Nghiên cứu xây dựng mô hình dây chuyền tự động cấp phôi và gia công ren

Mục đích nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu xây dựng mô hình dây chuyền tự động cấp phôi và gia công ren để sử dụng được trong việc giảng dạy, học tập áp dụng cho các môn học điều khiển

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong nền sản xuất hiện đại, việc thành lập các hệ thống sản xuất linh hoạt đóng một vai trò hết sức quan trọng Tự động hoá các quá trình sản xuất ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) được

tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất

Hiện nay ở nước ta nghiên cứu về FMS mới chỉ bắt đầu Tài liệu về lĩnh vực này còn rất ít Các mô hình hệ thống FMS mới được trang bị ở một số trường đại học và cao đẳng trên cả nước Song song với việc tiếp xúc những thiết bị hiện đại

là việc rất cần có tài liệu giảng dạy và học tập của học viên Đáp ứng nhu cầu, nắm bắt, tiếp cận nhanh hơn với những hệ thống tự động hóa sản xuất hiện đại, tiên tiến trong thực tế và để nâng cao chất lượng đào tạo và nguồn nhân lực về tự động hoá

Bản thân là một Giáo viên đang giảng dạy về lĩnh vực điện tự động hóa

nhận thấy nhu cầu là rất cần thiết, do đó tác giả đã lựa chọn đề tài :“Nghiên cứu xây dựng mô hình dây chuyền tự động cấp phôi và gia công ren ” Đây cũng là

vấn đề được nghiên cứu và giải quyết trong trong bản luận văn này

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu xây dựng mô hình dây chuyền tự động cấp phôi và gia công ren

để sử dụng được trong việc giảng dạy, học tập áp dụng cho các môn học điều khiển PLC, mạng truyền thông công nghiệp, tự động hóa sản xuất v.v, trong các trường đào tạo nghề nói riêng và các trường kỹ thuật nói chung

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tƣợng nghiên cứu trong đề tài: :“Nghiên cứu xây dựng mô hình dây

chuyền tự động cấp phôi và gia công ren ” phục vụ cho công tác giảng dạy,

nghiên cứu khoa học của trường Cao đẳng Cộng đồng Hải Phòng

Phạm vi nghiên cứu trong đề tài: Đề tài nghiên cứu, tìm hiểu trang thiết

bị, nguyên lý hoạt động của hệ thống phân loại phôi và gia công tạo ren Sử dụng phần mềm Simatic S7-300 vẽ lưu đồ thuật toán và viết chương trình điều khiển

điều khiển PLC S7 - 300 và xây dựng giao diện điều khiển giám sát trên máy tính

Nghiên cứu, thu thập các tài liệu có liên quan về hệ thống sản xuất linh hoạt Tìm hiểu trang thiết bị các phần tử điều khiển, cơ cấu chấp hành, hệ truyền động điện và nguyên lý hoạt động hai công đoạn tay gắp và gia công sản phẩm

Xây dựng chương trình điều khiển liên kết hoạt động và trao đổi dữ liệu giữa hai PLC của quá trình gắp và gia công sản phẩm

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: Là cơ sở hoàn thiện kiến thức về tự động hóa từng công

đoạn và tự động hóa cả dây truyền sản xuất

Thực tiễn: Đề tài có thể sử dụng vào việc dạy và học cho cả lý thuyết và

thực hành, đặc biệt phù hợp với giáo án tích hợp trong việc đào tạo nghề

Kết quả nghiên cứu của đề tài hoàn toàn có thể áp dụng vào thực tế trong các trường nghề nhằm nâng cao chất lượng đào tạo và áp dụng trong các nhà máy hiện đại vừa và nhỏ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CẤP PHÔI VÀ GIA CÔNG TẠO LỖ

REN TRONG HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS

1.1.Giới thiệu chung về hệ thống sản xuất linh hoạt

Đặc điểm của FMS: là khả năng điều chỉnh nhanh các thiết bị và chương trình điều khiển để chế tạo sản phẩm mới Như vậy, nó rất thích hợp không chỉ cho sản xuất hàng khối, hàng loại lớn mà còn cho sản xuất hàng loại vừa và hàng loại nhỏ, thậm chí cả sản xuất đơn chiếc

Hệ thống sản xuất linh hoạt nói chung gồm các phần sau:

- Thiết bị xử lý như các trung tâm gia công, các trạm lắp ráp và robot

- Thiết bị vận chuyển nguyên vật liệu ví dụ như robot , băng truyền,

- Một hệ thống truyền thông

- Một hệ thống điều khiển bằng máy tính

Trong sản xuất linh hoạt, các máy gia công tự động như: máy tiện, phay, khoan và hệ thống vận chuyển nguyên liệu tự động giao tiếp với nhau thông qua mạng máy tính

Hệ thống sản xuất linh hoạt có những ưu điểm sau:

- Linh hoạt trong việc xây dựng và tích hợp hệ thống sản xuất

- Sản xuất đồng thời được nhiều loại sản phẩm khác nhau

- Giảm thời gian thiết lập và thời gian chờ đợi trong sản xuất

- Sử dụng thiết bị máy móc hiệu quả

- Giảm chi phí sản xuất cho nhân công lao động

- Có khả năng xử lý nhiều loại nguyên liệu khác nhau

- Khi một máy bị sự cố các máy khác vẫn tiếp tục làm việc được

1.1.2.Giới thiệu về hệ thống sản xuất linh hoạt MPS 500

Hệ MPS 500 là sự minh họa lý tưởng cho tự động hóa trong tổng thể phức tạp của hệ thống (hình 1.1) Bao gồm:

Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống MPS- 500

Hệ MPS 500 có cấu trúc liên kết theo công nghệ điều khiển phân tán Hệ

thống gồm 11 trạm được bố trí như sơ đồ hình 1.2

Mỗi trạm có một bộ điều khiển riêng thích hợp với nhu cầu cần thiết

riêng của nó Có nghĩa là mỗi trạm có thể vận hành được một mình hoặc là một

phần của hệ thống

Các trạm MPS được nối trạm này với trạm khác và với băng truyền bằng

cáp Lab (hình 1.3) Điều đó làm cho hệ truyền thông nhìn thấy được và dễ vận

hành

Hình 1.3: Tín hiệu kết nối trạm dùng cáp Ngoài ra hệ thống còn có cấu trúc

S Phân loại

H Tay gắp

L Kho chứa

M Lắp ráp

R Robot

Băng chuyền

P Kiểm tra

V Cấp phôi

H Tay gắp

B Gia công

Q Giám sát

- Truyền thông mức 1 với I/O và AS-I

- Truyền thông mức 2 với mạng Fieldbus/Ethernet công nghiệp

- Hệ thống điều khiển, giám sát thông qua mạng Fieldbus/Ethernet

- Xây dựng mạng theo yêu cầu riêng và điều khiển hệ thống

Cấu trúc liên kết truyền thông của hệ thống MPS-500 được thể hiện như hình 1.4

Hình 1.4: Cấu trúc liên kết truyền thông trong hệ MPS

1.2 Tổng quan về công đoạn cấp phôi và gia công ren

Công đoạn gắp và gia công sản phẩm bao gồm hai trạm máy: trạm tay gắp (Handling station) và trạm gia công (Processing station) được bố trí như hình 1.5

Hình 1.5: Mô hình công đoạn cấp phôi và gia công lỗ ren Mỗi trạm được điều khiển bằng một bộ điều khiển lập trình PLC S7-300 và thực hiện một nhiệm vụ riêng, thực hiện các yêu cầu riêng của quá trình sản xuất

1.2.1.Chức năng và nhiệm vụ

Công đoạn Tay gắp:

Hình 1.6: Sơ đồ khối công đoạn Tay gắp

Hình 1.7: Sơ đồ khối công đoạn Gia công Quá trình gắp và gia công sản phẩm sẽ thực hiện vận chuyển Chi tiết phôi hình trụ tròn và có đục lỗ sẵn Chi tiết phôi sẽ đưa vào trạm tay gắp ở vi tri giá đỡ phôi tại đây phôi sẽ được xy lanh gắp lên Sau đó xy lanh vận chuyển sẽ đưa phôi sang vị trí của trạm gia công và thả phôi xuống modul bàn quay phân độ Sau đó chi tiết phôi sẽ được bàn quay đưa sang kiểm tra phôi đã được đặt đúng chiều chưa (phôi có lỗ hướng lên trên) Sau đó phôi lại tiếp tục được đưa đi doa và làm bóng lỗ Kết thúc quá trình doa và làm bóng lỗ chi tiết phôi được đưa ra vị trí xác định sẵn và tay gắp lại thực hiện gắp phôi ra và thả vào máng chứa tại trạm tay gắp Kết thúc một chu trình

Phôi ở

giá đỡ

phôi

Xylanh gắp phôi

Xylanh vận chuyển phôi

Trạm Gia công

Máng chứa phôi

Bộ điều khiển

Phôi ở

trạm

Tay gắp

Bàn quay phân độ

Kiểm tra phôi

Gia công khoan

Trạm Tay gắp

Bộ điều khiển

1.3.Kết luận

Mô hình nghiên cứu, mô phỏng lại chu trình làm việc của một dây chuyền sản xuất tự động, mô hình hoạt động cho ta thấy được quy trình làm việc khép kíncủa các dây chuyền sản xuất hiện đại

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300 VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN

HỆ TRUYỀN ĐỘNG CỦA HAI CÔNG ĐOẠN CẤP PHÔI VÀ GIA CÔNG

LỖ REN 2.1 Tổng quan về bộ điều khiển PLC S7-300

2.1.1 Giới thiệu chung

Để đáp ứng yêu cầu tự động hoá ngày càng tăng đòi hỏi kĩ thuật điều khiển phải có nhiều thay đổi về thiết bị cũng như về phương pháp điều khiển Vì vậy người ta phát minh ra bộ điều khiển lập trình rất đa dạng như: PLC…

Sự phát triển của PLC đem lại cho chúng ta có nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác công việc trở nên nhanh nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn Nó có thể thay gần như toàn bộ các phương pháp điều khiển trước đây Như vậy PLC có rất nhiều tính năng ưu việt và thích hợp trong môi trường công nghiệp là:

Khả năng chống nhiễu tốt

Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc thiết kế mở rộng, cải tạo nâng cấp

Có những modul chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt

Lập trình được, lập trình dễ dàng là đặc điểm quan trọng để đánh giá một hệ thống điều khiển tự động

*) Nguyên lý về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình PLC

Hỡnh 2.1: Cấu trỳc của một bộ điều khiển PLC Hiện nay trờn thị trường cú cỏc loại PLC của cỏc hóng sản xuất như: Omron, Mitsubishi, Siemens, ABB…

Logo: Là dũng sản phẩm sơ cấp và thường được sử dụng cho những ứng

dụng nhỏ, cú tỏc dụng thay thế cho ứng dụng sử dụng nhiều rơle trung gian,timer nhằm giảm khụng gian lắp đặt tủ điện Vỡ logo chỉ là những logic modul nờn chỉ được sử dụng cho việc thay thế những mạch số đơn giản cú số lượng I/O nhỏ 24

In, 16 Out

Ƣu điểm : Dễ dàng sử dụng, lập trỡnh và thay đổi dữ liệu Cú thể lập trỡnh

trực tiếp trờn Logo bằng cỏch sử dụng Logo cú màn hỡnh Giỏ thành tương đối hợp

lớ

Ứng dụng : Được ứng dụng nhiều trong chiếu sỏng cụng cộng, chiếu sỏng

trong toà nhà và một số mỏy đơn giản

Bộ nhớ ch-ơng trình

Bộ VXL trung tâm + Hệ điều hành

Bộ đệm vào/ra

Timer Counter Bít cờ

Cổng và ra Onboard

Cổng ngắt và

đếm tốc độ cao

Quản lý ghép nối Bus của PLC

S7- 300: Là dòng sản phẩm cao cấp, thường được dùng cho những ứng dụng

lớn với những yêu cầu I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng

Với mục đích điều khiển, giám sát nhiệt độ của hệ thống tank nấu và các hệ thống tự động khác trong nhà máy bia, với điều kiện thực tế thông thường người ta

sử dụng PLC S7-200, 300 Trong nội dung đồ án, việc điều khiển giám sát cũng thông qua PLC S7-300

2.1.2 Các modul PLC S7-300

Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng vào thực tế phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình Chúng được sử dụng theo kiểu các modul, số lượng modul nhiều hay ít tuỳ vào yêu cầu thực tế, xong tối thiểu bao giờ cũng có một modul chính là CPU, các modul còn lại nhận truyền tín hiệu với các đối tượng điều khiển, các modul chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ, van thuỷ khí …Chúng gọi chung là modul mở rộng Cấu hình của một trạm PLC S7-300 như sau :

Hình 2.2 : Cấu hình một thanh rack các modul của một trạm PLC S7-300

2.1.2.1 Modul CPU

Modul CPU là loại modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)… và có thể còn có một vài cổng vào ra số Các cổng vào ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào ra Onboard

Hình 2.3: Một số CPU của PLC S7-300

PLC S7_300 có nhiều loại modul CPU khác nhau Chúng được đặt tên theo bộ

vi xử lý có trong nó như modul CPU312, modul CPU314, modul CPU315…

Những modul cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated Function Module) Ví dụ như modul CPU312 IFM, modul CPU314 IFM…

Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán Các CPU 312 IFM CPU 314C-2PTP CPU 314 CPU 314C-2DP

loại modul này phân biệt với các loại modul khác bằng cụm từ DP (Distributed Port) như là modul CPU314C-2DP

2.1.2.1 Modul mở rộng

Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu modul Các modul này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau Việc xây dựng PLC theo cấu trúc modul rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở rộng hệ thống Số các modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng dụng nhưng tối thiểu bao giờ cũng phải có một modul chính là modul CPU, các modul còn lại là những modul truyền và nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên ngoài như động cơ, các đèn báo, các rơle, các van từ Chúng được gọi chung là các modul mở rộng

Các modul mở rộng chia thành 5 loại chính:

a) Module nguồn nuôi (PS - Power supply)

Có 3 loại: 2A, 5A, 10A

b) Module xử lý vào/ra tín hiệu số (SM - Signal module)

Modul mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:

DI (Digital input): Modul mở rộng các cổng vào số Số các cổng vào số mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại modul

DO (Digital output): Modul mở rộng các cổng ra số Số các cổng ra số mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại modul

DI/DO (Digital input/Digital output): Modul mở rộng các cổng vào/ra số Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8ra hoặc 16 vào/16 ra tuỳ từng loại modul

AI (Analog input): Modul mở rộng các cổng vào tương tự Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4, 8 tuỳ từng loại modul

AO (Analog output): Modul mở rộng các cổng ra tương tự Số các cổng ra tương tự có thể là 2, 4 tuỳ từng loại modul

AI/AO (Analog input/Analog output): Modul mở rộng các cổng vào/ra tương

tự Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hay 4 vào/4 ra tuỳ từng loại modul

Các CPU của S7_300 chỉ xử lý được các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu analog đều phải được chuyển đổi thành tín hiệu số Cũng như các modul số, người sử dụng cũng có thể thiết lập các thông số cho các modul analog

c) Modul ghép nối (IM - Interface modul)

Các modul ghép nối (IM) cho phép thiết lập hệ thống S7_300 theo nhiều cấu hình, S7-300 cung cấp 3 loại modul ghép nối sau:

IM 360: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul trên

đó với khoảng cách tối đa là 10 m lấy nguồn từ CPU

IM 361: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm ba tầng, với một tầng chứa 8 modul với khoảng cách tối đa là 10 m đòi hỏi cung cấp một nguồn 24 VDC cho mỗi tầng

IM 365: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul trên

đó với khoảng cách tối đa là 1m lấy nguồn từ CPU

d) Modul chức năng (FM - Function modul)

e) Module truyền thông (CP - Communication modul)

Khi I0.0 và I0.1 đồng thời lên mức 1 thì ngõ ra Q0.0 ON

Hình 2.5: Phân chia các vùng ô nhớ trong CPU

2.1.5 Bộ đếm (Counter)

Ví dụ: Loại Counter đếm lên và đếm xuống

CU: Tín hiệu đếm lên (BOOL)

User program (EEPROM)

User program (RAM)

ACCU1 ACCU2 Accumulator

AR1 AR2

Address register

DB (share)

DI (instance) Data block register

Status Status word

Q : Ngừ ra

CV : Giỏ trị hiện tại của bộ đếm dạng Integer

CV_BCD: Giỏ trị hiện tại của bộ đếm dạng BCD

Loại Counter đếm lờn

Giống loại Counter trờn nhưng khụng cú chõn

kớch đếm xuống

2.1.6 Truyền thụng giữa PLC và PC

Để truyền thụng giữa PLC và PC ta phải cú cỏp nối giữa PLC và PC Ta dựng cỏp nối PC/MPI qua bộ chuyển đổi RS232/RS485

Cơ chế truy xuất dữ liệu của PLC từ PC:

+ Mỏy tớnh đọc dữ liệu từ PLC:

Để dọc dữ liệu của PLC, mỏy tớnh gửi tớn hiệu đến PLC yờu cầu PLC truyền

dữ liệu đến nú Khi PLC nhận được yờu cầu gửi dữ liệu từ PC thỡ nú truyền dữ liệu đến PC Mỏy tớnh nhận dữ liệu từ PLC gửi đến và nú sẽ thụng bỏo cho PLC biết là

đó nhận được dữ liệu

Hỡnh 2.7: Mụ tả PC đọc thụng tin về bộ nhớ và trạng thỏi hoạt động của PLC

Bộ chuyển đổi tín hiệu (Card MPI)

Đáp ứng

+ Máy tính gửi dữ liệu đến PLC:

Để truyền dữ liệu từ PC đến PLC, PC gửi tín hiệu yêu cầu PLC nhận dữ liệu

và nếu PLC đồng ý nhận thì PC sẽ truyền dữ liệu đến PLC Khi PLC nhận được dữ liệu từ PC truyền đến nó sẽ báo cho PC biết là đã nhận xong

Hình 2.8: PC ghi dữ liệu về bộ nhớ và trạng thái hoạt động của PLC

+ PLC gửi dữ liệu đến máy tính:

Trường hợp này thuộc loại truyền thông một chiều từ PLC đến PC

Hình 2.9: PC gửi dữ liệu đến máy tính

2.2.Trang thiết bị trong công đoạn gắp và gia công sản phẩm

2.2.1.Trang thiết bị trong công đoạn tay gắp

Bộ chuyển đổi tín hiệu (Card MPI)

vận chuyển Để thực hiện nhiệm vụ trên trạm có các thiết bị đo lường, điều khiển và chấp hành sau:

- Giá đỡ phôi

Chi tiết phôi được đưa vào bằng tay vào trong

giá đỡ phôi Các chi tiết phôi được phát hiện trong giá

đỡ bằng cảm biến quang điện khuyếch tán (hình 2.10)

Mô đun máng trượt được sử dụng để lưu trữ các chi tiết phôi như (hình 2.11)

Hình 2.11: Máng chứa phôi

- Mô đun PicAlfa

Mô đun PicAlfa sử dụng để vận hành công nghiệp các linh kiện, định vị trí nhanh, chính xác nhờ xy lanh không trục khí nén với các vị trí cuối hành trình hiệu chỉnh được và có giảm chấn Xy lanh thẳng, phẳng với cảm biến vị trí cuối hành trình được sử dụng như xy lanh nâng hạ cho trục Z Mô đun PicAlfa linh hoạt khác thường: Hành trình dài, trục có độ nghiêng, cấu hình được cảm biến vị trí cuối hành trình và vị trí lắp ráp hiệu chỉnh được Mô đun có thể thích nghi các dải rộng của các nhiệm vụ vận chuyển khác nhau mà không cần bất kỳ các phần

tử phụ công thêm nào (hình 2.12)

Hình 2.12: Mô đun PicAlfa

Mô đun gồm có:

+ Xylanh gắp phôi: làm nhiệm gắp phôi, hành trình thực hiện là nâng lên và

hạ xuống Hành trình lên xuống có thể điều chỉnh được nhờ việc thay đổi vị trí của hai cảm biến cảm ứng điện từ gắn trên thân xy lanh để xác định vị trí của trục piston

+ Xylanh chuyển phôi: cơ cấu chấp hành này có nhiệm vụ vận chuyển cả xylanh gắp phôi và phôi Hành trình sang phải và sang trái cũng có thể điều chỉnh được nhờ việc thay đổi vị trí của các cảm biến cảm ứng điện từ xác định vị trí của trục piston

+ Hàm kẹp phôi: được gắn trên đầu trục của xy lanh gắp phôi có nhiệm giữ phôi trong quá trình vận chuyển Trên tay kẹp phôi có đặt một cảm biến quang để phát hiện sự tồn tại của phôi

Tốc độ dịch chuyển trục piston của các xy lanh có thể điều chỉnh được nhờ sử dụng các van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng dòng khí

- Thiết bị điều khiển gồm có:

+ Cảm biến tiệm cận cảm ứng từ : xác định vị trí của trục piston, đây là loại công tắc hành trình không dùng tiếp xúc cơ khí và hoạt động dựa trên nguyên

lý cảm ứng điện từ Các cảm biến tiệm cận cảm ứng từ này được gắn trên thân của

xy lanh gắp phôi và xy lanh chuyển phôi để xác định vị trí trục pis ton

+ Cảm biến quang khuếch tán: làm nhiệm vụ phát hiện sự có mặt của phôi trong giá chứa phôi và trong hàm kẹp phôi

+ Bộ lọc khí và điều áp: không khí lấy từ máy nén khí trước khi được phân phối để điều khiển các thiết bị cần phải được đi qua bộ lọc khí để tách hơi nước

và đảm bảo dòng khí sạch không có bụi bẩn làm ảnh hưởng đến quá trình điều khiển cũng như tuổi thọ của các thiết bị trong hệ thống Trên bộ lọc khí còn bố trí van điều áp để có thể điều chỉnh áp suất dòng khí đa vào hệ thống, tránh hiện tượng áp suất tăng quá cao ảnh hưởng đến quá trình làm việc (hình 2.13)

Hình 2.13: Bộ lọc khí và điều áp + Tổ hợp van điều khiển khí nén: Các van điều khiển khí nén được bố trí thành một cụm dùng chung đường cấp khí và xả khí, có đầu tiêu âm để nhỏ hoá thiết bị và đơn giản đường cấp khí Tác động đảo trạng thái các van là tác động điện được điều khiển bằng PLC (hình 2.14)

Hình 2.14: Cụm van điều khiển và bộ phân phối điện + Bộ phân phối điện: có nhiệm vụ cung cấp nguồn nuôi, tín hiệu điều khiển, tín hiệu đo lường cho cảm biến và các cơ cấu chấp hành có trên trạm

+ Van tiết lưu: dòng khí nén trước khi đến các cơ cấu chấp hành cần phải qua van tiết lưu để điều chỉnh lưu lượng của dòng khí theo yêu cầu, qua đó điều khiển tốc độ dịch chuyển của cơ cấu chấp hành

+ Bộ điều khiển PLC S7-300 của Siemens

2.2.2 Trạm thiết bị trong công đoạn gia công

Trạm gia công thực hiện nhiệm vụ doa và đánh bóng chi tiết phôi Trên trạm gia công gồm có các thiết bị đo lường, điều khiển và chấp hành sau:

Mô đun bàn quay phân độ

Hình 2.15: Mô đun bàn quay phân độ Trong trạm gia công, các chi tiết phôi được kiểm tra và gia công trên bàn quay phân độ Dẫn động cho bàn quay phân độ được vận hành bằng động cơ một chiều liền hộp số giúp cho tốc độ động cơ ổn định Bàn quay được thiết kế chia thành 6 giá đỡ vị trí của mỗi giá lệch nhau 1 góc 600 Vị trí của mỗi giá đỡ được định vị chính xác bởi một cảm tiệm cận điện từ đặt phía dưới bàn quay, cảm biến này sẽ xác định đầu đai ốc được bắt tại vị trí tâm của mỗi giá đỡ Nhờ đó ta có thể điều khiển chính xác vị trí góc quay của bàn phân độ Mỗi giá đỡ của bàn quay đươc thiết kế hình bán cung tròn theo kích thước của chi tiết phôi giúp cho phôi chi tiết phôi nằm chắc chắn trên bàn quay trong quá trình vận chuyển và gia công Tại

vị trí chứa phôi có lỗ ở giữa tâm để tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát hiện phôi bằng cảm biến tiệm cận điện dung đặt dưới bàn quay Hình ảnh bàn quay phân độ được minh họa theo hình 1.13

- Mô đun kiểm tra

Làm nhiệm vụ kiểm tra chiều của chi tiết phôi

trên bàn quay phân độ nhờ một Selenoid Cảm biến tiệm

cận điện từ sẽ phát hiện đầu đai ốc ở vị trí trên của lõi

thiết bị Hình ảnh mô đun kiểm tra được minh họa như

hình 2.16

- Mô đun khoan

Hình 1.16: Mô đun kiểm tra Hình ảnh cho mô đun khoan được thấy qua hình 2.17 Mô đun khoan

+ Thiết bị kẹp bằng điện để giữ chặt chi tiết phôi trên bàn quay

+ Động cơ khoan làm nhiệm vụ doa và làm bóng lỗ phôi Là một động cơ 1 chiều

+ Động cơ nâng hạ làm nhiệm vụ nâng hạ khoan trong hình gia công Hoạt động nhơ cơ cấu trục dẫn động thẳng với động cơ đai răng thực hiện đảo chiều quay

Các thiết bị điều khiển gồm có:

Hình 2.17: Mô đun khoan + Cảm biến tiệm cận điện dung: được dùng để phát hiện chi tiết phôi Chi tiết phôi làm thay đổi điện dung của tụ điện lắp trong đầu cảm biến Chi tiết phôi được phát hiện không phụ thuộc vào mầu sắc và vật liệu

+ Cảm biến tiệm cận điện từ: được dùng cho định vị trí của bàn quay phân độ Cảm biến tiệm cận tự cảm phát hiện đối tượng kim loại và định hướng của chi tiết phôi Khoảng cách chuyển mạch là chức năng của vật liệu và bề mặt hoàn thiện + Công tắc micro: dùng để nhận biết vị trí dừng cuối hành trình của trục dẫn động thẳng Nó được tác động bằng bàn trượt của trục dẫn động thẳng

2.3.Tổng quan về điều khiển Điện - Khí nén

2.3.1.Hệ thống điều khiển Điện - Khí nén

Khí nén đã từ lâu đóng vai trò quan trọng như công nghệ nâng cao hiệu suất của công việc cơ khí Nó được sử dụng trong sự phát triển các giải pháp tự động hóa Trong đa số các ứng dụng, khí nén được sử dụng cho một hoặc nhiều chức

Tín hiệu ra Các phần tử điều khiển

- Van đảo chiều

Các phần tử trong hệ thống điều khiển gồm có:

+ Các van điều khiển hướng: có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở hay thay đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén Kí hiệu các van điều hướng được thấy qua bảng 2.1

Bảng 2.1: Kí hiệu các van điều khiển hướng

Van điều khiển hướng 2/2

Van điều khiển hướng 3/2 (thường mở)

Van điều khiển hướng 4/2

Bảng 2.2: Kí hiệu cửa nối van theo tiêu chuẩn ISO 5599 và ISO 1219

ISO 5599-3 ISO 1219

Cửa nối van với nguồn (từ bộ lọc khí) 1 P

Khi tác động cho một van điều khiển hướng phải đưa ra sự cân nhắc cho phương pháp tác động ban đầu của van và phương pháp tác động hồi trở lại Thông thường có hai phương pháp khác nhau cả hai phương pháp được thể hiện trên kí hiệu tương ứng với từng phía của hộp vị trí Cũng có thể có thêm vào các phương pháp tác động như điều khiển bằng tay được thực hiện riêng rẽ

Ngay nay, sự phát triển của các van điều hướng theo hướng:

Đế van và lắp ghép nhiều van trên một đế với việc cấp và xả thông thường Các van điều khiển hướng được tối ưu hóa về thể tích, lực tác động và tải làm việc Kết quả là van chuyển mạch nhanh

Bên trong van được thiết kế đặc biệt để đạt được lưu tốc lớn

Các van đa chức năng với đặc tính thay đổi được thông qua các dấu xi và đệm kín khác nhau

Nhiều van trong một cấu trúc đơn vị (trình tự)

Lắp ghép van điều hướng trên xy lanh

Các van được gắn chung trên một đế sử dụng một cửa cung cấp khí nén thông thường (ở giữa) và các cửa xả (bên ngoài) Cửa xả có thể gắn ống riêng rẽ hoặc

kết cấu tủ điều khiển (hình 2.19)

Hình 2.19: Hình ảnh trạm Valve Festo Van một chiều

Van một chiều (van cản) là cơ sở cho sự phát triển của rất nhiều các thiết bị kết hợp Có hai cấu hình chính cho các van một chiều, có hoặc không có lò xo hồi trở lại Để đảm bảo mở được van, lực áp suất tác động lên lò xo hồi phải lớn hơn lực lò xo (hình 2.20)

Kí hiệu:

Hình 2.20: Kí hiệu van một chiều và van song áp

- Van tiết lưu

Phần lớn các van điều khiển lưu lượng là điều chỉnh được và cho phép điều khiển dòng theo cả hai hướng Đối với van tiết lưu một chiều, một van một chiều được lắp song song với van điều khiển lưu lượng thì điều khiển lưu lượng chỉ hiệu quả theo một hướng

Kí hiệu:

Hình 2.21: Kí hiệu van tiết lưu

- Phần tử động lực: phần tử động lực bao gồm các thiết bị điều khiển và các

bộ phận động lực hoặc truyền động.Các truyền động cụ thể chia theo nhóm:

+ Truyền động tịnh tiến: xy lanh tác dụng đơn, xy lanh tác dụng kép (xem bảng 2.3)

Xy lanh tác dụng đơn

Xy lanh tác dụng kép có giảm chấn hiệu

chỉnh được

Xy lanh tác dụng kép với cần hai phía

Xy lanh tinh tiến với nối ghép từ tính

+ Truyền động quay: cơ cấu chấp hành truyền động quay được chia thành chuyển động liên tục và chuyện động góc quay giới hạn Góc quay giới hạn

có thể là cố định hoặc điều chỉnh được góc dịch chuyển Truyền động quay có thể có đệm giảm chấn phụ thuộc vào tải và tốc độ hoạt động ( xem bảng1.6)