MỤC TIÊU CỦA CHƢƠNG - Trình bày các khái niệm cơ bản về tự động hóa quá trình sản xuất để làm cơ sở cho các chƣơng sau. - Nắm đƣợc các khái niệm cơ bản về CKH, TĐH, nhiệm vụ của tự động hóa quá trình sản xuất. - Về thái độ: Sinh viên cần có thái độ nghiêm túc, hăng say, nhiệt tình chủ động nghiên cứu. NỘI DUNG BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT 1.1. Lịch sử phát triển của tự động hóa quá trình sản xuất. Đã từ lâu con ngƣời luôn mơ ƣớc về các loại máy có khả năng thay thế cho mình trong các quá trình sản xuất và các công việc thƣờng nhật khác. Vì thế, mặc dù tự động hóa các quá trình sản xuất là một lĩnh vực đặc trƣng của khoa học kỹ thuật hiện đại của thế kỷ 20, nhƣng những thông tin về các cơ cấu tự động, làm việc không cần có sự trợ giúp của con ngƣời đã tồn tại từ trƣớc công nguyên. Chiếc máy tự động đầu tiên đƣợc sử dụng trong công nghiệp do một thợ cơ khí ngƣời Nga, ông Pônzunôp chế tạo vào năm 1765. Nhờ nó mà mức nƣớc trong nồi hơi đƣợc giữ cố định không phụ thuộc vào lƣợng tiêu hao hơi nƣớc Để đo mức nƣớc trong nồi, Pônzunôp dùng một cái phao. Khi mức nƣớc thay đổi phao sẽ tác động lên cửa van, thực hiện điều chỉnh lƣợng nƣớc vào nồi. Năm 1712 ông Nartôp, một thợ cơ khí ngƣời Nga đã chế tạo đƣợc máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình . Việc chép hình theo mẫu đƣợc thực hiện tự động. Chuyển động dọc của bàn dao do bánh răng – thanh răng thực hiện. Cho đến năm 1798 ông Henry Nanđsley ngƣời Anh mới thay thế chuyển động này bằng chuyển động của vít me – đai ốc. Các thành tựu đạt đƣợc trong lĩnh vực tự động hóa đã cho phép chế tạo trong những thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 20 các loại máy tự động nhiều trục chính, máy tổ hợp và các đƣờng dây tự động liên kết cứng và mềm dùng trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối Nhờ các thành tựu to lớn của công nghệ thông tin và các lĩnh v
MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ TỰ ĐỘNG HỐ Q TRÌNH SẢN XUẤT MỤC TIÊU CỦA CHƢƠNG 1.1 Lịch sử phát triển tự động hóa q trình sản xuất 1.2 Những khái niệm định nghĩa 1.3 Điều kiện kinh tế-kỹ thuật khí hóa tự động hóa 1.4 Các giai đoạn phát triển tđh 1.4.1 Tự động hóa cứng (Fixed Automation) .11 1.4.2 Tự động hóa theo chương trình (Programmable Automation) 11 1.4.3 Tự động hóa linh hoạt (Flexible Automation) .12 1.5 Các nhiệm vụ tự động hóa q trình sản xuất .14 CHƢƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG 17 2.1 Các phần mạch điện .18 2.1.1 Các phần tử bảo vệ 18 2.1.2 Các phần tử điều khiển .22 2.1.3 Rơ-le 25 2.1.4 Cảm biến .26 2.1.5 Cơ cấu chấp hành .42 2.2 Các nguyên tắc điều khiển .50 2.2.1 Nguyên tắc điều khiển theo thời gian 51 2.2.2 Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ 54 2.2.3 Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện 56 2.2.4 Nguyên tắc điều khiển theo vị trí 58 2.3 Sơ đồ mạch điện hệ thống tự động 59 2.3.1 Phương pháp thể mạch động lực 59 2.3.2 Phương pháp thiết kế mạch điều khiển .59 2.4 Thực hành thiết kế mạch điều khiển role .65 2.5 Bài tập thiết kế mạch điều khiển 67 CHƢƠNG KỸ THUẬT LẬP TRÌNH PLC .72 3.1 Giới thiệu PLC 72 3.1.1 Cấu trúc PLC 73 3.1.2 Thiết bị điều khiển lập trình S7-200 77 3.1.3 Xử lý chương trình .81 3.1.4 Kết nối dây PLC thiết bị ngoại vi 82 3.2 Ngơn ngữ lập trình 90 3.2.1 Phương pháp biểu đồ bậc thang ( Ladder Chart - LAD ) 91 3.2.2 Ngôn ngữ lập trình dạng khối chức (FBD) .102 3.2.3 Ngơn ngữ lập trình phương pháp bảng lệnh (STL) 102 3.3 Các phép toán logic 103 3.3.1 Phép toán OR cổng OR 103 3.3.2 Phép toán AND cổng AND 104 3.3.3 Phép toán NOT cổng NOT 104 3.3.4 Phần thử NOR cổng NOR 105 3.3.5 Phần tử NAND cổng NAND 105 3.3.7 Phép toán tương đương cổng .106 3.4 Cài đặt sử dụng với phần mềm step Micro/win 107 3.4.1 Những yêu cầu máy tính PC: 107 3.4.2 Cài đặt phần mềm lập trình SEP 7-Micro/win 32 .107 3.5 Bài tập 107 3.6 Thực hành PLC 112 CHƢƠNG 4:CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 115 4.1 Ý nghĩa phân loại 115 4.1.1 Ý nghĩa 115 4.1.2 Phân loại hệ thống cấp phôi tự động 115 4.2 Thiết bị cấp phôi dạng ổ 116 4.2.1 Phân loại 116 4.2.2 Một số cấu thiết bị cấp phôi dạng ổ 119 4.2.3 Máng dẫn 123 4.3 Thiết bị cấp phôi dạng phễu .129 3.3.1 Nguyên lý kết cấu chung thiết bị cấp phôi dạng phễu 129 3.3.2 Phễu 131 3.3.3 Cơ cấu định hướng 133 4.4 Thiết bị cấp phôi rung động 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO 146 LỜI NĨI ĐẦU Tự động hóa q trình sản xuất xu hướng phát triển tất yếu kỹ thuật Con đường phát triển kỹ thuật đường giải phóng người khỏi tham gia trực tiếp vào trình sản xuất Tự động hóa gia đoạn phát triển kỹ thuật ngày đạt thành tựu to lớn Hiện nay, nhiều trình sản xuất tự động hóa hồn tồn, người có chức điều khiển giám sát Điều khiển tự động (hay tự động hóa q trình sản xuất) học phần thức chương trình đào tạo kỹ sư khí trường đại học kỹ thuật, nhằm cung cấp cho người học kiến thức cấu tự động, hệ thống thiết bị tự động, hệ thống tự động đường dây tự động Tài liệu biên soạn lần đầu không tránh khỏi sơ suất mong thầy giáo, em sinh viên góp ý để hồn thiện Các ý kiến đóng góp xin gửi Khoa Cơ khí - động lực, Trường Đại học Kinh tế kỹ thuật Công nghiệp – 456 Minh Khai, Hà nội Chúng xin chân thành cảm ơn! Nhóm biên soạn Nhóm sửa chữa Ký tên Ký tên Trịnh Kiều Tuấn Nguyễn Văn Mùi Nguyễn Tiến Dũng Phạm Trung Thiên CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ TỰ ĐỘNG HỐ Q TRÌNH SẢN XUẤT MỤC TIÊU CỦA CHƢƠNG - Trình bày khái niệm tự động hóa q trình sản xuất để làm sở cho chƣơng sau - Nắm đƣợc khái niệm CKH, TĐH, nhiệm vụ tự động hóa q trình sản xuất - Về thái độ: Sinh viên cần có thái độ nghiêm túc, hăng say, nhiệt tình chủ động nghiên cứu NỘI DUNG BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT 1.1 Lịch sử phát triển tự động hóa q trình sản xuất Đã từ lâu ngƣời ln mơ ƣớc loại máy có khả thay cho trình sản xuất cơng việc thƣờng nhật khác Vì thế, tự động hóa q trình sản xuất lĩnh vực đặc trƣng khoa học kỹ thuật đại kỷ 20, nhƣng thông tin cấu tự động, làm việc khơng cần có trợ giúp ngƣời tồn từ trƣớc công nguyên Chiếc máy tự động đƣợc sử dụng cơng nghiệp thợ khí ngƣời Nga, ông Pônzunôp chế tạo vào năm 1765 Nhờ mà mức nƣớc nồi đƣợc giữ cố định không phụ thuộc vào lƣợng tiêu hao nƣớc Để đo mức nƣớc nồi, Pônzunôp dùng phao Khi mức nƣớc thay đổi phao tác động lên cửa van, thực điều chỉnh lƣợng nƣớc vào nồi Năm 1712 ơng Nartơp, thợ khí ngƣời Nga chế tạo đƣợc máy tiện chép hình để tiện chi tiết định hình Việc chép hình theo mẫu đƣợc thực tự động Chuyển động dọc bàn dao bánh – thực Cho đến năm 1798 ông Henry Nanđsley ngƣời Anh thay chuyển động chuyển động vít me – đai ốc Các thành tựu đạt đƣợc lĩnh vực tự động hóa cho phép chế tạo thập kỷ kỷ 20 loại máy tự động nhiều trục chính, máy tổ hợp đƣờng dây tự động liên kết cứng mềm dùng sản xuất hàng loạt lớn hàng khối Nhờ thành tựu to lớn công nghệ thông tin lĩnh vực khoa học khác, ngành công nghiệp gia công giới năm cuối kỷ 20 có thay đổi sâu sắc Sự xuất loạt công nghệ mũi nhọn nhƣ kỹ thuật linh hoạt (Agile engineering), hệ thống điều hành sản xuất qua hình (Visual Manufacturing Systems), kỹ thuật tạo mẫu nhanh (Rapid - Prototyping) công nghệ Nanô cho phép thực tự động hóa tồn phần khơng sản xuất hàng khối mà sản xuất loạt nhỏ đơn Chính thay đổi nhanh sản xuất liên kết chặt chẽ công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy, làm xuất loạt thiết bị hệ thống tự động hố hồn tồn nhƣ loại máy điều khiển số, trung tâm gia công, hệ thống điều khiển theo chƣơng trình logic PLC (Programmable logic control) , hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing systems) , hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) cho phép chuyển đổi nhanh sản phẩm gia công với thời gian chuẩn bị sản xuất nhất, rút ngắn chu kỳ sản xuất sản phẩm, đáp ứng tốt tính thay đổi nhanh sản xuất đại Những thành cơng ban đầu q trình liên kết số công nghệ đại khoảng 10, 15 năm vừa qua khẳng định xu phát triển Sản xuất trí tuệ kỷ 21 sở thiết bị thông minh Để tiếp cận ứng dụng dạng sản xuất tiên tiến này, từ hôm nay, phải bắt đầu nghiên cứu, học hỏi chuẩn bị sở vật chất nhƣ đội ngũ cán kỹ thuật cho 1.2 Những khái niệm định nghĩa Cơ khí hố (CKH) sử dụng lƣợng phi sinh vật để thực tồn phần q trình sản xuất trừ việc điều khiển Nhiệm vụ điều khiển ngƣời thực Nhƣ CKH trình thay lao động bắp ngƣời thực trình sản xuất Sử dụng khí hóa cho phép nâng cao suất lao động, nhƣng không thay đƣợc ngƣời chức điều khiển, theo dõi diễn tiến trình nhƣ thực loạt chuyển động phụ trợ khác Hình 1.1 Ví dụ khí hóa Tự động hố (TĐH) q trình sản xuất giai phát đoạn triển sản xuất CKH, nghĩa TĐH sử dụng lƣợng phi sinh vật để thực điều khiển toàn thành phần trình sản xuất Tóm lại tự động hóa ứng dụng hệ thống khí, điện, điện tử, máy tính, để thực điều khiển q trình mà khơng cần can thiệp trực tiếp người Nhiệm vụ ngƣời kiểm tra hoạt động máy móc, khắc phục hỏng hóc sai lệch, lập trình điều chỉnh máy để gia cơng sản phẩm khác Ngƣời công nhân tham gia vào q trình gia cơng chi tiết lắp ráp, có thời gian để phục vụ nhiều máy Xuất loại cơng nhân trình độ cao: thợ điều chỉnh Để TĐH q trình sản xuất cần phải có ứng dụng cấu thiết bị tự động phù hợp Điều khơng có nghĩa TĐH trình sản xuất trình ứng dụng thành phần, cấu sơ đồ tự động riêng biệt vào q trình cơng nghệ có sẵn máy móc có đƣợc thiết kế TĐH q trình sản xuất ln gắn liền với q trình hồn thiện đổi cơng nghệ Đó tốn thiết kế-cơng nghệ tổng hợp, có nhiệm vụ tạo kỹ thuật hồn tồn dựa sở q trình cơng nghệ gia công cơ, kiểm tra, lắp ráp tiên tiến (kể phƣơng pháp công nghệ thiết bị gia công mới) Trong trình sản xuất TĐH, thiết bị cấu tự động đơi có ảnh hƣởng ngƣợc trở lại thân q trình cơng nghệ nguyên công riêng biệt, làm thay đổi nội dung số chức điều khiển ban đầu Tóm lại TĐH q trình sản xuất đƣợc hiểu nhƣ tổng hợp biện pháp đƣợc sử dụng thiết kế trình sản xuất công nghệ mới, tiên tiến Trên sở q trình sản xuất cơng nghệ tiến hành thiết lập hệ thống thiết bị có suất cao, tự động thực thành phần q trình sản xuất mà khơng cần tới tham gia ngƣời Hình 1.2 Ví dụ tự động hóa Trong hệ thống chuẩn bị cơng nghệ thống nhất, hệ thống TĐH đƣợc đánh giá theo tiêu sau: hình thức, cấp mức TĐH Hình thức TĐH đƣợc phân biệt theo TĐH (riêng) phần TĐH toàn phần; TĐH đơn phức; TĐH sơ cấp thứ cấp CKH TĐH phần TĐH q trình cơng nghệ hệ thống, phần chi phí lƣợng ngƣời đƣợc thay lƣợng phi sinh vật trừ việc điều khiển giới hoá bao gồm việc điều khiển TĐH CKH TĐH tồn phần khí hố TĐH q trình cơng nghệ tất chi phí lƣợng ngƣời đƣợc thay lƣợng phi sinh vật trừ việc điều khiển CKH bao gồm việc điều khiển TĐH CKH TĐH đơn liên quan đến phần toàn thành phần q trình cơng nghệ hệ thống q trình cơng nghệ Ví dụ nguyên công tiện, việc cấp phôi vào lấy phôi đƣợc TĐH TĐH đơn Trong ngun cơng gia cơng chi tiết có ngun công TĐH CKH TĐH phức CKH TĐH phần toàn phần từ hai thành phần trở lên q trình cơng nghệ Trừ việc điều khiển CKH bao gồm việc điều khiển TĐH Trong trƣờng hợp tất thành phần QTCN không loại trừ thành phần đƣợc CKH TĐH gọi CKH TĐH phức tồn phần Thí dụ nguyên công gia công chi tiết điều đƣợc TĐH Nếu nhƣ khơng phải ta có TĐH phức phần CKH TĐH thƣờng đƣợc tiến hành theo số bƣớc Vì vậy, ngƣời ta phân biệt CKH TĐH sơ thứ cấp CKH TĐH sơ cấp CKH TĐH QTCN sử dụng lƣợng ngƣời CKH TĐH thứ cấp CKH TĐH QTCN hệ thống QTCN sử dụng lƣợng ngƣời máy móc (phi sinh vật) CKH sử dụng lƣợng phi sinh vật TĐH Thí dụ thay thiết bị kiểm tra tự động máy hệ thống kiểm tra tự động hoàn hảo hơn, xác hơn, tin cậy hơn, thời gian sử dụng nhiều Tiến khoa học kỹ thuật không dựa CKH TĐH sơ cấp mà dựa sở TĐH thứ cấp, nơi mà ý tƣởng nhà khoa học đƣợc vật chất hoá tổng hợp đƣợc kinh nghiệm làm việc hệ thống đƣợc CKH TĐH Cấp ứng dụng CKH TĐH đƣợc ký hiệu từ đến 10: Cấp - CKH TĐH nguyên công đơn giản Cấp - CKH TĐH QTCN hoàn chỉnh Cấp - CKH TĐH hệ thống QTCN đƣợc thực phân xƣởng sản xuất Cấp - CKH TĐH đƣợc thực phạm vi xƣởng sản xuất (hay hệ thống số công đoạn sản xuất) Cấp - CKH TĐH đƣợc thực phạm vi nhóm xƣởng đồng công nghệ Cấp - CKH TĐH hệ thống QTCN đƣợc thực phạm vi xí nghiệp Cấp - CKH TĐH hệ thống QTCN phạm vi công ty sản xuất liện hiệp nghiên cứu khoa học (trong hệ thống xí nghiệp riêng biệt) Cấp - CKH TĐH hệ thống QTCN phạm vi vùng kinh tế địa lý Cấp - CKH TĐH đƣợc thực phạm vi ngành công nghiệp Cấp 10 - CKH TĐH đƣợc thực phạm vi tồn cơng nghiệp quốc gia 1.3 Điều kiện kinh tế-kỹ thuật khí hóa tự động hóa CKH TĐH phƣơng tiện quan trọng để tăng hiệu sản xuất đảm bảo chất lƣợng sản phẩm ổn định, tăng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm Ba yếu tố ba yếu tố đặc trƣng cho điều kiện đƣợc gọi điều kiện kinh tế - kỹ thuật CKH TĐH Dù triển khai ứng dụng đâu, CKH TĐH phải bảo đảm đƣợc ba điều kiện Ngồi CKH TĐH góp phần cải thiện điều kiện làm việc độc hại, nặng nhọc ngƣời cơng nhân, tăng an tồn lao động Ta phân tích ba điều kiện cụ thể nhƣ sau: Bảo đảm chất lƣợng sản phẩm Chất lƣợng phạm trù rộng bao hàm nhiều yếu tố đặc trƣng cho tính chất sản phẩm Thí dụ đẹp, bền, xác, gọn nhẹ, dễ sử dụng, tiêu hao lƣợng CKH TĐH phải bảo đảm tính chất sản phẩm cách ổn định, tức có độ tin cậy cao Những yêu cầu đặt toán lớn cần phải giải tiến hành CKH TĐH Bảo đảm suất lao động Năng suất lao động phạm trù rộng mà nhiều ngƣời nghe nói đến lầm tƣởng suất lao động sống Thật suất lao động số sản phẩm làm đơn vị thời gian lao động Thời gian lao động phải đƣợc hiểu theo nghĩa rộng: khơng đơn thời gian lao động ngƣời công nhân trực tiếp đứng máy để chế tạo sản phẩm, mà phần thời gian dùng vào việc chế tạo vật tƣ, máy móc, thiết bị, đồ gá, dụng cụ, lƣợng, thời gian thiết kế, nghiên cứu, chế thử mà ngƣời ta gọi lao động khứ hay lao động vật hoá Muốn tăng suất lao động, cần phải giảm tổng thời gian bỏ để chế tạo sản phẩm (bao gồm lao động lao động khứ) CKH TĐH trình sản suất biện pháp tốt để giải vấn đề suất Tất nhiên để CKH TĐH phải đầu tƣ nhiều vốn, nhiều phƣơng tiện , chi phí tăng, nghĩa thành phần lao động khứ tăng Mặt khác, qui trình cơng nghệ tốt, thành phần lao động giảm đến mức tối đa tăng khơng ngừng suất lao động Hạ giá thành sản phẩm Giá thành sản phẩm tổng chi phí tiền cho cơng lao động hoạt động sản xuất, kinh doanh tính đơn vị sản phẩm Tuy nhiên giá thành phải đƣợc hiểu theo nghĩa rộng gồm nhiều yếu tố hợp thành: vật tƣ, công thợ, tiền khấu hao máy móc, đồ gá, tiền dụng cụ cắt, dụng cụ đo kiểm, điện nƣớc, khí tiền vận tải, khấu hao nhà xƣởng, sân bãi , chi phí phụ khác Để giảm giá thành phải tìm cách giảm chi phí thành phần Một thành phần đáng ý vật tƣ, công thợ, khấu hao máy móc, nhà xƣởng, chi phí lý Nói chung giảm giá thành sản phẩm điều kiện quan trọng mà CKH TĐH cần phải đảm bảo Không làm đƣợc điều CKH TĐH thất bại 1.4 Các giai đoạn phát triển tđh Trong điều kiện sản xuất loạt lớn hàng khối, TĐH giai đoạn đầu bảo đảm hiệu kinh tế nhờ nâng cao chất lƣợng sản phẩm, suất cao, giảm số lƣợng công nhân phục vụ diện tích phân xƣởng Phân tích lịch sử xu hƣớng phát triển tự động hố q trình sản xuất giai đoạn phát triển Trên giai đoạn cần phải giải nhiều nhiệm vụ kỹ thuật phức tạp khác nhau: - Tự động hoá nguyên công tạo máy tự động bán tự động - Tự động hố q trình cơng nghệ, tạo dây chuyển sản xuất tự động - Tự động hố tồn phần q trình sản xuất, tạo xƣởng nhà máy tự động Giai đoạn đầu tự động hoá tạo máy tự động bán tự động có suất cao Sự xuất máy tự động phát triển hoàn thiện kết cấu máy công tác Nhƣ vậy, máy tự động thiếu cấu cấp phơi trở thành máy bán tự động hoạt động đƣợc lặp lại nhờ can thiệp ngƣời Ở giai đoạn hình thức tổ chức sản xuất tự động hoá cao dây chuyền sản xuất gồm máy tự động bán tự động Trên dây chuyền ngƣời công nhân phục vụ máy tiến hành điều chỉnh, kiểm tra hoạt động đắn q trình cơng nghệ hiệu chỉnh hỏng hóc (thay dụng cụ điều chỉnh cấu ) Tự động hoá giai đoạn đầu bao gồm nguyên công gia công riêng biệt, cịn ngun cơng lắp ráp, kiểm tra, bao gói sản phẩm thƣờng đƣợc thực tay phƣơng tiện khí Giai đoạn hai tự động hoá tự động hoá hệ thống máy, tạo đƣờng dây tự động để thực nhiều nguyên công khác nhƣ cắt gọt, kiểm tra, lắp ráp, bao gói Đƣờng dây tự động hệ thống máy tự động đƣợc bố trí theo trình tự công nghệ đƣợc liên kết phƣơng tiện vận chuyển, điều khiển Đƣờng dây tự động thực hệ thống nguyên công (thƣờng phần tồn q trình cơng nghệ gia công chi tiết) Việc tạo đƣờng dây tự động cần phải giải nhiệm vụ phức tạp nhiều so với nhiệm vụ giai đoạn đầu Nhiệm vụ phải tạo hệ thống vận chuyển phôi máy phù hợp với nhịp công tác khác máy, không trùng thời gian hƣ hỏng khác Nhƣ hệ thống vận chuyển phôi máy không băng tải mà cịn hệ thống dự trữ phơi ngun công, cấu điều khiển cảnh báo, bảo vệ hệ thống máy Các hệ thống cần phải phối hợp hoạt động máy riêng biệt với cấu vận chuyển nhƣ với cấu bảo vệ xuất hƣ hỏng (gãy dụng cụ, kích thƣớc vƣợt qua giới hạn dung sai, kiểm tra tính đắn lệnh điều khiển, tìm kiếm hự hỏng ) hệ thống điều khiển sơ trục phân phối khơng cịn phù hợp khoảng cách lớn Điều buộc phải tìm kiếm hệ thống điều khiển sở thiết bị thuỷ lực, điện điện tử Hiệu kinh tế giai đoạn bảo đảm tăng suất lao động mà giảm nhiều lao động thủ cơng nhờ tự động hố q trình vận chuyển phơi ngun cơng, kiểm tra thu dọn phoi Giai đoạn ba tự động hố tự động hố tổng hợp q trình sản xuất, tạo phân xƣởng nhà máy tự động Tự động hoá tổng hợp cần phải đƣợc hiểu q trình tự động hố bao qt tồn hệ thống sản xuất loại sản phẩm ví dụ nhƣ ô tô Khi tất giai đoạn sản xuất nguyên vật liệu kết thúc giai đoạn lắp ráp thử nghiệm đƣợc tự động hoá Tự động hoá tổng hợp liên quan đến q trình tích tụ kỹ thuật cao tất khâu trình sản xuất Những nhiệm vụ giai đoạn chủ yếu tự động hố việc vận chuyển phơi đƣờng dây phân xƣởng, thu dọn xử lý phoi, điều hành sản xuất Trong nửa sau kỷ 20 xuất hệ thống điều khiển số nhƣ phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, đặc biệt điện tử máy tính nên có điều kiện để tự động hố sản xuất loạt nhỏ, chí đơn Các thiết bị tự động hố kiểu có độ linh hoạt cao, cho phép chuyển sang gia công sản phẩm khác với chi phí thời gian vật chất Máy tự động điều khiển số bắt đầu đƣợc sử dụng rộng rãi năm 60 kỉ trƣớc với mục tiêu giải 10 Vct - thể tích phơi (cm3) T - thời gian làm việc liên tục cấu cấp theo phƣơng pháp cấp lần ban đầu t - thời gian gia công chi tiết K - hệ số sử dụng thể tích Hình 4.19 Thiết bị cấp phơi dạng phễu có phễu phụ Phễu chính; Phễu phụ; Cửa sổ Với chi tiết dạng bi cầu, đai ốc, vịng đệm, phơi hình trụ cơn, hệ số K nằm khoảng từ 0,4 (với chi tiết có chiều dài l lớn d nhiều lần) tới 0,65 (với chi tiết có < d) Trong gia cơng cơ, thƣờng ngƣời ta sử dụng phễu có chiều sâu khơng lớn kích thƣớc khác Trong trƣờng hợp này, lực tác động theo phƣơng thẳng đứng lên lớp phôi không khác nhiều so với trọng lƣợng tồn lƣợng phơi phễu Khi chiều sâu phễu tăng, lực giảm đáng kể phần lớn trọng lƣợng phơi đƣợc thành phễu tiếp nhận Tại cửa phễu, phơi bị kẹt lại (tụ phôi), ảnh hƣớng đến nhịp độ làm việc cấu cấp phôi Điều dễ xảy chi tiết có l/d > có hình dáng phức tạp Bằng cách thiết kế hình dáng phễu hợp lý, sử dụng cấu xáo trộn, cắt dịng loại bỏ đƣợc tƣợng Một cấu chấp hành thiết bị cấp phôi dạng phễu móc phơi Bộ móc phơi thƣờng có dạng móc, vấu, khe hở đĩa cấp, túi chứa, ống Số móc phơi hình dáng phụ thuộc vào suất phơi u cầu hình dáng phôi ban đầu Năng suất thiết bị cấp phôi dạng phễu cấu định hƣớng định đƣợc tính theo cơng thức sau: Khi cấp phôi theo chiếc: Q = z.n.km (4.3a) Khi cấp phôi theo nhóm: Q = z.n.q.km (4.3b) Khi cấp liên tục: Q =km.v/l (4.3c) Trong đó: z - số cấu tuyển phơi (móc, túi, khe ) 132 n - số vòng quay số chuyển động qua lại đơn vị thời gian q - số phôi cấu tuyển phôi km - hệ số tuyển phôi v - vận tốc trung bình phơi m/phút l - chiều dài phôi theo hƣớng chuyển động mm 3.3.3 Cơ cấu định hướng Hình 4.20 Ảnh hưởng kết cấu chi tiết đến khả định hướng a) Kết cấu không hợp lý; b) Kết cấu hợp lý Hình 421 Định hướng chi tiết nhờ tính đối xứng a) Khó định hướng; b) Định hướng tốt Đây cấu đa dạng thiết bị cấp phôi dạng phễu Cơ cấu thƣờng thực chức định hƣớng với cấu tuyển phôi tạo rung động Để định hƣớng phôi ngƣời ta thƣờng dựa số yếu tố sau: tính đối xứng, phân bố trọng tâm, kết cấu đặc biệt, vật liệu (nhiễm từ hay không chẳng hạn) Trong trƣờng hợp đặc biệt, cần phải sử dụng hai cấu định hƣớng gọi chúng cấu sơ cấp, thứ cấp Trên hình 4-20 4-21 số chi tiết có kết cấu hợp lý khơng hợp lý theo quan điểm định hƣớng phôi Dƣới số cấu định hƣớng thông dụng Cơ cấu định hướng dạng khe có vấu 133 Loại sử dụng cho loại phơi nhỏ dạng vít với chiều dài khơng lớn 50 mm, đƣờng kính nhỏ 10 mm (hình 3-22) Phơi sau đƣợc đổ vào phễu lọt vào khe Chiều rộng khe lớn đƣờng kính ngồi thân, nhƣng nhỏ đầu phôi Khi đĩa quay, vấu đẩy phôi treo khe phía máng dẫn để đến cấu cấp phôi Để phôi dẽ dàng lọt vào khe phễu đĩa quay ngƣời ta tạo mặt côn 600 Đƣờng kính trung bình nhỏ khe đƣợc tính theo công thức: 4l l2 Dmin 5 8 d d Chiều rộng khe tính nhƣ sau: l2 0,85d1 d Để khỏi kẹt khoảng cách từ đƣờng kính ngồi khe đến vỏ phễu lấy: Hình 4.22 Sơ đồ cấu định hướng dạng khe có vấu Hình 4.23 Phễu cấp phơi đĩa quay 134 l1 1,5d Cơ cấu định hướng dạng dao Dao thép có kết cấu bề mặt làm việc đa dạng phụ thuộc vào kết cấu, kích thƣớc phơi (hình 4-24c) Dao chuyển động tịnh tiến qua lại hay chuyển động lắc Trên hình 4-23 sơ đồ cấu định hƣớng dạng dao tịnh tiện qua lại, hình 4-24 sơ đồ cấu định hƣớng dạng dao lắc Để loại bỏ phôi định hƣớng khơng ngƣời ta sử dụng đĩa cóc Năng suất cấu định hƣớng dạng dao đƣợc tính theo công thức: Q m.n.k nLd k ; k = 0,3 0,4 - hệ số tuyển phôi; m - số lƣợng phôi d1 chứa khe định hƣớng; Ld - chiều rộng dao; d1 - đƣờng kính đầu chi tiết; n số hành trình kép dao Số hành trình kép đƣợc lấy theo công thức: nmax 60 g sin f cos Ld Hình 4.24 Sơ đồ cấu định hướng dạng dao tịnh tiện qua lại 135 Hình 4.25 Hệ thống dập vỏ pin dùng phễu cấp phôi cánh gạt Cơ cấu định hướng dạng đĩa có hốc Kết cấu hình dạng hốc phụ thuộc vào phơi thƣờng đƣợc bố trí theo dây cung hƣớng tâm Loại dùng cho phôi dạng trục với d < 15 mm, l < 80 mm tỷ lệ l/d = 2,5 dạng đĩa (hình 4-26) Khi thiết kế cấu định hƣớng dạng cần tính đến khoảng cách hốc: m = l + + l Trong chiều dày phần đĩa hai hốc l lấy theo công thức: L L l l d ; l 1,4 1,6d 2 Đƣờng kính đĩa Số lƣợng hốc: z D 8 10l 180 5d arcsin D Góc nghiêng phễu lấy khoảng 45 50o; chiều dày thành phễu: (1,5 3) mm; hệ số tuyển phơi: 0,6 0,65 136 Hình 4.26 Sơ đồ cấu định hướng dạng dao lắc Hình 4.27 Sơ đồ cấu định hướng dạng hốc Cơ cấu định hướng dạng túi Loại sử dụng chủ yếu cho phôi dạng đĩa nhỏ Các túi bố trí mặt hay mặt trụ đĩa quay (hình 4-28) 137 Hình 4.28 Sơ đồ cấu định hướng dạng túi 4.4 Thiết bị cấp phôi rung động Trong số thiết bị cấp phơi dạng phễu, nhóm thiết bị cấp phơi rung động có vị trí quan trọng Dịch chuyển phôi thiết bị đƣợc thực nhờ lực quán tính ma sát xuất máng dẫn phơi có chuyển động rung Dẫn động thiết bị cấp phơi dạng đầu rung điện từ, bánh lệch tâm, khí nén thuỷ lực Thông dụng đầu rung điện từ Chúng cho phép điều chỉnh vô cấp suất cấp phơi Hình 4.29 Phễu rung động Phễu cấp phơi rung động có đầu rung điện từ đƣợc thể hình 325 Thiết bị gồm phễu hình trịn, bên bên ngồi phễu có máng lăn chạy theo đƣờng xoắn vít với góc nghiêng = 1o35’ Liên kết với phễu ba cấu treo, đặt nghiêng 250 so với mặt phẳng thẳng đứng Rung động đƣợc nam châm điện tạo 138 Nguồn cấp cho nam châm điện nguồn xung chiều đƣợc tạo thành cách nắn 1/2 chu kỳ dòng xoay chiều Để đồng hoạt động ba nam châm điện đƣợc nối song song, nắn dòng mắc nối tiếp với chúng Tần số dao động - 3000 phút Chi tiết từ phễu dịch chuyển đến vị trí làm việc dọc theo máng dƣới tác động trọng lực Nếu máng chứa đầy chi tiết tự động dừng chuyển động tự động dịch chuyển chi tiết đƣợc cấp Điều chỉnh suất phễu cách thay đổi điện áp biến tự ngẫu Năng suất từ (4 - 120) chiếc/phút, công suất 50 ốt Cũng có phễu cấp phơi loại dùng nam châm điện Hình 4.30 Cơ cấu cấp phơi rung động có đầu rung điện từ Thùng chưa; Thân thùng; Ngàm; Đầu rung điện từ; Giá treo; Khối treo đàn hồi; Giá đỡ; Thân; Cao su đàn hồi (giảm chấn) Ba đầu rung điện từ đƣợc kẹp giá treo Giá treo đƣợc gá thân Cũng thân 8, ngƣời ta lắp ba giá đỡ có khối treo đàn hồi với ngàm dùng để truyền dao động cho phễu Phễu gồm thùng chứa có máng dẫn xoắn ốc làm nhơm thân chế tạo từ tectôlit Các giảm chấn cao su dùng để cách ly rung động phễu với chung quanh Vận tốc dịch chuyển yêu cầu phơi máng dẫn đƣợc tính theo cơng thức sau: V yc Q.l ph (4.4) Trong đó: Q - suất cấu 139 lph - chiều dài (hoặc đƣờng kính phơi) - hệ số an tồn có tính đến độ khơng ổn định chuyển động, sai sót định hƣớng Cũng xin lƣu ý rằng, góc nghiêng tăng, vận tốc Vyc giảm Với = 2o vận tốc giảm (10 - 15)% Góc nghiêng tối ƣu khối treo chế độ cấp liên tục là: tg 206 f md Vvc (4.5) Trong đó: fmd - tần số động máng dẫn; 35o Các thơng số hình học thùng chứa phễu phụ thuộc vào góc nâng máng dẫn , dung tích tỷ lệ khối lƣợng phần rung với đế Thể tích thùng chứa phễu điều hồ bù trừ hỏng hóc máy, bảo đảm cho suất không đổi Trọng lƣợng đế máy phải lớn lần so với trọng lƣợng phần rung Góc nghiêng máng đƣợc xác định theo công thức sau: max arctgl2 tg (4.6) Trong đó: l2 - hệ số ma sát phôi máng dẫn Với phôi thép, máng nhôm l2 = 0,3 Khi biết kích thƣớc thùng chứa, xác định góc nghiêng máng theo cơng thức: tg t D (4.7) Trong đó: t - bƣớc xoắn D - đƣờng kính phễu Biên độ dao động máng dẫn vận tốc dịch chuyển phôi cho trƣớc số khối treo n = l đƣợc xác định theo công thức: xn g p l (4.8) tg Trong đó: p - số chu kỳ rung máng dẫn mà thời gian đó, phơi nằm không gian trạng thái rơi tự g - gia tốc trọng trƣờng 140 2. f md - tần số vòng máng dẫn fmd - lấy theo công thức (4.5) Khi chọn khối treo, nên lƣu ý để tần số dao động riêng hệ lớn tần số dao động lực kích thích khoảng 10% Chiều dầy a khối treo dạng phẳng lắp ghép xác định theo chiều dài chiều rộng chúng: a G. 372 n.i.b (4.9) Trong đó: l - chiều dài cơng tác lị xo G - trọng lƣợng phần rung = 1,1.fmd - tần số dao động riêng hệ, với fmd - tần số dao động máng dẫn n - số khối treo i - số lò xo khối treo b - chiều rộng lò xo Lực kéo đầu điện từ P: x H E.b.a i P l cos (4.10) Trong đó: xH - biên độ dao động máng dẫn (công thức 4.8) E - mơđun đàn hồi b - chiều rộng lị xo a - chiều dầy khối treo (tính theo cơng thức 4.9) i - số lò xo khối treo l - chiều dài lò xo - hệ số động, l f l md lấy theo công thức (4.5) 141 Chúng ta xem xét chuyển động chi tiết máng ngang (hình 4-26) Khi sử dụng dẫn động điện từ, máng nhận đƣợc dao động điều hoà theo qui luật sau: Quãng đƣờng dịch chuyển máng: S m 1 cost Tốc độ chuyển động máng: v m sin t cost Gia tốc chuyển động máng: j m Trong đó: - biên độ dao động, mm = 2fm - Tần số dao động góc, 1/s fm - Tần số dao động máng, 1/s t - Thời gian, tính theo giây s Các lực tác động lên chi tiết nằm máng gồm: lực ma sát F, lực cố gắng trì chuyển động chi tiết với máng; lực qn tính mjm; trọng lực mg Hình 4.31 Sơ đồ tính tốn cấu cấp phơi rung động Lực qn tính đƣợc tính nhƣ sau: F = R. = (mg mjmsin) Trong đó; R - Phản lực tác động lên máng - Hệ số ma sát tĩnh phơi với máng - Góc nghiêng giá đỡ phễu Khi phơi chuyển động phía trƣớc, tức sang bên phải (hình 4-31a): R = mg - mjmsin Do F = R. = (mg - mjmsin) Điều kiện để chi tiết trƣợt sang phải so với máng lực tính lớn lực ma sát: mjmcos > (mg - mjmsin) 142 Giá trị lớn gia tốc jm phụ thuộc vào biên độ dao động A Trên hình 4– 32a rõ thay đổi lực tính lực ma sát theo gia tốc máng biên độ dao động Gia tốc j+1 gia tốc chi tiết bắt đầu dịch chuyển tƣơng đối so với máng gọi gia tốc giới hạn đƣợc xác định nhƣ sau : mjmcos = (mg - mjmsin) Từ : j1 gm cos sin Có thể đánh giá chế độ chuyển động chi tiết máng rung theo biên độ dao động mặt phẳng ngang Xmax Biên độ dao động máng mặt phẳng đƣợc đo trực tiếp thiết bị rung Từ công thức gia tốc máng mặt phẳng ngang: jm cos cos ta có : X max cos Ta có jm cos X max Hình 4.32 Quá trình thay đổi lực quán tính ma sát thay đổi gia tốc Biên độ tới hạn dao động chi tiết trƣợt máng là: x1 j1 cos g cos g 2 cos sin 1 tg Khi máng thay đổi chiều chuyển động, tức máng dịch chuyển sang phải hay phơi dịch chuyển sang trái (hình 4–31b), điều kiện để chi tiết trƣợt máng là: mjmcos > (mg + mjmsin) Tƣơng tự nhƣ ta xác định đƣợc gia tốc tới hạn j-1 từ điều kiện (hình 4–32b): mjmcos = (mg + mjmsin) Từ : j1 gm cos sin 143 x1 g 1 tg Gia tốc tới hạn chi tiết bay lên rời khỏi máng là: jo g Còn biên độ tới hạn trƣờng hợp bằng: sin xo g tg Trong cấu cấp phôi rung động, chi tiết đƣợc định hƣớng dịch chuyển máng rung Trên hình 4-33 số phƣơng pháp định hƣớng phôi thông dụng Khi cấp phôi dạng đĩa, vịng, vng chữ nhật theo phƣơng pháp cấp lớp (hình 4-33a), máng dẫn đƣợc chế tạo nghiêng phía tâm phễu góc = 5o, chiều cao gờ nhỏ chiều cao phôi Khi h ≤ d, chi tiết dạng mũ chụp định hƣớng mặt phẳng nhờ rãnh định hình (hình 4-33b) cho phép phơi di chuyển mặt đáy phía dƣới Các lăn có hình dáng khác nhau, loại ống có d < l đƣợc hất vào phễu nhờ chắn chuyên dùng (hình 4-33d) Các chi tiết hai bậc định hƣớng nhờ sử dụng chắn chuyên dùng, giữ cho phần có đƣờng kính nhỏ nằm quay lên (hình 4-33e) Hình 4.33 Các phương pháp định hướng phơi thiết bị cấp phôi rung động a) Chi tiết đệm; b) trịn; c) ống nhỏ; d) Có bậc ngắn; e) Có bậc dài; f) Trụ trơn NỘI DUNG PHẦN THẢO LUẬN 1, Trình bày ý nghĩa, phân loại cấp phơi tự động? 2, Trình bày thiết bị cấp phơi dạng ổ? 3, Trình bày nguyên lý kết cấu chung thiết bị cấp phôi dạng phễu? 144 4, Trình bày cấu định hƣớng? NỘI DUNG CỐT LÕI 1, Cấp phôi dạng ổ 2, Cấp phôi dạng phễu 3, Cấp phôi rung động 4, Rô bốt công nghiệp BÀI TẬP ỨNG DỤNG, LIÊN HỆ THỰC TẾ 1, Cơ cấu cấp phơi rung động có đầu rung điện từ? 2, Thiết kế số cấu cấp phôi tự động cho số chi tiết dạng bạc, dạng trục, dạng bi cầu? 3, Cơ cấu định hƣớng? HƢỚNG DẪN TỰ HỌC Ở NHÀ 1, Cơ cấu đẩy phôi và đẩy phôi 2, Các cấu cấp phôi 3, Một số cấu thiết bị cấp phôi dạng ổ 145 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Doãn Phƣớc – Phan Xuân Minh – Vũ Văn Hà: Tự động hóa với Simatic s7_300, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - 2007 GS TS Trần Văn Địch- Tự động hố q trình sản xuất – Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2001 Hồ Viết Bình -Tự động hố q trình sản xuất -Trƣờng ĐH Sƣ phạm kỹ thuật TP HCM 2001 Lê Văn Doanh - Phạm Thƣợng Hàn - Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển -Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2002 GS TS Trần Văn Địch – Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS hệ thống sản xuất tích hợp CIM – Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2001 Phạm Xuân Minh – Nguyễn Doãn Phƣớc – Tự động hóa với Simatic S7-200 – Nhà xuất nông nghiệp 1997 TS.Nguyễn Trọng Doanh –Điều khiển PLC –NXB Khoa học kỹ thuật - 2008 Trần Thế San, Nguyễn Ngọc Phƣơng – Thiết kế mạch lập trình PLC- Khoa khí chế tạo máy, trƣờng đại học sƣ phạm kỹ thuật TPHCM- NXB Khoa học kỹ thuật Tăng Văn Mùi, Nguyễn Tiến Dũng – Điều khiển logic lập trình PLC - NXB Khoa học kỹ thuật - 2008 10 Nguyễn Văn Chất – Trang bị điện - NXB Giáo dục 2001 11 TS Lê Ngọc Bích – Trang bị điện - NXB Giao thơng vận tải 2007 TÀI LIỆU ĐANG TRONG Q TRÌNH HOÀN THIỆN 146 ... tuyến tính Bộ chuyển đổi lý tƣởng mà đầu tuyến tính xác với đại lƣợng đo Thực tế khơng có đầu đo hồn hảo nhƣ Độ tuyến tính thƣờng đƣa với dải giá trị +/-cho tín hiệu đầu cảm biến Sai số độ tuyến... Dải tần - Khả tải - Độ ổn định - Điều kiện mơi trƣờng - Độ xác - Độ tuyến tính - Cơng suất tiêu thụ - Độ trễ - Tốc độ đáp ứng - Tu? ??i thọ - Kích thƣớc, trọng lƣợng Phân loại theo phạm vi sử dụng... tích cực có đầu nguồn áp nguồn dịng - Cảm biến thụ động đƣợc đặc trƣng thơng số R, L, C, M tuyến tính phi tuyến - Các cảm biến đƣợc chế tạo sở hiệu ứng vật lý đƣợc phân làm hai loại: Cảm biến tích