Thiết kế tủ PLC điều khiển mô phỏng quá trình di chuyển của tay may theo chu trình đặt trước

Lời Mở Đầu Trong sản xuất công nghiệp nhà máy xí nghiệp có quy mơ lớn với quy trình cơng nghệ sản xuất tiên tiến đại phát triển ngày nhiều Từ dây chuyền cáng thép, đúc phơi thép có dây truyền dài đến vài trăm mét đến hệ thống dây chuyền đóng gói sản phẩm liên hồn…,Trong hầu hết xí nghiệp nhà máy cần phải có cấu di chuyển dùng để di chuyển máy chạy đường ray, khơng có đường ray, cấu nâng hạ Trong xu phát triển nhà máy xí nghiệp ứng dụng kỹ thuật rơbot cơng nghiệp để nâng cao suất dây truyền công nghệ, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao đông Sự cạnh tranh hàng hoá đặt vấn đề thời để hệ thống tự động hố sản xuất phải có tính linh hoạt nhằm đáp ứng với biến động thường xuyên thị trường hàng hoá Các cấu di chuyển nâng hạ công nghiệp phận cấu thành thiếu hệ thống sản xuất tự động linh hoạt Trong q trình đại hóa cơng nghiệp nước ta, nhiều máy móc dây truyền đại nhập Trong nhà máy xí nghiệp quan tâm nhiều câu di chuyển cấu nâng hạ để nâng cao suất dây truyền công nghệ Hầu hết hệ thống sử dụng thiết bị điều khiển khả trình PLC, có khả tự động hóa tối ưu điều khiển cao Thiết bị điều khiển khả trình PLC áp dụng rãi dây chuyền sản xuất, làm giảm giá thành cơng nghệ, giảm độ phức tạp mạch điều khiển, có khả làm việc nhiều lĩnh vực khác Tuy nhiên địi hỏi đội ngũ kĩ sư cơng nhân kỹ thuật lành nghề để vận hành hệ thống an toàn cho người cho thiết bị đạt suất hiệu cao Sau trình học tập trường em giao đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế tủ PLC điều khiển mổ trình di chuyển tay may theo chu trình đặt trƣớc.” Đồ án bố cục gồm chương : Chương : Tổng quan cấu di chuyển Chương : Giới thiệu tổng quát PLC ngơn ngữ lập trình PLC S7-200 SIEMENS Chương : thiêt kế điều khiển trượt cho tay máy roobot bậc tự Chương : Mơ hình mơ q trình di chuyển tay máy CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC CƠ CẤU DI CHUYỂN 1.1 Tổng quan cấu di chuyển 1.1.1 Giới thiệu Cơ cấu di chuyển dùng để di chuyển máy trục chạy đường ray khơng có đường ray, loại di chuyển mặt đất Thông thường cấu di chuyển gồm phận sau : - Động điện - Hệ thống phanh - Hộp giảm tốc - Các bánh xe - Các trục truyền động khớp nối từ hộp giảm tốc bánh xe di chuyển Cơ cấu di chuyển khơng cần đường ray Hình 1.1 Máy xúc gàu ngược di chuyển xích Hình 1.2 Máy xúc gàu ngược di chuyển bánh lốp Cơ cấu di chuyển đường ray Hình 1.3 Cầu trục hai dầm kiểu hộp di chuyển ray 1.1.2 Một số sơ đồ động cấu di chuyển thƣờng dùng máy trục a Cơ cấu di chuyển với trục truyền động quay chậm Hình 1.3 Cơ cấu di chuyển với trục truyền động quay chậm Động điện Hệ thống phanh khớp nối Gối đỡ trung gian Khớp nối Hộp giảm tốc Trục truyền động Bánh xe Ưu điểm : Mômen xoắn lớn Yêu cầu chế tạo, lắp ráp trục truyền động khơng cần độ xác cao Nhược điểm : Trục truyền to, nặng b Cơ cấu di chuyển với trục truyền động quay trung bình Hình 1.4 Cơ cấu di chuyển với trục truyền động quay trung bình Động điện Hệ thống phanh khớp nối Bánh xe Khớp nối Hộp giảm tốc Trục truyền động Gối đỡ trung gian Cặp bánh phụ Ưu điểm : Trọng lượng trục truyền, khớp nối gối đỡ trục giảm với sơ đồ Nhược điểm : Có thêm cặp bánh phụ hộp gỉm tốc bánh xe nên công việc lắp đặt gặp khó khăn Tăng giá thành sản xuất có thêm nhiều chi tiết Giảm hiệu suất truyền động tới bánh xe c Cơ cấu di chuyển với trục truyền động quay nhanh Hình 1.5 Cơ cấu di chuyển với trục truyền động quay nhanh Động điện Hệ thống phanh khớp nối Khớp nối Hộp giảm tốc Bánh xe Gối đỡ trung gian Ưu điểm : Đường kính trục truyền nhỏ 2-3 lần so với trường hơp Khối lượng trục truyền nhỏ 4-6 lần so với trường hợp Nhược điểm : Trục quay nhanh nên momen xoắn nhỏ Chế tạo lắp ráp phải xác Các gối đỡ phải đủ cứng vững Dùng nhiều gối đỡ nên giảm hiệu suất truyền động d Cơ cấu di chuyển gồm hai dẫn động riên biệt, khơng có trục truyền động Hình 1.6 Cơ cấu di chuyển gồm hai dẫn động riêng biệt Động điện Khớp nối phanh Hộp giảm tốc Khớp nối Bánh xe Ưu điểm : Sử dụng tầm rộng lớn Đảm bảo độ cứng vững máy Kết cấu nhỏ gọn Tăng hiệu suất truyền động không qua nhiều khớp gối đỡ Nhược điểm : Mômen xoắn nhỏ Dể bị lệch khỏi mặt phẳng ngang Yêu cấu lắp ráp phải xác Thơng qua việc phân tích loại sơ đồ động cấu di chuyển, luận văn chọn sơ đồ (d) làm sơ đồ thiết kế cấu di chuyển 1.2 Xác định kích thƣớc bánh xe 1.2.1 Khái niệm phân loại bánh xe a Khái niệm Bánh xe phận giúp toàn hệ thống máy di chuyển đường ray Yêu cầu bánh xe làm việc không trật khỏi đường Để đảm bảo điều đó, bánh xe có hai gờ hai bên hay có gờ Tác dụng gờ dẫn cho bánh xe chạy đường ray mà khơng bị trật khỏi đường ray bánh xe có gờ bánh xe khơng trượt trật khỏi đường ray, gờ bánh xe hai đường ray nên đặt đối xứng Trong trường hợp bánh xe khơng có gờ để bánh xe khơng trật khỏi ray người ta đặt lăn dọc hai bên đường ray b Phân loại Theo nhiệm vụ chia bánh xe dẫn bánh xe bị dẫn Bánh xe dẫn truyền chuyển động từ cấu di chuyển lăn ray nhờ lực bám bề mặt bánh xe bề mặt ray Bánh xe bị dẫn làm nhiệm vụ tựa quay quanh trục Theo hình dáng bề mặt lăn chia làm ba loại : hình trụ, hình nón, hình trống Bánh xe hình trụ sử dụng rộng rãi máy trục chạy đường thẳng xe lăn cầu trục Tuy nhiên chuyển động gờ tự động điều chỉnh xe lăn, cầu trục khỏi bị lệch nghiêng khỏi đường ray, gờ bánh xe làm tăng lực cản lăn làm bánh xe nhanh mòn Với máy trục chạy đường cong nên dùng bánh xe dẫn động hình nón để tăng tính linh hoạt di chuyển để giảm nhỏ lực cản di chuyển Cịn bánh xe hình trống chủ yếu dùng cho xe chạy cạnh đường ray chữ I Các bánh xe bị dẫn làm có dạng hình trụ Đối với bánh xe, bề mặt lăn mặt gờ cần đảm bảo độ bóng gia cơng khơng thấp ∇5 Với mục đích bù trừ sai lệch lắp ráp, bề rộng làm việc bánh xe thường lấy lớn bền rộng ray : bánh xe hai gờ hình trụ lớn 30 mm hình nón 40 mm ; bánh xe xe lăn 15-20 mm; bánh xe gờ 30 mm Khi làm việc bánh xe chiệu tải lớn nên mau mịn Vì để đảm bảo độ bền lâu bánh xe chế tạo thép cácbon 45, 55 hay thép hợp kim bề mặt lăn bánh xe cần nhiệt luyện đạt độ cứng 300-350 HB với độ sâu 15 mm Các bánh xe lăn gang đúc không thấp gang GX 15-32 dùng cấu di chuyển dẫn động tay Các bánh xe có đường kính lớn để tiết kiệm kinm loại tốt, dùng vòng thép mỏng ghép vào vành bánh xe Để giảm lực cản lăn, tăng độ ổn định tiện lợi sử dụng, bánh xe xe lăn máy trục thường dùng ổ lăn, ùng ổ trượt đường kính lớn bánh xe không nên lớn 1000 mm 1.2.2 Chọn loại kích thƣớc bánh xe Trong luận văn nghiên cứu sử dụng loại bánh xe khơng có gờ bên, bánh xe dẫn hướng nhờ hai lăn hai bên má ray Hình 1.7 Bánh xe cụm lăn dẫn hướng Theo ГОСТ 3569-60 Đường kính bánh xe sơ chọn Dbx=630 mm Căn kích thước bánh xe theo ГОСТ 3569-60, tương ứng với Dbx=630 mm chọn thép vuông 100 x 100 để làm ray cho máy di chuyển Tải trọng tácdụng lên bánh xe : Do đặc thù máy dùng để cào liệu, tải trọng tác dụng lên bánh xe chủ yếu trọng lượng thân máy tác dụng lên trọng lượng vật cào bé nhiều lần so với trọng lượng máy nên tính tốn ta bỏ qua thành phần Khi máy cào không làm việc xem tải trọng phân bố điều bánh xe Khi máy làm việc trình nâng hạ cần cào nên trọng tâm máy thay 10 g1 ( x, u ) H 1u g ( x, u ) f ( x) H f ( x) Chú ý: g1 (3.87) c11 c12 x12 c 21 c 22 x 22 H g1 (3.88) g2 g1 ( x, u ) Từ (3.58) ta có được: K h( S1 ) e1 u1 u2 H x 1d K h( S ) e2 f1 ( x) (3.89) x2 d f ( x) Thay (3.88) vào (3.89) ta có điều khiển: K1 h( S1 ) e1 u1 u2 H x 1d K h( S ) e2 c11 c 21 x2 d c12 c 22 x12 x 22 g1 (3.90) g2 3.4.3.4 Tính tốn giá trị đặt i cho tay máy hai bậc tự Để tính tốn giá trị đặt cho tay máy hai bậc tự cần giải tốn động học ngược, từ tính toán giá trị đặt cho khớp: A2 A1 A2 C12 S12 S12 C12 0 0 l (C12 C1 ) l ( S12 S1 ) 0 (3.91) theo cách biến đổi toạ độ ta có được: x0 y0 z0 x2 y A2 z2 1 (3.92) Tuy nhiên, tốn có x2, y2, z2=0 ta quan tâm tới chuyển động tâm bàn kẹp từ (3.91) (3.92) ta có: 80 x0 l (C12 C1 ) y0 l ( S12 S1 ) x02 y 02 2 cos( ) l2 x02 (3.93) y 02 2l cos( ) 2l x y 02 2l arccos 2l 2 (3.94) Từ (3.93) ta có: x0 lC1 lC12 ( x0 lC1 ) (lC12 ) y0 lS1 lS12 ( y0 lS1 ) (lS12 ) x02 y 02 x02 2l ( x0 C1 y 02 y S1 ) x0 2l x02 y 02 C1 (3.95) y0 x02 y 02 S1 (3.96) Đặt x0 cos( ) x y 02 (3.97) y0 sin( ) Chọn x02 y 02 ta có: arccos( x02 2l y 02 (3.98) Như vậy, yêu cầu toán điều khiển tâm bàn kẹp theo quỹ đạo định trước xác định bởi: x y x(t ) y (t ) z z (t ) giá trị đặt cho khớp phải là: 81 arccos arccos x02 y 02 2l x02 (3.99) y 02 2l 2l 82 CHƢƠNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG Q TRÌNH DI CHUYỂN CỦA TAY MÁY 4.1 Mô tả yêu cầu công nghệ Cho hệ thống tay máy hoạt đông sau: Bấm nút start thi tay máy bắt đầu hoạt động hệ lên từ A tới điểm B phát cơng tắc hành trình L2 tay máy dừng 3s sang phải Khi tay máy sang phải tới điểm C thi đươc phát cơng tắc hành trình L3 tay máy dừng sang trái, tới điểm B phát cơng tắc hành trình L4 tay máy dừng 3s sang trái, tới điểm C phát cơng tắc hành trình L5 tay máy dừng 3s sang phải Tới điểm B phát cơng tắc hành trình L6 hệ dừng 3s xuống tới điểm A phát cơng tắc hành trình L1 hệ lên Hệ lặp lại đến ta tạm dừng hệ thống Tóm tắt hoạt động sau: ấn Start (I0.0) =============>bật Q0.0 (đi lên) L2 tác động ( I1.1) => dừng 3s bật Q0.1 (sang phải ) L3 tác động (I1.2) => dừng 3s bật Q0.2 ( sang trái) L4 tác động (I1.3) => dừng 3s bật Q0.3 ( sang trái) L5 tác động ( I1.4) => dừng 3s bật Q0.4 (sang phải ) L6 tác động ( I1.5) => dừng 3s bật Q0.5 (đi xuống ) L1 tác động (I1.6) => dừng lại lên ( bật Q0.0) 83 Hình 4.1 trình di chuyển tay máy 84 4.2 Chƣơng trình 85 86 87 4.3 Mơ hình mơ q trình di chuyển tay máy 88 Hình.4.2 sơ đồ dây mơ hình 89 Hình.4.3 Mặt trước mơ hình cấp nguồn 90 Hình.4.4 Nguồn Adapter DC 12v Hình.4.5 Modul Rơle trung gian 91 Hình.4.6 PLC S7 – 200 SIEMENS CPU 224 Hình.4.7 Nguồn Adapter 24v DC 92 Kết Luận Sau thời gian tim hiểu theo hướng dẫn thầy giáo hướng dẫn thạc sỹ Nguyễn Đức Minh thầy cô giáo khoa Điện tự động công nghiệp, đề tài tốt nghiệp em hoàn thành với yêu cầu đặt đề tài Tìm hiểu cấu di chuyển : cấu tạo nguyên lý hoạt động,chế độ vận hành hệ thống Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, tập lệnh điều khiển thiết bị điều khiển PLC S7-200 Thiết kế mơ hình mơ q trình di chuyển tay máy Do thời gian có hạn khả cịn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót, vấn đề đề cập đến cịn hạn chế mong thầy cô thông cảm bỏ qua thiếu sót cho em.Với điều kiện cho phép em nghiên cứu phát triển thêm đề tài Em xin trân trọng cảm ơn! 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO Thạc sĩ Châu Chí Đức (1996) Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7-200 Nguyễn Huy Mạnh (2006) - Giáo trình PLC NXB KHKT Nguyễn Hồng Thái (2002) Xây dựng thuật toán điều khiển mô động Robot nhiều bậc tự do.Thư viện ĐHBK HN 2002 www.tailieu.vn www.timtailieu.vn 94 ... tổng quát PLC ngơn ngữ lập trình PLC S7-200 SIEMENS Chương : thiêt kế điều khiển trượt cho tay máy roobot bậc tự Chương : Mô hình mơ q trình di chuyển tay máy CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC CƠ CẤU DI CHUYỂN... CHUYỂN 1.1 Tổng quan cấu di chuyển 1.1.1 Giới thiệu Cơ cấu di chuyển dùng để di chuyển máy trục chạy đường ray đường ray, loại di chuyển mặt đất Thông thường cấu di chuyển gồm phận sau : - Động... từ hộp giảm tốc bánh xe di chuyển Cơ cấu di chuyển khơng cần đường ray Hình 1.1 Máy xúc gàu ngược di chuyển xích Hình 1.2 Máy xúc gàu ngược di chuyển bánh lốp Cơ cấu di chuyển đường ray Hình 1.3