất đa dạng và hiệu quả.
Núm được sử dụng để hỗ trợ vận chuyển các chi tiết nhỏ, như chip bán dẫn, giấy trong ngành in, hộp giấy, và nâng hạ sản phẩm trong quá trình sản xuất.
Ta chọn giác hút chân không có núm hút với đầu nối một chạm, loại lò xo DP20-2 lớp
Trong mô hình sử dụng ba xy lanh, hai xy lanh được dùng để chặn khay, trong khi xy lanh còn lại điều chỉnh cơ cấu đưa đầu giác hút lên hoặc xuống Việc chọn xy lanh phù hợp cho cơ cấu hút phôi gỗ là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong quá trình sản xuất.
Hình 2.19 Xy lanh MXQ12L-50A SMC Cấu hình và thông số kỹ thuật
Hình 2.20 Thông số kỹ thuật MXQ12L-50A
30 b) Chọn xy lanh chặn khay
Cấu hình thông số kỹ thuật
Hình 2.22 Thông số kỹ thuật
Cấu hình thông số kỹ thuật
Hình 2.24 Thông số cơ bản
Van tiết lưu khí nén, hay còn gọi là van điều khiển tốc độ khí nén, là thiết bị dùng để điều chỉnh tốc độ và thời gian dòng chảy của khí nén.
Van tiết lưu khí nén là thiết bị giúp giảm tốc độ dòng chảy của lưu chất, từ đó làm chậm tốc độ hoạt động của bộ truyền động Với cấu tạo đơn giản và thiết kế nhỏ gọn, van được chế tạo từ nhựa cao cấp và các hợp kim như inox, đồng Van tiết lưu khí nén thường được lắp đặt trong nhiều hệ thống máy khí nén, nhằm điều chỉnh hiệu quả tốc độ hoạt động của các hệ thống này.
Cấu tạo van tiết lưu khí nén
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
Hình 2.47 Sơ đồ nguyên lý hệ thống
LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
PHÂN TÍCH BIẾN VÀO RA
X31 : Cảm biến áp suất âm
X32 và X33 : Cảm biến hành trình xy lanh A
X35 : Cảm biến quang phát hiện khay
X36 : Cảm biến quang phát tín hiệu khi khay đi qua
X38 và X39 : Cảm biến quang phát hiện khay
X3A và X3C : Cảm biến hành trình xy lanh B
X3D và X3E : Cảm biến hành trình xy lanh C
M400 : Nút nhấn chế độ thủ công
Y71 : Đèn báo chế độ tự động (màu xanh)
Y73 : Đèn báo chế độ tạm dừng (màu vàng)
Y75 : Đèn báo trạng thái dừng khẩn cấp (màu đỏ)
Y7D : Coil solenoid van tạo chân không
M701 : Báo tín hiệu servo trục x, y, z đã về gốc
M502 : M code = 2, đưa xy lanh di chuyển xuống
M501 : M code = 1, đưa xy lanh di chuyển lên
M503 : M code = 3, servo trục x về gốc
CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ TẢ HỆ THỐNG
3.2.1 PHƯƠNG PHÁP BẢNG CHUYỂN TRẠNG THÁI
Phương pháp này mô tả quá trình chuyển đổi trạng thái dưới hình thức bảng:
Các cột của bảng ghi các biến vào và biến ra
Các hàng của bảng ghi các trạng thái trong của mạch (S1, S2, S3…) Số hàng của bảng chỉ rõ số trạng thái trong cần có của hệ
Các ô giao nhau giữa cột biến vào và hàng trạng thái sẽ thể hiện trạng thái của mạch Nếu trạng thái của mạch trùng khớp với tên hàng, nó được coi là "ổn định"; ngược lại, nếu không trùng khớp, trạng thái sẽ được xem là "không ổn định".
Các ô giao nhau của cột tín hiệu ra và các hàng trạng thái sẽ ghi giá trị tín hiệu ra tương ứng
3.2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐỒ HÌNH TRẠNG THÁI Đồ hình trạng thái là hình vẽ mô tả các trạng thái chuyển của một mạch logic trình tự, đồ hình gồm các đỉnh và các cung định hướng trên đó ghi các tín hiệu vào/ra và kết quả Phương pháp này thường chỉ dùng cho hàm một đầu ra Ta sẽ xét hai loại: đồ hình Mealy và đồ hình Moore Đồ hình Mealy Đồ hình Mealy gồm các đỉnh biểu diễn các trạng thái trong của mạch và các cung định hướng, trên các cung ghi biến tác động và kết quả hàm khi chịu sự tác động của biến đó Đồ hình Mealy chính là chuyển bảng trạng thái thành dạng đồ hoạ Đồ hình Moore
Trong đồ hình Moore, các đỉnh là các trạng thái và giá trị của hàm, còn các cung định hướng sẽ ghi biến tác động
3.2.3 PHƯƠNG PHÁP LƯU ĐỒ Đồ hình thuật toán là cách mô tả hệ thống một cách suy luận trực quan Các khối chính của lưu đồ và các khối được mô tả ở hình:
Trong sản xuất công nghiệp, thiết bị máy móc hoạt động theo trình tự logic để đảm bảo chất lượng sản phẩm và an toàn Cấu trúc làm việc của dây chuyền yêu cầu điều khiển hoạt động thống nhất, đồng thời gợi ý phân nhóm logic của automat trình tự qua các tập hợp con máy móc và thuật toán điều khiển bằng chương trình con.
Một quá trình công nghệ gồm 3 hình thức hoạt động điều khiển sau đây:
• Hoàn toàn tự động, lúc này chỉ cần sự chỉ huy chung của nhân viên vận hình hệ thống
• Bán tự động, làm việc có liên quan trực tiếp đến các thao tác liên tục của con người giữa các chuỗi hoạt động
• Bằng tay, tất cả hành động của hệ đều do con người thao tác
Khi thiết kế hệ thống tự động, cần xem xét các phương thức làm việc khác nhau để đảm bảo an toàn và xử lý kịp thời các hư hỏng Việc can thiệp trực tiếp của người vận hành là cần thiết để dừng máy khẩn cấp, xử lý tắc nghẽn vật liệu và các tình huống nguy hiểm khác Grafcet là công cụ hữu ích giúp thiết kế và thực hiện đầy đủ các yêu cầu công nghệ trong hệ tự động hóa.
Grafcet, viết tắt của "Graphe fonctionnel de commande étape transition", là một đồ hình chức năng mô tả các trạng thái làm việc của hệ thống Nó biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái chuyển biến từ trạng thái này sang trạng thái khác Đây là một graphe định hướng được xác định bởi các phần tử cụ thể.
E = {E1, E2,…Em} là tập hợp hữu hạn các trạng thái của hệ thống, được biểu thị bằng hình vuông Mỗi trạng thái tương ứng với các tác động từ phần điều khiển và trong một trạng thái, các hành vi điều khiển là không thay đổi Một trạng thái có thể ở trạng thái hoạt động hoặc không hoạt động Điều khiển thực hiện các mệnh đề logic với các biến vào và ra để hệ thống đạt được một trạng thái xác định, tương ứng với một trạng thái trong grafcet Ví dụ, trạng thái Ej là sự kết hợp của biến P và M, với M=Ek.a, trong đó Ek biểu thị sự hoạt động của trạng thái Ek, còn a là biến đầu vào của hệ thống.
Tập hợp T = {t1, t2…ti} đại diện cho các chuyển trạng thái hữu hạn, được biểu diễn bằng dấu gạch ngang “-” Mỗi chuyển trạng thái gắn liền với một hàm Boole, được gọi là “một tiếp nhận” Giữa hai trạng thái, luôn có một chuyển trạng thái tồn tại Chuyển trạng thái tj trong hình 3.23 được thực hiện thông qua tích logic Ev.a.c.
- Ev là biến đặc trưng cho sự hoạt động của trạng thái Ev, còn a, v là biến đầu vào Việc chấp nhận chuyển tj là tj = Ev.a c
Chuyển trạng thái tj được thực hiện dựa trên điều kiện logic Ek(a), trong đó Ek là biến thể hiện hoạt động của trạng thái Ek, và a đại diện cho sự thay đổi từ 0 của biến vào a.
A = {a1, a2…an} là tập các cung định hướng nối giữa một trạng thái với một chuyển hoặc giữa một chuyển với một trạng thái
- M = {m1, m2…mm} là tập các giá trị (0, 1) Nếu mi =1 là hoạt động, mi = 0 thì trạng thái i không hoạt động
Grafcet cho một quá trình luôn là một đồ hình khép kín từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối và từ trạng thái cuối đến trạng thái đầu
Một số kí hiệu dùng trong grafcet
Một trạng thái được biểu diễn bằng hình vuông có đánh số, kèm theo một hình chữ nhật bên cạnh ghi rõ các tác động của trạng thái đó Trạng thái khởi đầu được thể hiện bằng hai hình vuông lồng vào nhau Sự chuyển tiếp giữa các trạng thái diễn ra khi các điều kiện chuyển tiếp được thỏa mãn.
Hình ảnh biểu diễn grafcet cho thấy khả năng thực hiện bước nhảy trong quá trình chuyển đổi trạng thái Khi điều kiện a được thoả mãn, quá trình sẽ chuyển từ trạng thái 2 sang trạng thái 5, bỏ qua các trạng thái trung gian 3 và 4 Ngược lại, nếu điều kiện a không được thoả mãn, các trạng thái sẽ chuyển tiếp theo thứ tự bình thường từ 2 đến 3 và 4 Tương tự, trong hình b, khi điều kiện f không được thoả mãn, trạng thái 8 sẽ quay về trạng thái 7, trong khi nếu f được thoả mãn, trạng thái 8 sẽ chuyển sang trạng thái 9.
Một chuyển tiếp được coi là hợp chuẩn khi tất cả các trạng thái đầu vào đều hoạt động Để vượt qua một chuyển tiếp, nó cần phải đạt tiêu chuẩn và nhận được sự gắn kết với chuyển.
Việc chuyển qua 1 chuyển tiếp sẽ làm hoạt động trạng thái kế tiếp và khử bỏ hoạt động của trạng thái trước đó
Sau khi so sánh thì em lựa chọn phương pháp mô tả là grafcet
MÔ TẢ BẰNG GRAFCET
TT0: Hệ thống được cấp nguồn
TT1: Tiến hành cho hệ thống 3 trục servo về vị trí gốc
TT2: Chờ có phôi gỗ vào đúng vị trí lấy phôi gỗ
TT3: Servo trục X và Y di chuyển đến vị trí hút phôi gỗ, đồng thời servo trục Z đi lên vị trí đỡ khay trống
TT4: Điều khiển Xy lanh A đi xuống vị trí sẵn sàng hút
TT5: Xy lanh A tiếp tục ở trạng thái trước, giác hút được bật
TT6: Trạng thái chờ báo đã hút được phôi gỗ
TT7: Xy lanh A đi lên
TT8: Trạng thái chờ có khay đã vào đúng vị trí sẵn sàng đựng phôi gỗ
TT9: Đã đến vị trí đặt phôi gỗ vào khay chứa, Xy lanh A đi xuống
TT10: Tắt giác hút để thả phôi gỗ vào khay
Sau khi thả phôi gỗ, Xy lanh A sẽ nâng lên để servo trục X và Y quay trở lại vị trí lấy phôi gỗ (TT4) Sau khi lấy đủ số phôi gỗ và đặt vào khay, hệ thống sẽ quay về vị trí gốc (TT2).
TT12: Servo trục Z đưa khay đã có đủ số phôi gỗ xuống băng tải phía dưới
TT13: Servo trục Z đưa đưa bàn đế đỡ khay lên vị trí sẵn sàng nhận khay trống
TT14: Xy lanh B đi lên Khi đã có khay chờ lấy phôi gỗ thì khay tiếp theo được đưa vào sẽ bị chặn bởi xy lanh B
TT15: Xy lanh C đi lên Khi xy lanh A đang chặn khay mà khay vẫn tiếp tục đưa vào thì khay đó sẽ bị chặn bởi xy lanh C
TT16: Khi servo trục Z đang không ở vị trí sẵn sàng nhận khay, xy lanh B đi lên để chặn khay nếu có khay trống được đưa vào
TT17: Hệ thống đang ở TT16 nếu có đưa khay trống vào thì xy lanh B sẽ đi lên để chặn khay
TT18: Xy lanh A và B được hạ xuống để khay trống được đưa vào vị trí nhận phôi gỗ
TT19: Trạng thái vận hành thủ công
TT20, TT21, TT22, TT23: Tạm Dừng servo trục X và Y
TT24, TT25: Tạm dừng servo trục Z
TT26: Hệ thống dừng khẩn cấp
TT27: Khi hệ thống được cấp nguồn và nút dừng khẩn cấp được mở thì tất cả các động cơ băng tải được hoạt động
Sử dụng phần tử nhớ R-S ta có hàm đầu vào kích của hệ thống
CÀI ĐẶT THÔNG SỐ PHẦN MỀM
3.4.1 CÀI ĐẶT THÔNG SỐ PHẦN MỀM GXWORKS2
Hình 5.1 Cấu hình PLC Parameter 3.4.1.2 CÀI ĐẶT CÁC THANH GHI
Hình 5.2 Cài đạt Auto Refresh
3.4.2 CÀI ĐẶT THÔNG SỐ CHO MODULE QD77MS4
Hình 5.3 Cài đặt System Configuration 3.4.2.2 CÀI ĐẶT THÔNG SỐ PARAMETER
Hình 5.4 Cài đặt thông số servo parameter
3.4.2.3 CÀI ĐẶT TỌA ĐỘ CÁC TRỤC SERVO
THIẾT KẾ HMI
3.5.1 GIỚI THIỆU VỀ MÀN HÌNH HMI
Màn hình HMI (Human-Machine Interface) là thiết bị trung gian thiết yếu giúp người vận hành giao tiếp hiệu quả với máy móc và thiết bị Hiện nay, HMI đã trở thành công cụ phổ biến trong ngành công nghiệp, đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối người dùng và thiết bị, nâng cao hiệu suất làm việc.
Màn hình cảm ứng hiện đại cho phép người vận hành thao tác dễ dàng như trên điện thoại thông minh, đồng thời hiển thị trạng thái và tín hiệu hoạt động của máy Tính năng này được tùy chỉnh theo nhu cầu người dùng và được lập trình bởi các coder.
Bộ nhớ chương trình: ROM, RAM, EPROM/Flash, … +) Phần mềm
Các công cụ xây dựng HMI
Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối
Các công cụ mô phỏng
3.5.2 SỬ DỤNG PHẦN MỀM GT DESIGNER 3
70 + Lựa chọn thiết bị kết nối
71 + Lựa chọn kết nối -> Next
Giao diện để thiết kế
CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
THUYẾT MINH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG
MÔ HÌNH HỆ THỐNG THỰC
Hình 5.1 Tổng quan bên ngoài mô hình thực
87 Hình 5.2 Vị trí phôi gỗ sẵn sàng được hút
88 Hình 5.3 Cơ cấu hút được gắn vào xy lanh
89 Hình 5.4 Băng tải đưa khay trống vào
90 Hình 5.5 Băng tải đưa khay đã có phôi đi ra
Hình 5.6 Bàn đế đỡ khay
THUYẾT MINH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG
Người vận hành cần cấp nguồn cho hệ thống và mở nút dừng khẩn cấp trước khi nhấn nút Reset để đảm bảo an toàn và đưa hệ thống về vị trí ban đầu Khi nút dừng khẩn cấp được mở, các động cơ băng tải sẽ được cấp điện và bắt đầu hoạt động Khi nhận tín hiệu rằng tất cả các cơ cấu đã về đúng vị trí, hệ thống sẽ chuyển sang hai chế độ làm việc: chế độ thủ công và chế độ tự động.
Để chuyển sang chế độ thủ công, sau khi thực hiện reset, nhấn nút Manual trên HMI Để vào chế độ tự động, nhấn nút Start Trong chế độ tự động, khi cảm biến x30 phát hiện phôi gỗ, động cơ servo trục x và y sẽ di chuyển đến vị trí lấy phôi Khi đến vị trí, hai trục servo sẽ dừng để xy lanh A hạ xuống và hút phôi gỗ Sau khi hút xong, động cơ servo sẽ di chuyển phôi gỗ vào khay, và khi đủ số lượng, chúng sẽ trở về vị trí gốc Đồng thời, servo trục z sẽ hạ khay xuống băng tải do động cơ Đ4 điều khiển để đưa khay ra ngoài Nếu khay chờ ở vị trí x35 hoặc bàn đế không sẵn sàng, cảm biến x38 sẽ kích hoạt xy lanh B để chặn khay, và nếu khay tiếp tục vào, cảm biến x39 sẽ kích hoạt xy lanh C Xy lanh B và C sẽ hạ xuống khi bàn đế ở vị trí sẵn sàng và cảm biến x35 không kích hoạt Khi nhấn dừng khẩn cấp, tất cả động cơ servo và băng tải sẽ dừng, và xy lanh sẽ trở về Khi mở nút dừng khẩn cấp, động cơ băng tải sẽ hoạt động, hệ thống chuyển về chế độ thủ công, và người vận hành phải nhấn nút reset để đưa các trục servo về vị trí gốc, sẵn sàng cho hoạt động tiếp theo.
Khi hệ thống được cấp nguồn, PLC sẽ chuyển sang trạng thái READY Khi PLC ở trạng thái READY, tất cả các động cơ servo sẽ được kích hoạt và đồng thời nạp tốc độ JOG.
Người vận hành mở nút khẩn cấp thì các động cơ băng tải bắt đầu hoạt động
Nhấn nút ấn reset vật lý hoặc nút nhấn trên HMI để reset cho hệ thống về vị trí ban đầu
Khi hệ thống đã về vị trí gốc và săn sàng hoạt động thì M701 được kích lên
Sau khi nhấn nút START, hệ thống sẽ hoạt động với hai chế độ: tự động và thủ công Để chuyển sang chế độ tự động, người dùng cần nhấn M600 trên HMI, trong khi để vào chế độ thủ công, nhấn M400 trên HMI.
Khi ở chế độ tự động nếu có phôi gỗ đến tức cảm biến x30 tác động thì động cơ sẽ di chuyển đến vị trí có phôi là lấy phôi
Khi lấy được phôi từ cảm biến áp suất âm x31 và timer T0, động cơ sẽ di chuyển để đưa phôi vào khay chờ Khi phôi đạt đúng vị trí, M502 sẽ được kích hoạt và xy lanh sẽ đi xuống để thả phôi vào khay Sau khi hoàn tất, xy lanh sẽ tự động trở về vị trí ban đầu.
Servo sẽ quay về vị trí chờ khi có phôi gỗ đến, sau đó tác động x30 để xy lanh đi xuống lấy phôi Quá trình này sẽ lặp lại cho đến khi thu thập đủ số lượng phôi gỗ cần thiết.
Khi đủ số phôi gỗ trong khay M503 được kích lên
Lúc này servo trục x, y sẽ quay về gốc, servo trục z sẽ đi xuống để đưa khay vào băng tải và đưa khay ra ngoài
Khi khay đã ra khỏi bên ngoài thì x36 tác động và servo trục z lại đi lên đúng vị trí đỡ khay
Khay tiếp tục được đưa vào và servo trục x, y sẽ tiếp tục lấy phôi và bỏ vào khay
Để tạm dừng các trục servo, nhấn x21 (STOP), hệ thống sẽ thiết lập các trạng thái từ M20 đến M25, tùy thuộc vào giai đoạn mà các trục đang hoạt động Để tiếp tục chạy, chỉ cần nhấn x20 (START).
Nhấn dừng khẩn cấp (x23) hệ thống dừng tất cả,
Khi nhả nút dừng khẩn cấp, hệ thống sẽ trở về trạng thái bằng tay Trước khi khởi động lại, cần nhấn nút reset x22 và sau đó nhấn nút Start.
KẾT LUẬN
Sau khi nghiên cứu và hoàn thành đề tài “Thiết kế hệ thống vận chuyển sản phẩm sử dụng PLC Mitsubishi”, nhóm đã đạt được các mục tiêu ban đầu đã đề ra.
Ứng dụng phần mềm AutoCAD trong thiết kế kết cấu cơ khí giúp tạo ra mô hình chính xác và xuất bản vẽ theo tiêu chuẩn, đảm bảo sẵn sàng cho quá trình gia công chế tạo.
Sử dụng phần mềm GX Work 2 để lập trình điều khiển hệ thống cũng như mô phỏng điều khiển hệ thống
Hiểu được cấu tạo, các ngõ vào ra, nguyên lý hoạt động cũng như các module, các thiết bị phần cứng liên quan đến PLC dòng Q
Động cơ servo có nhiều loại khác nhau, mỗi loại hoạt động dựa trên nguyên lý riêng biệt Việc hiểu rõ cách sử dụng động cơ servo là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất Đấu dây động cơ servo đúng cách và điều khiển nó hiệu quả sẽ giúp nâng cao khả năng ứng dụng trong các hệ thống tự động hóa.
Biết cách sử dụng Driver MR J4 để điều khiển động cơ servo là rất quan trọng, bao gồm việc hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó Bài viết cũng đề cập đến cách thiết lập các thông số cần thiết, cũng như hướng dẫn đấu dây giữa Driver, PLC và động cơ servo một cách hiệu quả.
Sử dụng phần mềm GT DESIGNER 3 để thiết kế giao diện điều khiển giữa thiết