Tự động hóa quá trình sản xuất

BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT LỜI NĨI ĐẦU Cùng với sụ phát triển không ngừng câc thiết bị truyền dẫn, điều khiển khí nén – thủy lực, loại máy móc áp dụng cơng nghệ tự động hóa ngày phát triển hầu hết lĩnh vực công nghiệp máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển, máy dập, máy xây dựng, máy bay, tàu thủy….Do loại máy móc làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo xác, cơng suất lớn với kích thước nhỏ gọn lắp đặt dễ dàng dây truyền liên hoàn.Trong ngành công nghiệp ngày nay, nhà sản xuất luôn cải tiến áp dụng loại máy tự động nhằm nâng cao xuất lao động, độ xác cho sản phẩm qua giảm giá thành Mơn học “ Tự động hóa q trình sản xuất” mơn học cần thiết cho bạn sinh viên chuyên ngành kỹ thuật như: khí , điện , điện tử, …nhằm trang bị kiến thức tự động hóa phục vụ cho cơng việc sau Trong q trình học mơn học, sinh viên giao nhiệm vụ làm tập lớn theo nhóm nhằm giúp sinh viên hiểu thêm nguyên lý hoạt động hệ thống tự động hóa thường gặp thực tế nâng cao khả làm việc theo nhóm Dưới hướng dẫn thầy giáo Hồng Tiến Dũng nhóm sinh viên lớp LT CD-ĐH Cơ khí – K6 hồn thành tập lớn mơn học “ Tự động hóa q trình sản xuất” Trong q trình làm tập nhóm cố gắng tìm hiểu kiến thức liên quan đến đề tài để hoàn thành tập cách tốt Tuy nhiên điều kiện thời gian hồn thành tập khơng dài nên khơng thể tránh khỏi thiếu xót.Rất mong nhận bảo thêm thầy giáo Page Giảng viên : Hồng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT Phần I: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT Khái qt tự động hóa q trình sản xuất 1.1 Một số khái niệm tự động hóa Tự động hóa q trình sản xuất giai đoạn phát triển sản xuất khí hóa Nó thực phần cơng việc mà khí hóa khơng thể đảm đương điều khiển q trình Với thiết bị vạn bán tự động, chuyển động phụ (tác động điều khiển) người thợ thự hiện, thiết bị tự động hóa máy tự động , tồn q trình làm việc (kể tác động điều khiển) thực tự động nhờ cấu hệ thống điều khiển tự động, không cần đến tham gia trực tiếp người Như vậy, tự động hóa q trình sản xuất tổng hợp biện pháp sử dụng thiết kế trình sản xuất cơng nghệ mới, tiến hành hệ thống có suất cao, tự động thực q trình phụ cấu thiết bị tự động mà không cần đến tham gia người Tự động hóa trình sản xuất ln gắn liền với ứng dụng cấu tự động vào q trình cơng nghệ cụ thể Chỉ có sở q trình cơng nghệ cụ thể thiết lập ứng dụng cấu hệ thống điều khiển tự động Máy tự động máy bán tự động Máy tự động loại máy tự động chu kỳ gia cơng, chuyển sang chu kì cần có giúp đỡ người Máy tự động có khả tự lấy phôi, gá đặt, tiến hành gia công , tháo sản phẩm ra, tự động thực chu kỳ mà không cần giúp đỡ người - 1.2 Mục tiêu tự động hóa Tự động hóa nhằm nâng cao tính cạnh tranh sản phẩm, muốn tự động hóa cần làm chủ vấn đề sau: - Làm chủ giá thành - Làm chủ chất lượng sản phẩm - Khả linh hoạt hóa, thay đổi mẫu mã đáp ứng nhu cầu thị trường Page Giảng viên : Hoàng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT - Phát triển sản phẩm Các phương tiện tự động hóa Ngày nay, để tự động hóa q trình sản xuất, người ta xây dựng chủ yếu tảng cá hệ thống thủy lực khí nén Các hệ thống thủy khí đống vai trò quan trọng dây truyền tự động máy tự động Vì nghiên cứu chủ yếu hệ thống thủy khí phần tử chúng 2.1 Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển thủy lực khí nén bao gồm phần tử điều khiển cấu chấp hành kết nối với thành hệ thống hoàn chỉnh để thực nhiệm vụ khác theo yêu cầu hệ đặt Tín hiệu đầu vào: nút ấn, công tắc, cảm biến, công tắc hành trình … Phần tử xử lý thơng tin: Xử lý tín hiệu nhập vào theo logic định làm thay đổi trạng thái phần tử điều khiển : van logic, or , and … Phần tử điều khiển: Điều khiển dòng lượng theo yêu cầu, thay đổi trạng thái cấu chấp hành : Van chỉnh áp, van đảo chiều, van tiết lưu … Cơ cấu chấp hành: Thay đổi trạng thái đối tượng điều khiển, đại lượng mạch điều khiển: xy lanh, động cơ… Năng lượng điều khiển bao gồm: phần thong tin công suất - +Phần thông tin: Điện tử, điện cơ, khí, dầu, quang học, sinh học +Phần cơng suất: Điện, khí, thủy 2.1.1 Ưu nhược điểm hệ thống thủy khí Page Giảng viên : Hồng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT Hệ thống thủy khí có nhiều ưu điểm cho việc áp dụng dây chuyền sản xuất tự động a) Khí nén Ưu điểm: - Tính đồng lượng phần I P Không yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật nguồn lượng Khả tải lớn động khí Độ tin cậy cao, trục trặc kỹ thuật Tuổi thọ lớn Có khả truyền tải lượng xa, tổn thất An tồn, , khơng gây nhiễm môi trường Nhược điểm: - Thời gian đáp ứng chầm so với điện tử Lực truyền tải trọng thấp Dòng khí nén thoat đường dẫn gây ồn Khả lập trình b) Thủy lực Ưu điểm: Truyền động công suất cao lực lớn nhờ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, đòi hỏi chăm sóc, bảo dưỡng Điều khiển vận tốc làm việc Kết cấu nhỏ gọn, kết nối thiết bị với dễ dàng Tự động hóa đơn giản dùng phần tử tiêu chuẩn Dễ đề phòng tải nhờ van an toàn Dễ theo dõi điều chỉnh áp suất áp kế - Nhược điểm: Mất mát đường ống dẫn rò rỉ bên phần tử, làm giảm hiệu suất phạm vi ứng dụng Khó giữ vận tốc không đổi phụ tải thay đổi dầu có tính nén Nhiệt độ độ nhớt thay đổi làm ảnh hưởng đến độ xác điều khiển Dầu thải rò rỉ gây nhiễm môi trường - 2.1.2 Phạm vi ứng dụng hệ thống thủy lực khí nén Page Giảng viên : Hồng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT - Hệ thống điều khiển khí nén sử dụng rộng rãi lĩnh vực mà vấn đề nguy hiểm, hay xảy cháy nổ: đồ gá kẹp chi tiết nhựa, chất dẻo sử dụng ngánh khí cấp phôi gia công môi trường vệ sinh y tế, sản xuất linh kiện điện tử… - Hệ thống điều khiển thủy lực sử dụng lĩnh vực công nghiệp như: máy ép, đột dập, CNC ,nâng chuyển, máy xúc… 2.2 Các thành phần hệ thống 2.2.1 Các phần tử đưa tín hiệu sủ lý tín hiệu: a Các phần tử đưa tín hiệu - Nút nhấn - Công tác - Giới hạn hành trình - Cảm biến b Các phần tử xử lý tín hiệu - Các phần tử: YES, NOT, AND, OR, NAND, NOR 2.2.2 Các phần tử chấp hành 2.2.2.1 Động Nhiệm vụ: biến đổi lượng hay động lưu chất thành lượng học – chuyển động quay Đại lượng đặc trưng động độ lớn cua momen xoắn hiệu áp suất đường vào đường xác định vói lượng lưu chất cần tiêu thụ vòng quay Q (l/ph) Các loại động thường sử dụng: - Động bánh răng: Bơm bánh răng… Động cánh gạt: Bơm cánh gạt Động Píton 2.2.2.2 Xi lanh truyền động ( cấu chấp hành) a Nhiệm vụ: Page Giảng viên : Hoàng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT Xi lanh cấu chấp hành dung để biến đổi dầu thành thực chuyển động thẳng b Phân loại Xi lanh chia làm hai loai: xilanh lực xilanh quay (hay gọi xilanh momen) Trong xilanh lực chuyển động tương đối piston với xilanh chuyển động tịnh tiến Trong xilanh quay chuyển động tương đối piston với xilanh chuyển động quay Piston bắt đầu chuyển động lực tác động lên hai phía (có thể lực áp suất, lực lò xo lực khí) lớn tổng lực cản có hướng ngược lại chiều chuyển động ( lực ma sát, phụ tải…) Ngồi xilanh truyền động phân theo: - Theo cấu tạo: + Xi lanh đơn: lùi nhờ ngoại lực lò xo + Xilanh kép: - Lùi băng thủy lực - Lùi băng thủy lực có giảm chấn Page Giảng viên : Hồng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT - Tác động hai phía - Tác động quay + Xilanh visai : Xilanh đơn xilanh kép c) Cấu tạo Xilanh Page Giảng viên : Hoàng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT d) Một số xi lanh thông dụng - Xilanh tác dụng đơn: Chất lỏng làm việc tác động phía piston tạo nên chuyển động chiều Chiều ngược lại nhchuyeenr động nhờ tác động lực lò xo Xi loanh tác động kép: chất lỏng làm việc tác động vào hai phía piston tạo nên chuyển động hai chiều - Page Giảng viên : Hoàng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT 2.2.3 Các loại van a.Van áp suất: - Nhiệm vụ: Van áp suất dùng để điều chỉnh áp suất, tức cố định tăng, giảm hệ số áp hệ thống điều khiển thủy khí - Phân loại: Van áp suất gồm có loại sau: + Van tràn van an toàn: Van tràn van an toàn dùng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng hệ thống thủy lực vượt qua trị số quy định Van tràn làm việc thường xuyên van an toàn làm việc tải Van kiểu bi Van kiểu piston trượt +Van giảm áp Page Giảng viên : Hồng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT Trong nhiều trường hợp hệ thống thủy lực bơm dầu phải cung cấpNăng lượng cho nhiều cấu chấp hành khác Lúc ta phải cho bơm làm việc với áp suất lớn nhất dùng van giảm áp đặt trước cấu chấp hành nhằm để giảm áp suất đến giá trị cần thiết +Van cản Van cản có nhiệm vụ tạo nên sức cản hệ thống Hệ thống có dầu để bơi trơn, bảo quản thiết bị, thiết bị làm việc êm, giảm va đập b.Van đảo chiều Nhiệm vụ Van đảo chiều dùng đóng mở ống dẫn khởi động cấu biến đổi lượng, dùng để đảo chiều chuyển động cấu chấp hành Các khái niệm + Số cửa: số lỗ để dẫn dầu vào hay dầu Thường 2, 4, Trong trường hợp đặc biệt nhiều + Số vị trí: số định vị trượt van Thông thường van đảo chiều có vị trí Trong trường hợp đặc biệt nhiều Các loại van đảo chiều thơng dụng kí hiệ chúng Tên Van đảo chiều 2/2: có cửa vị trí Van đảo chiều 3/2: có cửa vị trí Page 10 Giảng viên : Hồng Tiến Dũng Kí hiệu BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT Van đảo chiều 4/2: có cửa vị trí Van đảo chiều 5/2: có cửa vị trí Van đảo chiều 4/3: có cửa vị trí Van đảo chiều 5/3: có cửa vị trí c.Van tiết lưu Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu điều chỉnh vận tốc cấu chấp hành hệ thơng thủy lực Có loại: Điều chỉnh lưu lượng Không điều chỉnh lưu lượng d.Van chặn Van chặn gồm loại: - Van chiều Van chiều dùng để điều khiển dòng chất lỏng theo hướng, hướng dòng chất lỏng bị ngăn lại Page 11 Giảng viên : Hoàng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT Ứng dụng van chiều: • • Đặt đường bơm (để chặn dầu chảy bể) Đặt hút bơm (chặn dầu bơm) 2.2.4 Các loại tín hiệu tác động a.Tác động tay b Tác động c Tác động điện Page 12 Giảng viên : Hoàng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT d Tác động khí dầu 2.2.5 Thiết bị điều khiển a Nhiệm vụ: Thiết bị điều khiển hệ thống tự động làm nhiệm vụ thu thập thông tin từ cảm biến, từ chương trình điều khiển tay sau xử lý thơng tin theo thuật toán định trước lệnh cho cấu chấp hành thao tác trình tự cơng nghệ b.Phân loại thiết bị điều khiển - Theo phương pháp Điều khiển servo Điều khiển tương tự Điều khiển số Theo cấu tạo Điều khiển băng khí Điều khiển băng khí nén Điều khiển băng điện Điều khiển băng PLC Vi sử lý vi điều khiển Page 13 Giảng viên : Hồng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT Phần II: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẬP SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG Nguyên lý hoạt động máy dập liên hoàn Khi băng chuyền tải đưa phôi vào thùng chuẩn bị, piton cấp phôi dịch chuyển đưa chi tiết tới vị trí gia cơng, nhận tín hiệu phơi vào vị trí sẵn sang để gia công,piton mang chày dập xuống để gia cơng chi tiết.Sau piton hồn thành q trình gia cơng trở lại vị trí ban đầu phát tín hiệu để piston hoạt động tiến hành đẩy sản phẩm gia công ngồi.Chu kì lặp lại piston trở vị trí ban đầu phất tín hiệu cho piston hoạt động Dưới đáy cối có lò xo nhằm đẩy chi tiết lên piston mang chày lên Page 14 Giảng viên : Hoàng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT Tên goi Trang thai Vi tri Xi lanh A Xi lanh B Xi lanh C 1.2 1.1 2.2 2.1 3.1 3.2 Biểu đồ trang thái 2.1 1.2 2.2 3.1 3.2 40% 30% 40% 1.1 4 1.1 1.2 2.2 1 3 3 3.1 3.2 2.1 1 Sơ đồ thủy lực Page 15 Giảng viên : Hoàng Tiến Dũng 3 BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT Do piston đẩy phôi vào đẩy chi tiết ngồi có lực khơng kể nên ta tính tốn cho piston mang chày dập thành phần đòi hỏi lực lớn Thơng số chi tiết xilanh + Tải trọng yêu cầu để dập gia công 100 KG + Trọng lượng chày dập m 0.5 kg + Vận tốc công tác = 500 (mm/phút) + Vận tốc chạy không = 1000 (mm/phút) + Xilanh đặt thẳng đứng hướng từ xuống + Điều khiển van đảo chiều * Các phần tử thủy lực + Xi lanh tải trọng + Van tràn + Đồng hồ đo áp suất + Van tiết lưu + Bơm dầu( bơm bánh răng) Tính tốn thông số piston Sơ đồ thủy lực tổng quát: Page 16 Giảng viên : Hoàng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT Từ sơ đồ thủy lực ta có: + Lực qn tính Fa = ma + Lực ma sát xilanh Fs = 10% lực tổng cộng tức là : Fs = 0.1F + Lực tổng cộng tác dụng lên Piston là: F = + Fs + Ft Trong tải trọng công tác = 100 (KN) m : Khối lượng chày dập 0.5Kg a : Gia tốc chuyển động 9.8 cm/s2 Fs : lực ma sát piston – Xilanh Fms = 0.1F ⇒ F = + 0.1F + 100 ⇒ F = 111.12KN Ta có phương trình cân tĩnh lực tác động lên piston P1A1 = P2A2 + F Từ ta xác định: diện tích piton buồng cơng tác = = = 572.5 mm2 diện tích piton buồng chạy khơng = = = 459.5mm2 Với D, d: Đường kính xi lanh cần piston Chọn tiêu chuẩn: D = 27mm, d = 12mm áp suất buồng mang cần piston chọn5 Kg/c Page 17 Giảng viên : Hoàng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT ⇒P1 = = = Kg/c Lưu lượng dầu vào xi lanh để piston chuyển động với vận tốc cực đại là: Q1max = Vmax.A1 = 1000.459,5 = 459500 mm3/s = 27.5 l/ph Lưu lượng dầu xi lanh để piston chuyển động với vận tốc cực đại là: Q2max = Vmax.A2 = 500.572,5 = 286250 mm3/s = 17.14 l/ph 3.Tính tốn thơng số bơm + Lưu lượng lớn bơm Ta có: Qb = ( bỏ qua tổn thất ) == 27.5 (l/phút) Áp suất lớn bơm = = KG/ c + Công suất bơm = kw = = 0.22 Kw Tính tốn thơng số động điện cho bơm Ta có : = cơng suất động điện hiệu suất bơm = ( 0,6 0,9 ) Chọn = 0,7 hiệu suất truyền động động bơm Chọn nd = 0.98 = 0.32 ( Kw ) Tính tốn ống dẫn Ta có lưu lượng chảy qua ống dẫn: Q= Q lưu lượng chảy qua ống (l/phút) D đường kính ống v vận tốc chảy qua ống ( m/s) d = 4,6 Đối với ống nén V = ( -5 m/s ) Page 18 Giảng viên : Hồng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT Chọn V = (m/s) = 4,6 = 12.06 (mm) Đối với ống hút V = ( 0,5 Chọn V = 1,5 m/s = 4,6 = 19.67 (mm) Đối với ống xả V = ( 0,5 Chọn V = 1,5 = 4,6 = 19.67 (mm) Page 19 Giảng viên : Hoàng Tiến Dũng ...BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT Phần I: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT Khái qt tự động hóa q trình sản xuất 1.1 Một số khái niệm tự động hóa Tự động hóa q trình sản xuất giai... động hóa máy tự động , tồn q trình làm việc (kể tác động điều khiển) thực tự động nhờ cấu hệ thống điều khiển tự động, không cần đến tham gia trực tiếp người Như vậy, tự động hóa q trình sản xuất. .. trường Page Giảng viên : Hồng Tiến Dũng BTL TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT - Phát triển sản phẩm Các phương tiện tự động hóa Ngày nay, để tự động hóa trình sản xuất, người ta xây dựng chủ yếu tảng cá