TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊNKHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN MÁY TIỆN PHÔI TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH SINH VIÊN THỰC HIỆN Họ và tên SVTH:
TỔNG QUAN CỦA ĐỀ TÀI
Lý do chọn đề tài
Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, việc ứng dụng các dây chuyền sản xuất hiện đại ngày càng phổ biến trong mọi lĩnh vực Các nhà sản xuất đang phát triển các loại PLC thế hệ mới, dễ sử dụng và tối ưu hóa hiệu suất Do tính đa dạng và khả năng ứng dụng rộng rãi của PLC trong thực tiễn, việc tìm hiểu và lập trình ứng dụng PLC đã trở thành yêu cầu thiết yếu đối với sinh viên ngành Cơ Điện Tử.
Máy công cụ cắt gọt kim loại là thiết bị thiết yếu trong các nhà máy và phân xưởng cơ khí, đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo chi tiết máy và các sản phẩm cơ khí khác Với vị trí then chốt trong ngành chế tạo máy, máy cắt kim loại giúp sản xuất tư liệu sản xuất, phục vụ cho cơ khí hoá và tự động hoá nền kinh tế Dựa trên nền tảng này, chúng em đã được sự đồng ý của khoa Cơ khí – Bộ môn Cơ điện tử để thực hiện đề tài: “Thiết kế hệ điều khiển máy tiện phôi tự động sử dụng bộ điều khiển logic khả trình”.
Phương pháp nghiên cứu đề tài
- Tham khảo tài liệu có liên quan đến đề tài thực hiện.
- Thu thập xử lí thông tin
- Phân tích tài liệu và chọn thông tin phù hợp.
- Tham khảo ý kiến giáo viên hướng dẫn.
- Nghiên cứu tìm hiểu thành phần, các thiết bị và sơ đồ kết nối.
- Nghiên cứu phương pháp thiết kế cơ khí cho mô hình
Hệ thống cấp phôi, giữ phôi, thả phôi
Nghiên cứu module điều khiển, hệ thống điều khiển và logic
Thiết kế mạch điện, giải pháp lập trình điều khiển giám sát cho mô hình
Mục đích yêu cầu của đề tài
Để thành công trong việc vận hành máy tiện phôi tự động, bạn cần nắm vững kiến thức về cơ cấu và hoạt động của máy, cũng như hiểu rõ các thành phần điều khiển như hệ thống CNC và PLC Việc tổng hợp kiến thức đã học sẽ giúp bạn áp dụng hiệu quả trong thực tiễn.
Phát triển kỹ năng lập trình là một yếu tố quan trọng trong việc học lập trình máy tiện phôi tự động thông qua các phần mềm mô phỏng Việc này không chỉ giúp nâng cao khả năng tư duy logic mà còn kích thích sự sáng tạo trong quá trình học tập và làm việc.
Nghiên cứu và tích hợp PLC vào máy tiện phôi tự động giúp nâng cao khả năng điều khiển và giám sát quá trình sản xuất, từ đó tạo ra những sản phẩm tiên tiến với mức độ tự động hóa cao Việc áp dụng công nghệ PLC không chỉ tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm.
Xây dựng mô hình máy tiện phôi tự động là bước quan trọng trong việc tạo ra mô phỏng thực tế, giúp người dùng hiểu rõ hơn về hoạt động của máy và các phương pháp điều khiển hiệu quả Môi trường thử nghiệm này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về quy trình vận hành mà còn hỗ trợ việc tối ưu hóa hiệu suất của máy tiện phôi tự động.
Đánh giá hiệu suất và tối ưu hóa là quá trình quan trọng trong sản xuất máy tiện phôi tự động Việc sử dụng mô phỏng giúp phân tích hiệu suất của máy, từ đó tối ưu hóa các tham số điều khiển nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất.
Kiểm tra kiến thức và phát triển khả năng sáng tạo là cơ hội quan trọng để củng cố những gì đã học, đặc biệt trong việc giải quyết các vấn đề phức tạp liên quan đến máy tiện phôi tự động và điều khiển tự động.
Nghiên cứu này hỗ trợ sinh viên trong việc tự khẳng định bản thân trước khi tốt nghiệp, giúp họ chuẩn bị cho việc tham gia vào thị trường lao động và các hoạt động sản xuất trong tương lai.
-Thông số của mô hình :
Bộ điều khiển : Siemens s7 1200 CPU 1214c ac/dc/relay
Sản phẩm gia công : Gỗ
- Tìm tài liệu tham khảo Đây là khâu rất quan trọng Có tài liệu tham khảo tốt sẽ đảm bảo đồ án thành công tốt.
Nghiên cứu sơ bộ tài liệu và đề tài là bước quan trọng đầu tiên trong quá trình viết đồ án Sau đó, sinh viên cần xây dựng một đề cương sơ bộ và trình bày để được giáo viên hướng dẫn và bộ môn phê duyệt Đề cương này sẽ giúp sinh viên hình dung tổng thể vấn đề trước khi đi vào các chi tiết cụ thể, từ đó tạo nền tảng vững chắc cho việc phát triển nội dung sau này.
Tiến hành nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm theo nội dung đã được xác định trong đề cương Đồng thời, thực hiện viết đồ án để đảm bảo đúng tiến độ theo hướng dẫn của giáo viên.
- Tìm hiểu thiết bị có trên mô hình lắp đặt sẵn.
- Đưa ra giải pháp khi mà số liệu thu được chênh lệch so với thực tế.
- Hướng dẫn sử dụng và bảo trì cho mọi người an toàn và hiệu quả.
Ý nghĩa của đề tài
- Giúp sinh viên tổng hợp kiến thức đã học , thiết kế ra mô hình điều khiển tự động.
- Hình thành kĩ năng thực hành , thiết kế và tổng hợp hệ thống.
Kết luận
9 Để đáp ứng yêu cầu bài toán đặt ra thì mô hình phải đầy đủ các yêu cầu sau:
- Cảm biến quang, cảm biến từ
- Nút bấm, van khí , rơle, nguồn
Qua quá trình nghiên cứu, em đã nắm vững nguyên lý hoạt động của máy tiện phôi tự động với bộ điều khiển logic khác trình Em cũng đã xác định các phương hướng thiết kế hợp lý và giải quyết vấn đề, nhằm tối ưu hóa giá thành và nâng cao hiệu quả gia công.
THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH
Yêu cầu công nghệ
- Máy tiện phôi tự động gồm các bộ phận :
Nguyên lý hoạt động và sơ đồ công nghệ :
Khi phôi được đưa vào máy, xi lanh 1 sẽ được kích hoạt để đẩy phôi từ vị trí đầu tiên vào bên trong máy Quá trình này được thực hiện thông qua cơ cấu cơ học, và cảm biến định vị có thể xác định vị trí chính xác của phôi.
Sau khi phôi được đưa vào máy, xi lanh kẹp phôi sẽ được kích hoạt để giữ phôi ở vị trí kẹp, ngăn chặn sự di chuyển ngược lại của phôi Sau đó, xi lanh cấp phôi sẽ trở về vị trí ban đầu.
Trục động cơ quay phôi kết hợp với bàn chạy dao di chuyển vào để thực hiện quá trình tiện phôi Các bộ cảm biến được lắp đặt nhằm theo dõi vị trí của bàn chạy dao, đảm bảo rằng quá trình tiện diễn ra một cách chính xác và hiệu quả.
Bàn chạy dao di chuyển để hoàn tất quá trình tiện phôi, sau đó lùi về vị trí ban đầu, đảm bảo an toàn và không chạm vào phôi sau khi tiện.
Sau khi hoàn tất quá trình tiện, khi dao đã trở về vị trí an toàn, xi lanh 3 sẽ đẩy sản phẩm ra ngoài, giúp sản phẩm rơi khỏi bàn tiện và kết thúc chu trình làm việc.
Hình 2.1 Mô hình công nghệ
Sơ đồ khối
- Khối nguồn: Gồm bộ chuyển đồi 220-24VDC.
- Khối cảm biến: Gồm cảm biến quang để thu thập thông tin từ môi trường.
- Khối điều khiển: Gồm PLC có chức năng điều khiển và nhận các tín hiệu từ nút nhấn
- Khối chấp hành: Gồm các xylanh và motor.
Lựa chọn thiết bị
a, Xilanh kép CXSJM 10mm – 50mm
Xilanh kép là thiết bị chuyển động tạo ra chuyển động tuyến tính kép thông qua hai xilanh đơn song song, kết nối bằng thanh trục chung Thiết bị này thường được ứng dụng trong tự động hóa và công nghiệp để thực hiện các nhiệm vụ liên quan đến chuyển động, vị trí và lực.
- Xylanh hai thanh, dòng CXSJM nhỏ gọn có thể gắn được ba hướng.
- Xylanh hai thanh với chức năng dẫn hướng thích hợp cho các ứng dụng nhấc và đặt, tạo lực và áp lực, chuyển động tuyến tính kép.
- Ổ bi và ổ trượt là tiêu chuẩn cho các dòng sản phẩm.
- Có thể gá phôi trên ba bề mặt
- Lực đẩy chính xác, độ chính xác không quay
- Phạm vi hành trình bộ điều chỉnh từ 0 đến -5mm
14 b, Xylanh khí nén SMC CDJ 2D
* Đặc điểm của xi lanh khí nén mini SMC CDJ2D
Xi lanh khí nén loại nhỏ SMC CDJ2D, đến từ thương hiệu SMC nổi tiếng của Nhật Bản, là sản phẩm hàng đầu trong lĩnh vực thiết bị và phụ kiện khí nén Với chất liệu inox chất lượng cao, CDJ2D đảm bảo khả năng hoạt động ổn định và bền bỉ, phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp.
Chất liệu inox chắc chắn, có khả năng vận hành bền bỉ, ổn định, hạn chế han gỉ tối đa.
Khả năng chịu áp lực và nhiệt độ tốt: xylanh khí nén SMC CDJ2D có khả năng chịu nhiệt từ -10 đến 60 độ C, và áp suất đạt 0.7MPa.
Kích thước nhỏ gọn với kích thước nòng không quá 16mm.
Phù hợp sử dụng trong môi trường, không gian nhỏ gọn, dùng cho máy móc nhỏ, phòng thí nghiệm,…
Hình 2.4 Xylanh khí nén SMC CDJ 2D
+ Áp suất hoạt động tối đa : 0.7 MPa
+ Áp suất hoạt động tối thiểu : 0.05 Mpa
+ Nhiệt độ lưu lượng và môi trường : 10-70 độ C
Động cơ giảm tốc DC JGB37-520 với áp suất phá hủy 1 MPa và tốc độ 200rpm, nổi bật với chất lượng tốt, lõi đồng và chổi than lớn Hộp giảm tốc kim loại chắc chắn giúp tạo ra lực kéo mạnh mẽ và moment lớn, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu khả năng kéo tải nặng.
Điện áp làm việc : 6-15VDC
Điện áp định mức: 12VDC
Lực kéo moment: 0.45kg.cm
Hình 2.5 Động Cơ Giảm Tốc DC JGB37-520 d, Cảm biến từ Xilanh Sensor SMC D-A93,D-A93SAPC
Cảm biến từ Xilanh là thiết bị quan trọng trong tự động hóa công nghiệp, giúp giám sát và phát hiện vị trí hoặc chuyển động của xilanh Thiết bị này thường được sử dụng để truyền tín hiệu về vị trí của xilanh đến hệ thống điều khiển hoặc máy tính, từ đó hỗ trợ thực hiện các hoạt động và quyết định liên quan.
- Cảm biến thiết kế hơi đặc biệt có đi kèm connector M8 ba chân, đối với D-A93 thì chỉ xài 2 dây
Sử dụng điện áp 24VDC hoặc 100VAC kiểu mắc tải nối tiếp 2 dây
Tích hợp led báo ngõ ra khi có tác động
Tải sử dụng là relay hoặc PLC (công suất tải 5-40mA)
Cảm biến tiệm cận từ tính
Nhiệt độ môi trường hoạt động: từ -10ºC đến 60ºC
Mức bảo vệ: IP67 kháng nước và bụi hiệu quả
Cảm biến từ xilanh là thiết bị quan trọng trong việc phát hiện vị trí của piston hoặc thanh trục trong xilanh Chúng có khả năng gửi tín hiệu khi piston đến gần hoặc rời xa một điểm xác định trong hành trình hoạt động của nó.
Khi người vận hành áp dụng lực điện vào hệ thống, dây dẫn sẽ dẫn điện vào van Nguồn điện tác động lên cuộn coil, tạo ra từ trường khiến pít tông di chuyển lên xuống theo lực đàn hồi của lò xo Quá trình này mở khóa chốt, cho phép lưu thông giữa cổng vào và cổng làm việc.
Khí nén sẽ đi qua cổng vào, di chuyển thẳng đến hệ thống qua cổng ra Sau khi hoàn thành nhiệm vụ, khí nén sẽ được xả ra môi trường bên ngoài thông qua cổng xả, đánh dấu sự kết thúc của hành trình.
Sau khi hoạt động, chỉ cần ngắt nguồn điện, pít tông sẽ trở về trạng thái ban đầu Quá trình đóng mở này diễn ra nhanh chóng, thường chỉ trong vòng 1 giây Cảm biến từ cho xi lanh CS1-J là thiết bị hỗ trợ hiệu quả trong quá trình này.
Cảm biến từ cho xi lanh CS1-J là thiết bị chuyên dụng cho các loại xi lanh khí nén, giúp điều chỉnh vị trí tiến lùi của xilanh một cách chính xác.
Hình 2.7 Cảm biến từ CS 1 - J
Model: CS1-J Điện áp: 5 ~ 240V AC/DC
Nhiệt độ hoạt động: -10 ~ 70°C Đèn báo: Led đỏ
Tần số chuyển đổi tối đa: 200Hz
Bảo vệ ngắn mạch: không có Độ nhạy: 60 - 75ns
Trọng lượng của cảm biến từ CS1-J: 50g
Chiều dài dây: 2m f, Van điện từ 24v DC NO-NC
Van điện từ (solenoid valve) là thiết bị điều khiển dòng chất lỏng hoặc khí thông qua cơ cấu điện từ, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống tự động hóa và công nghiệp Mô hình "24V DC NO-NC" thể hiện van điện từ hoạt động với nguồn điện 24V DC, có khả năng chuyển đổi giữa hai trạng thái: Normally Open (NO) và Normally Closed (NC).
Van điện từ "24V DC NO-NC" là thiết bị đa năng, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như kiểm soát dòng chất lỏng trong hệ thống xử lý nước, điều khiển khí nén, ngành công nghiệp dầu khí, thực phẩm và đồ uống, cũng như trong tự động hóa công nghiệp.
- Van điện từ gồm có:
Thân van điện từ bao gồm 5 cửa lỗ và 2 vị trí
Đầu coil điện sử dụng điện DC 24V và AC 220V
Piston nằm trong thân van để đóng mở cửa van
Nút đóng mở van điện từ 5/2
Các bulong ốc vít cố định van
Van điện từ hoạt động dựa trên cơ chế từ tích cực, trong đó dòng điện được điều khiển để tạo ra một trường từ điện Trường từ này làm thay đổi trạng thái của van, cho phép kiểm soát dòng chảy của chất lỏng hoặc khí.
- Nguồn cấp điện: Van điện từ này hoạt động với nguồn cấp điện là 24V
DC, nghĩa là dòng điện có chiều điện áp cố định và được cấp từ nguồn 24V DC.
- Trạng thái hoạt động NO-NC:
Normally Open (NO): Trong trạng thái không có điện áp được cấp, van ở trạng thái mở, cho phép dòng chất lỏng hoặc khí lưu qua.
Normally Closed (NC): Trong trạng thái không có điện áp, van ở trạng thái đóng, chặn dòng chất lỏng hoặc khí. g, Đế van
- Mục đích lắp đặt: gọn gàng và lắp đặt van lấy chung một nguồn cấp khí Hãng sản xuất: SMC- Japan Mã sản phẩm: VV5FS2-10-051-02
- Giới thiệu về sản phẩm: được sử dụng với dòng van khí nén VFS2000 với đế van dạng non plug in có tùy chọn từ 01 đến 16 cụm van
Relay Omron G6D-F4B DC24 là sản phẩm đặc biệt của Omron Corporation, nổi tiếng trong lĩnh vực công nghệ điều khiển và tự động hóa Relay này đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng điện tử, cho phép kiểm soát dòng điện lớn thông qua tín hiệu điều khiển nhỏ hơn.
Relay Omron G6D-F4B DC24 là thiết bị chuyển đổi hoạt động dựa trên tín hiệu điện Khi nhận tín hiệu vào, relay này có khả năng thực hiện nhiều chức năng khác nhau tùy thuộc vào cấu hình của nó.
Relay Omron G6D-F4B DC24 là thiết bị lý tưởng để điều khiển dòng điện lớn bằng tín hiệu điều khiển nhỏ, đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống tự động hóa và điều khiển.
Chế tạo mô hình
27 a, Động cơ mâm cặp b, Động cơ bàn chạy dao 2 chiều thuận – nghịch
Hình 2.15 Sơ đồ kết nối PLC
Lập trình
Hình 2.17 Lưu đồ thuật toán
8i2.5.2 Sơ đồ bố trí thiết bị điện
Hình 2.18 Mô hình bố trí thiết bị điện
1 – mạng nhựa đi dây điện 5 – tấm đỡ
3 – aptomat 7 – mắc cài thiết bị
4 – cầu đấu điện 8 – rơ-le 8 chân 24v
Các bước khởi tạo chương trình
Bước 1: Khởi tạo chương trình, add project name, chọn vị trí lưu
Bước 2: Chọn Theo mã PLC ở phần cứng: Cần lựa chọn đúng mã và đúng phiên bản của PLC tại phần cứng.
Bước 3: Setup địa chỉ IP: Lưu ý sử dụng địa chỉ IP không trung với địa chỉ của PC.
Bước 4: Viết bảng symbol, ký hiệu để dễ kiểm soát chương trình hơn:
Bước 5: Bắt tay vào viết chương trình
Bước 6: Đổ chương trình cho PLC Network 1 :
2.7 Kiểm tra trước khi vận hành hệ thống, ta nên kiểm tra lại toàn bộ hệ thốn g để đảm Kiểm tra vận hành
Để hệ thống hoạt động hiệu quả, các phần tử cần được kết nối chính xác, từ đó giảm thiểu lỗi trong quá trình vận hành Điều này giúp người vận hành dễ dàng quản lý và điều khiển hệ thống một cách hiệu quả hơn.
- Kết nối nguồn khí cho hệ thống và bật Aptomat cung cấp nguồn điện cho mô hình.
Kết luận chương 2
3.1 Nội dung thực hiện được trong đề tài.
Sau khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp “ THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN MÁY TIỆN
PHÔI TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH ” Em đã hoàn thành được nội dung sau:
- Hoàn thành thuyết minh về cơ sở lý thuyết và nguyên lý hoạt động, đưa ra được phương pháp lập trình.
Củng cố kiến thức về thiết kế mạch điện và PLC, xử lý lỗi trong hệ thống hoạt động, và hiểu rõ tầm quan trọng của khoa học kỹ thuật trong tự động hóa sản xuất là rất cần thiết Ngoài ra, việc nắm bắt các ứng dụng thực tiễn của khoa học kỹ thuật cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu quả sản xuất.
- Đã thực hiện được nhiệm vụ của để tài, tận dụng được tối đa các thiết bị sẵn có.
- Hình thành những kỹ năng cơ bản về xây dựng một hệ thống điều khiển tự động trong công nghiệp.
- Nâng cao được kỹ năng thực hành, áp dụng được lý thuyết vào thực tế.
- Hình thành kỹ năng kiểm tra và sửa lỗi khi hệ thống gặp trục trặc.
- Sử dụng được các phần mềm như AUTOCAD, INVENTOR, TIA POTAL V15.
Qua đồ án này, tôi đã tiếp cận thực tế, bổ sung kiến thức lý thuyết và nâng cao kỹ năng thực hành Làm việc nhóm mang lại cơ hội cho tôi học hỏi, rèn luyện và tích lũy kinh nghiệm quý báu.
Do hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm, đồ án này vẫn còn một số vấn đề chưa được giải quyết triệt để, như việc mô hình hoạt động đôi khi chưa chính xác.