Thiết kế chế tạo hệ thống chấp hành cho máy quấn biến áp tự động

i LỜI NÓI ĐẦU - - Trong công đổi đất nước, với mục tiêu chiến lược Công nghiệp hóa - đại hóa đất nước, nhằm đưa kinh tế phát triển với tốc độ cao nhằm sánh vai với quốc gia phát triển giới, lĩnh vực tự động hóa đóng vai trò quan trọng Cơ - Điện tử ngành khoa học tổng hợp liên ngành khí xác, điện tử, điều khiển tư hệ thống thiết kế phát triển sản phẩm Đây ngành quan trọng thiếu phát triển khoa học kỹ thuật đại Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ điều khiển kỹ thuật số điều khiển máy tính vào lĩnh vực công nghiệp trở nên ngày phổ biến đặc biệt việc ứng dụng máy móc Điều dẫn đến việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy điều khiển số điều tất yếu công công nghệp hóa đại hóa đất nước Theo xu hướng đó, việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo thành công máy “Máy Quấn Dây Biến Thế Tự Động”là việc vô cấp thiết, để từ thực cải tiến máy công cụ truyền thống tồn số sở sản xuất trở thành máy quấn dây tự động với giá thành chấp nhận điều kiện công nghiệp non nước ta Từ sở trên, chúng em định chọn mô hình máy “Quấn Dây Biến Thế Tự Động” làm đề tài nghiên cứu Mặc dù chúng em cố gắng để hoàn thiện hệ thống nhiều khó khăn tài kiến thức nên không tránh khỏi thiếu sót Mong nhận đóng góp Quý thầy cô Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Thăng Long thầy môn Cơ điện tử giúp đỡ suốt thời gian thực đề tài tốt nghiệp Cuối chúng em xin chân thành cảm ơn, kính chúc Quý thầy cô dồi sức khỏe Nha Trang, tháng năm 2012 Sinh viên thực Lê Hữu Bách ii MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH iv CHƯƠNG TỔNG QUAN MÁY VỀ QUẤN DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.1 Cấu tạo chung máy quấn dây 1.1.2 Phương pháp phối hợp điều khiển cấu máy quấn dây 1.2 SO SÁNH MÁY QUẤN DÂY BIẾN ÁP BẰNG TAY VÀ MÁY QUẤN DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG 1.3 SỰ CẦN THIẾT PHẢI TỰ ĐỘNG HÓA MÁY QUẤN DÂY 1.3.1 Nâng cao suất 1.3.2 Giảm chi phí nhân công 1.3.3 Nâng cao chất lượng sản phẩm 1.3.4 Rút ngắn thời gian sản xuất 1.3.5 Tự động hóa mang lại hiệu nhanh, suất chất lượng ổn định 1.4 GIỚI THIỆU MỘT SỐ SẢN PHẨM MÁY QUẤN DÂY CÓ TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY 1.4.1 Máy quấn dây tự động biến áp hình xuyến 1.4.2 Máy quấn động biến áp BA-X250 1.4.3.Máy quấn dây biến áp RX13-5020 RX15-3640 10 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 12 2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 13 2.2.1 Các phương án thiết kế 13 2.2.2 Thiết kế phần khí cho máy quấn dây biến áp tự động 18 2.2.3 Phân tích lựa chọn động trục vít me 21 iii 2.2.4 Vật liệu chế tạo máy quấn dây biến áp tự động 36 2.2.5 Thiết kế mạch điều khiển 42 2.2.6 Sơ đồ giải thuật 54 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 56 3.1 THỰC NGHIỆM VÀ KIỂM TRA KẾT CẤU CỦA MÁY QUẤN DÂY 57 3.2 THỰC NGHIỆM KIỂM TRA ĐỘNG CƠ 62 3.3 KIỂM TRA NGUỒN 63 3.4 KIỂM TRA MẠCH ĐIỀU KHIỂN, CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH 63 3.5 THỰC NGHIỆM SẢN PHẨM 64 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 66 4.1 KẾT LUẬN 67 4.2 ĐỀ XUẤT 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 70 iv DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Máy quấn dây diện Hình 1.2 Máy quấn dây AM3175 Hình 1.3 Máy quân dây biến áp tay Hình 1.4 Máy quấn dây tự động .4 Hình 1.5.Máy quấn dây biến áp hình xuyến .5 Hình 1.6.Máy quấn dây động biến áp BA-X250 Hình 1.7.Máy quấn dây RX13-5020 10 Hình 2.1 Mô hình máy quấn dây phương án 14 Hình 2.2 Mô hình máy quấn dây biến áp2 (mặt trước) 15 Hình 2.3 Mô hình máy quấn dây biến áp2(mặt đặt ngang) 15 Hình 2.4 Mô hình máy quấn dây biến áp3(mặt trước) 16 Hình 2.5 Mô hình máy quấn dây biến áp(mặt nhìn từ xuống 17 Hình 2.6 Bản vẽ chế tạo khung máy quấn dây 18 Hình 2.7 Khung máy quấn dây 18 Hình 2.8 Khung bên máy quấn dây biến áp 19 Hình 2.9 Khung ngang máy quấn dây biến áp .19 Hình 2.10 Bản vẽ trục vitme dẫn hướng 19 Hình 2.11 Cơ cấu căng dây 20 Hình 2.12 Cơ cấu hộp giảm tốc 20 Hình 2.13 Cơ cấu rải dây 21 Hình 2.14 Động bước 22 Hình 2.15 Cấu tạo nguyên lý hoạt động động bước nam châm vĩnh cửu 23 Hình 2.16 Sơ đồ cấu trúc động bước nam châm vĩnh cửu pha 24 Hình 2.17 Động bước biến từ trở ba pha, bốn cặp cực .25 Hình 2.18 Cấu trúc động lai .27 Hình 2.19 Cách quấn dây động lai 27 v Hình 2.20 Kết cấu thực tế động lai .27 Hình 2.21 Đồ thị quan hệ momen – tần số bước 29 Hình 2.22 Là giản đồ thời gian điều khiển theo hai cách 31 Hình 2.23 Một số loại động chiều DC 31 Hình 2.24 Một số loại trục vít_đai ốc 32 Hình 2.25 Bộ truyền trục vít_đai ốc .32 Hình 2.26 Trục vít ren hình thang 33 Hình 2.27 Trục vít ren hình chữ nhật .33 Hình 2.28 Trục vít ren hình cưa .33 Hình 2.29 Kết cấu vít me – đai ốc bi chuyên dùng 35 Hình 2.30 Bộ truyền trục vít_đai ốc bi 36 Hình 2.31 Thép V 37 Hình 2.32 Que hàn 38 Hình 2.33 Các loại bulông – đai ốc 38 Hình 2.34 Kết cấu ổ lăn 39 Hình 2.35 Một số loại ổ lăn 40 Hình 2.36 Một số loại bánh 40 Hình 2.37 Mô hình mặt trước sản phẩm 41 Hình 2.38 Mô hình mặt sau sản phẩm .41 Hình 2.39 Hình dạng bên ATEMEGA32 44 Hình 2.40 Sơ đồ chân ATEMEGA 32 .44 Hình 2.41 Sơ đồ khối Atemega32 45 Hình 2.42 Nguồn máy tính .47 Hình 2.43 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 47 Hình 2.44 Nguồn nối nguồn máy tính với mạch công suất .48 Hình 2.45 Sơ đồ khối hiển thị LCD 49 Hình 2.46 Hình LCD 16x2 .49 Hình 2.47 Linh kiện OPTO 50 Hình 2.48 Linh kiện IRF540 50 vi Hình 2.49 Sơ đồ mạch điều khiển động bước 1(động quấn) .51 Hình 2.50 Sơ đồ mạch điều khiển động bước 2(trục vitme) .51 Hình 2.51 Sơ đồ mạch layout 52 Hình 2.52 Mạch điều khiển 53 Hình 2.53 Sơ đồ bàn phím .53 Hình 2.54 Lưu đồ giải thuật điều khiển phối hợp hai động 54 Hình 2.55 Lưu đồ giải thuật điều khiển phối hợp hai động 55 Hình 3.1 Hình ảnh mặt trước máy quấn dây biến áp tự động 57 Hình 3.2 Hình ảnh mặt sau máy quấn dây biến áp tự động 57 Hình 3.3 Cơ cấu trục vítme – đai ốc bi 58 Hình 3.4 Cơ cấu căng dây rải dây 58 Hình 3.5 Cơ cấu truyền động xích bánh 58 Hình 3.6 Cơ cấu đảm bảo độ cân phần rải dây 59 Hình 3.7 Cơ cấu hộp giảm tốc 59 Hình 3.8 Cơ cấu trục quấn phận đảm bảo độ đồng tâm 60 Hình 3.9 Cơ cấu bulong đai ốc .60 Hình 3.10 Hệ thống dây điện mạch điện .61 Hình 3.11 Bộ phận đặt cuộn dây đồng 61 Hình 3.12 Bộ phận thiết lập thông số hiển thị 62 Hình 3.13 Kiểm tra nguồn cho vi điều khiển 63 Hình 3.14 Sơ đồ kết nối dây điện 64 Hình 3.15 Sản phẩm biến áp quấn có chiều dài 4.7 cm 64 Hình 3.15 Sản phẩm biến áp quấn có chiều dài cm 65 CHƯƠNG TỔNG QUAN MÁY VỀ QUẤN DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Máy quấn dây có nhiều chủng loại khác nhau, phân loại theo chức ta có loại máy điển hình sau: Máy quấn dây cáp điện, máy quấn dây hàn (như dây chuyền H8A-VD, W49-VD nhà máy que hàn Việt Đức), máy quấn dây máy điện quay, máy quấn dây biến áp Hình 1.1 Máy quấn dây diện Hình 1.2 Máy quấn dây AM3175 1.1.1 Cấu tạo chung máy quấn dây Một máy quấn dây chia làm phần sau: phần khí, phần điều khiển tự động, phần động + Phần khí gồm: Cơ cấu quấn dây, Cơ cấu rải dây, Cơ cấu nhả dây…v.v + Phần động điện: Động quấn dây, Động rải dây + Phần điều khiển: Bàn phím giao tiếp, hình hiển thị, xử lý trung tâm điều khiển: gồm có Card vi điều khiển có cài đặt chương trình điều khiển giao diện giao sát, đo lường máy tính hình hiển thị, hệ thống có cài đặt thông số giám sát trình hoạt động máy quấn dây 1.1.2 Phương pháp phối hợp điều khiển cấu máy quấn dây Để quấn dây đều, đẹp, không bị đứt ta phải phối hợp việc điều khiển tốc độ động rải dây động quấn dây Nếu tốc độ động quấn chạy với tốc độ nhanh động rải dây phải nhanh Việc rải dây diển liên tục vòng quấn dây Còn để dây quấn không bị đứt vẩn đảm bảo độ căng cần thiết ta phải có cấu tạo độ căng dây Như động phải có ràng buộc lẩn nhau, giám sát điều khiển trung tâm thông qua vi xử lý 1.2 SO SÁNH MÁY QUẤN DÂY BIẾN ÁP BẰNG TAY VÀ MÁY QUẤN DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG Đối với máy quấn biến áp truyền thống phải sử dụng tay để Việc quấn điều chỉnh hoàn toàn người thực hiện, gây lãng phí khoảng thời gian, thêm vào liên kết lớp dây không chắn, gây tượng oxy hóa lớp dây đồng quấn tiếp xúc nhiều với tay chân người làm nó, số sản phẩm tạo đơn vị thời gian nhỏ, kinh tế Hình 1.3 Máy quân dây biến áp tay Hình 1.4 Máy quấn dây tự động Nhưng ngược lại, máy quấn biến áp tự động khác biệt to lớn là: Con người cần nhập thông số loại biến áp số vòng cần quấn… Việc quấn điều khiển hoàn toàn tự động can thiệp của người, việc gá lõi biến áp vào vị trí yêu cầu, hệ thống tự động quấn điều chỉnh thông số kĩ thuật Số sản phẩm tạo lớn gấp nhiều lần so với phương pháp thủ công Mang lại hiệu kinh tế cao 1.3 SỰ CẦN THIẾT PHẢI TỰ ĐỘNG HÓA MÁY QUẤN DÂY 1.3.1 Nâng cao suất Tự động hóa trình sản xuất hứa hẹn việc nâng cao suất lao động Điều có nghĩa tổng sản phẩm đầu đạt suất cao so với hoạt động tay tương ứng 1.3.2 Giảm chi phí nhân công Xu hướng xã hội công nghiệp giới chi phí cho công nhân không ngừng tăng lên Kết đầu tư cao lên thiết bị tự động hoá trở nên kinh tế để thay đổi chân tay Chi phí cao lao động ép nhà lãnh đạo doanh nghiệp thay người máy móc Bởi máy móc sản xuất mức cao, việc sử dụng tự động hoá làm cho chi phí đơn vị sản phẩm thấp 1.3.3 Nâng cao chất lượng sản phẩm Các hoạt động tự động hoá không sản xuất với tốc độ nhanh so với làm tay mà sản xuất với đồng cao xác tiêu chuẩn chất lượng 71 #include /**************************************************/ unsigned char quetphim(void) { for(i=0;i=8) j=0; PORTA=mang_lui_x[j]; } /**********************************************/ void dich_tien(void) { if(j>=8) j=0; PORTA=mang_tien_x[j]; } /***************************************************/ void dk_phoihop(void) //loai day 0.65mm-loi quan 4, 7cm { i++; m++; m1++; 77 dk_quan(); if(m1%400==0) { vong++; m1=0; } if(m>=2) { j++; m2++; m=0; if((m2==6000)||(m2==12000)) { lop++; lop1++; } } if(m212000) { m2=0; } if(lop1>temp) { PORTA=0XFF; PORTC=0XFF; i=0; m=0; m1=0; } 78 delay_us(3000); } /***************************************************/ void dk_phoihop1(void) //day 0.4mm-cung mot chieu dai { i++; m++; m1++; dk_quan(); if(m1%400==0) { vong++; m1=0; } if(m==3) { j++; m2++; m=0; if((m2==4550)||(m2==9100)) { lop++; lop1++; } } if(m29100) { m2=0; } 79 if(lop1>temp) { PORTA=0XFF; PORTC=0XFF; i=0; m=0; m1=0; } delay_us(3300); } /***************************************************/ void dk_phoihop2(void) //day 0.1mm-cung mot chieu dai { i++; m++; m1++; dk_quan(); if(m1%400==0) { vong++; m1=0; } if(m==4) { j++; m2++; m=0; if((m2==4500)||(m2==9000)) { lop++; lop1++; } } if(m29000) { m2=0; } if(lop1>temp) { PORTA=0XFF; PORTC=0XFF; i=0; m=0; m1=0; } delay_us(3500); } /**************************************************/ void reset(void) { j++; dich_tien(); delay_us(3000); } /***************************************************/ void khoi_tao(void) { PORTA=0xFF; DDRA=0x0f; PORTB=0x0f; DDRB=0xf0; PORTC=0xFF; DDRC=0xff; PORTD=0x00; DDRD=0x00; TCCR0=0x00; 81 TCNT0=0x00; OCR0=0x00; TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; ASSR=0x00; TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; MCUCR=0x00; MCUCSR=0x00; TIMSK=0x00; ACSR=0x80; SFIOR=0x00; lcd_init(16); lcd_gotoxy(0, 0); lcd_putsf("Load"); delay_ms(500); lcd_putchar('.'); delay_ms(50); lcd_putchar('.') ; delay_ms(50); lcd_putchar('.') ; delay_ms(50); lcd_clear(); lcd_gotoxy(0, 0); lcd_putsf("DO AN TOT NGHIEP"); lcd_gotoxy(0, 1); lcd_putsf("CN:CO DIEN TU"); 82 delay_ms(1000); lcd_clear(); lcd_gotoxy(0, 0); lcd_putsf("SV:LE HUU BACH"); lcd_gotoxy(0, 1); lcd_putsf("LOP:50CKCD"); delay_ms(1000); lcd_clear(); lcd_gotoxy(0, 0); lcd_putsf("Nhap SoLop:"); lcd_gotoxy(0, 1); lcd_putsf("Nhap DK:"); lcd_gotoxy(12, 1); lcd_putsf("mm"); } /*********************************************************/ void main(void) { char c[10], d[10], tam2=0; khoi_tao(); while (1) { if(tam2==0) // dk_phoihop(); { k=quetphim(); switch(k) { case 14: tam2=3; break; //Mode case 7: lcd_clear(); lcd_putsf("Nhap DK:"); nhap_dk(); tam2=1; break; //Enter 83 case 35: break;//Stop case 49: break; //Shirt case 21: lcd_clear(); lcd_putsf("Nhap solop:"); nhap_solop(); break;//Start } } if(tam2==1) { if((mang2[0]==mang4[0])&&(mang2[1]==mang4[1])&&(mang2[2]==mang4[2])) { dk_phoihop(); lcd_gotoxy(0, 0); lcd_putsf("So lop quan:"); lcd_gotoxy(12, 0); itoa(lop, c); lcd_puts(c); lcd_gotoxy(0, 1); lcd_putsf("So vongquan:"); lcd_gotoxy(12, 1); itoa(vong, d); lcd_puts(d); } if((mang2[0]==mang5[0])&&(mang2[1]==mang5[1])&&(mang2[2]==mang5[2])) { dk_phoihop1(); lcd_gotoxy(0, 0); lcd_putsf("So lop quan:"); lcd_gotoxy(12, 0); itoa(lop, c); 84 lcd_puts(c); lcd_gotoxy(0, 1); lcd_putsf("So vongquan:"); lcd_gotoxy(12, 1); itoa(vong, d); lcd_puts(d); } if((mang2[0]==mang6[0])&&(mang2[1]==mang6[1])&&(mang2[2]==mang6[2])) { dk_phoihop2(); lcd_gotoxy(0, 0); lcd_putsf("So lop quan:"); lcd_gotoxy(12, 0); itoa(lop, c); lcd_puts(c); lcd_gotoxy(0, 1); lcd_putsf("So vongquan:"); lcd_gotoxy(12, 1); itoa(vong, d); lcd_puts(d); } } if(tam2==3) { reset(); if(PINA.4==0) { PORTA=0xff; tam2=0; } } }; } 85 3:18:12 PM ... chọn thiết kế đồ án chúng em 2.2.2 Thiết kế phần khí cho máy quấn dây biến áp tự động 2.2.2.1 Các khung máy quấn dây biến áp tự động Khung dưới: Cố định Hình 2.6 Bản vẽ chế tạo khung máy quấn. .. chuyển động, cấu trượt, tính ổn định, độ cứng vững…từ thiết kế chế tạo máy quấn dây biến áp + Phân tích đưa phương án thiết kế, chế tạo hệ thống khí, thiết kế mạch điều khiển cho phù hợp với hệ thống. .. án thiết kế 13 2.2.2 Thiết kế phần khí cho máy quấn dây biến áp tự động 18 2.2.3 Phân tích lựa chọn động trục vít me 21 iii 2.2.4 Vật liệu chế tạo máy quấn dây biến áp tự động