(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển máy tích hợp cắt, nhấn góc và đột lỗ tự động trong sản xuất ô tô

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN XUÂN KHẢI NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY TÍCH HỢP CẮT, NHẤN GĨC VÀ ĐỘT LỖ TRONG SẢN XUẤT Ô TÔ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN XUÂN KHẢI NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY TÍCH HỢP CẮT, NHẤN GĨC VÀ ĐỘT LỖ TRONG SẢN XUẤT Ơ TƠ Chun ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 85.20.10.3 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY TÍCH HỢP CẮT, NHẤN GĨC VÀ ĐỘT LỖ TỰ ĐỘNG TRONG SẢN XUẤT Ô TÔ Học viên : Nguyễn Xuân Khải Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 8.52.01.03 Trường Đại Học Bách khoa -ĐHĐN Khóa: 2019 Tóm tắt: Trước nhà máy thép, đa số sản phẩm xưởng thép gia công thủ công, thực qua nhiều công đoạn khác nhau, tốn nhiều thời gian yêu cầu nhiều nhân cơng thực Q trình thực qua công đoạn sau: + Công đoạn 1: Cắt phôi dây chuyền xã cuộn cắt + Cơng đoạn 2: Cắt phơi theo kích thước máy cắt thủy lực + Cơng đoạn 3: Cắt góc máy cắt góc + Cơng đoạn 4: Cắt rãnh U máy cắt góc + Cơng đoạn 5: Chuyển sang nhà máy khí gia cơng đột lỗ trịn ô van Thực tế đặt yêu cầu cấp bách cho nhà máy phải cải tiến chế tạo máy tích hợp cơng đoạn nhằm giảm số nhân công thực hiện, rút ngắn thời gian sản xuất, góp phần tăng suất giảm giá thành sản phẩm Trong trình thiết kế chế tạo máy tích hợp có nhiều cơng đoạn tính tốn thiết kế, chế tạo kết cấu khí, hệ thống điều khiển thủy lực, hệ thống điều khiển PLC chế tạo lắp đặt máy Đề tài thực phần nội dung là: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy tích hợp cắt, nhấn góc đột lỗ sản xuất tơ” Thực tự động hóa q trình gia công sản phẩm thép dùng sản xuất chi tiết, nâng cao tính cơng nghệ sản xuất đồng thời giảm thời gian gia công sản phẩm, nâng cao suất lao động, đảm bảo an toàn lao động giảm giá thành sản phẩm Cơng ty Gia cơng thép – Khu Phức hợp Ơ Tơ Chu Lai – Trường Hải Từ khóa: Điều khiển PLC Mitsubishi, Lập trình HMI RESEARCH AND DESIGN OF INTEGRATED MACHINE CONTROL SYSTEM FOR CUTTING, PRESSING CORNERS AND HOLES IN AUTOMOBILE MANUFACTURING Abstract Previously at the steel factory, most of the products at the steel sheet factory were processed manually, performed through many different stages, time-consuming and required many workers to perform The above process is carried out through the following stages: + Stage 1: Cutting sheet embryos on the plate cutting line + Stage 2: Cut the workpiece according to size on the hydraulic cutter + Stage 3: Cut the corner on the corner cutter + Stage 4: Cut U grooves on the corner cutter + Stage 5: Switch to mechanical factory processing round holes or valves This fact poses an urgent need for the factory to improve and build a machine that integrates the above steps to reduce the number of employees performing, shorten production time, contribute to increased productivity and reduce costs product In the process of designing and manufacturing this integrated machine, there are many stages such as design calculations, mechanical engineering fabrication, hydraulic control systems, PLC control systems and machine installation This topic is made a part of the content on which: "Research and design of integrated machine control system for cutting, pressing corners and holes in automobile manufacturing" Automate the processing of sheet steel products used in manufacturing details, improve technology in production while reducing processing time of products, improve labor productivity, ensure labor safety and reduce production costs at Chu Lai - Truong Hai Automobile Processing Complex Company - Truong Hai Keywords: PLC PLC Control, HMI Programming, MỤC LỤC Danh mục hình vẽ, bảng hiểu ………………………………………………………vi I Lý chọn đề tài………………………………………………………………… II Mục tiêu nghiên cứu III Đối tượng phạm vi nghiên cứu IV Phương pháp nghiên cứu .2 V Ý nghĩa khoa học thực tiễn VI Cấu trúc luận văn: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các sản phẩm gia công thép nhà máy gia công thép Thaco .4 1.2 Các máy gia công thép nhà máy 1.2.1 Máy cắt thép 1.2.2 Máy cắt góc: 1.2.3 Máy cắt sau xã băng 1-4 mm 1.2.4 Máy đột lỗ 1.2.5 Máy đột lỗ ô van .10 1.3 Cơ sở lý thuyết hệ thống truyền động thủy lực 10 1.3.1 Lịch sử phát triển khả nẵng ứng dụng hệ thống truyền động thủy lực 10 1.3.2 Khái niệm thủy lực: 11 1.3.3 Những ưu điểm nhược điểm hệ thống truyền động thủy lực 11 1.3.4 Các cấu biến đổi lượng .12 1.3.5 Các phần tử hệ thống điều khiển 16 1.4 Cơ sở lý thuyết điều khiển PLC 21 1.4.1 Khái niệm .21 1.4.3 Nguyên lý hoạt động PLC 22 1.4.4 Phân lọai PLC 25 1.4.5 Ứng dụng, ưu nhược điểm PLC 26 1.4.6 Thiết bị điều khiển : 29 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ KẾT CẤU CỦA MÁY TÍCH HỢP 35 2.1 Tổng quan máy tích hợp: 35 2.1.1 Cấu tạo thông số máy .35 2.1.2 Nguyên lý hoạt động máy: .35 2.1.3 Sơ đồ tổng thể 35 2.2 Giới thiệu cấu tạo phận máy tích hợp 39 2.2.1 Cụm dẫn hướng phôi đầu vào 39 2.2.2 Cụm độ lỗ trịn lỗ van .40 2.2.4 Cụm dẫn hướng phôi đầu 46 2.2.5 Cụm cắt hoàn thiện 46 2.2.6 Cụm băng tải phôi 49 2.2.7 Cụm xếp phôi thành phẩm .50 2.2.8 Hệ thống thủy lực máy tích hợp 50 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC MITSHUBISHI 55 3.1 Giới thiệu phần mềm lập trình: 55 3.1.1 Phần mềm GX Developer : 55 3.1.2 Phần mềm lập trình mơ Dopsofft HMI Delta: 57 3.2 Lập trình HMI: 59 3.3 Sơ đồ điện hệ thống điều khiển 63 3.3.1 Ngõ INPUT PLC 63 3.3.2 Ngõ OUTPUT 68 3.3.3 Mạch điều khiển chương trình PLC máy tích hợp .72 3.3.4 Mạch điều khiển động sevor .73 3.4 Vận hành sử dụng chương trình 74 3.4.1 Chức thiết bị tủ điều khiển: .74 3.4.2 Chế độ Manual 75 3.4.3 Nhập vẽ chi tiết vào máy 77 3.4.4 Chế độ AUTO 77 KẾT LUẬN CHUNG…………………………………………………………….- 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… -75 - DANH MỤC HÌNH ẢNH – BẢNG BIỂU Số hiệu hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.20 1.21 1.22 1.23 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 Tên hình ảnh Máy cắt thép Máy cắt góc Máy cắt sau xã băng Máy đột lỗ Máy đột lỗ ovan Sơ đồ chuyển đổi thủy lực Bơm dầu thủy lực Động dầu Các loại xylanh Cấu tạo xylanh Cấu tạo bể dầu Cách lắp lọc dầu hệ thống thủy lực Cấu trúc hệ thống điều khiển thủy lực Một số van đảo chiều 3/2 Một số van đảo chiều 5/2 Van tiết lưu chiều Cấu tạo van tràn Cấu tạo van tràn solenoid Các thành phần PLC Chu vòng quét CPU PLC PLC Mitsubishi FX3U-48MR/ES Màn hình HMI F940 FX2N-10PG Kết cấu tổng thể máy tích hợp Hình chiều đứng máy tích hợp Hình chiều máy tích hợp Hình chiều cạnh máy tích hợp Hình khối cụm dẫn hướng máy tích hợp Hình chiếu khối cụm dẫn hướng máy tích hợp Hình khối cụm đột lỗ trịn lỗ van Hình chiếu cụm đột lỗ trịn lỗ van Hình khơi cụm cắt rãnh vng Hình chiếu cụm cắt rãnh vng Trang 4 7 10 11 12 12 13 14 14 15 16 16 17 17 19 21 25 29 29 31 33 34 35 35 36 36 37 39 39 Số hiệu hình 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 Tên hình ảnh Cụm dẫn hướng đầu phơi máy tích hợp Cụm cắt hồn thiện Hình chiếu cụm cắt hồn thiện Cụm băng tải phơi Hình chiếu cụm băng tải phơi Cụm xếp phơi thành phẩm Hình chiếu xếp phơi thành phẩm Sơ đồ tổng thể hệ thống thủy lực máy tích hợp Sơ đồ tổng thể hệ thống thủy lực cụm đột lỗ, lỗ ôvan Sơ đồ tổng thể hệ thống thủy lực cụm cắt rãnh Màn hình GX-Developer Thanh menu GX-Developer Thanh công cụ GX-Developer Các lệnh GX-Developer Cách viết chương trình Thiết lập kết nối PLC Giao diện phần mềm Thanh menu tổng quát phần mềm Thanh công cụ phần mềm Sơ đồ khối hệ thống điều khiển máy tích hợp PLC Màn hình Màn hình chế độ đột lỗ trịn, đột lỗ ô van cắt rãnh Màn hình chế độ cụm máy tích hợp Mạch INPUT Mạch OUTPUT Mạch điều khiển chương trình Mạch điều khiển động servo Hộp điều khiển chương trình Màn hình chế độ điều khiển tay Ví dụ cách nhập thong số tọa độ lỗ rãnh Màn hình chế độ nhập auto Trang 43 44 44 46 47 47 48 49 50 51 52 52 53 53 53 54 54 55 55 56 56 57 59 62 65 68 68 69 70 72 72 Số hiệu bảng 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Tên bảng biểu Các chi tiết thép tâm gia công cho xe tải Thông số máy cắt thép Thơng số máy cắt góc Thơng số máy cắt sau xã bang Thông số máy đột lỗ Thông số máy đột lỗ van Đặc tính kỹ thuật hệ thống điều khiển Thông số PLC FX 3U-128MT Danh sách ghi hình Danh sách ghi hình chế độ, đột lỗ trịn, lỗ van, cắt rãnh Danh sách ghi cụm máy tích hợp trang Danh sách địa INPUT PLC Danh sách địa OUTPUT PLC Trang 4 27 28 56 57 58 62 66 74 Hệ thống sử dụng điều khiển động Servo MR-JE-300A Mitsubishi có chức bảo vệ pha, q dịng hay q tải Nhưng cấu hình phần cứng điều khiển cho phép điều khiển động sevor đồng thời, khí yêu cầu cần điều khiển động sevor ta phải dùng them môđun đầu tra trung gian Mitsubishi FX2N-10PG điều khiển vị trí Hình 3.17 Mạch điều khiển trung gian động servo 3.4 Vận hành sử dụng chương trình 3.4.1 Chức thiết bị tủ điều khiển: Hình 3.18 Hộp điều khiển chương trình 75 Màn hình điều khiển Nút nhấn stop auto Nút nhấn start auto Nút nhấn phôi chạy lui Nút nhấn phôi chạy tới Công tắc chuyển chế độ auto/manual Còi báo lỗi Nút nhấn dừng khẩn cấp Công tắc bật tắt nguồn điều khiển 3.4.2 Chế độ Manual - Để máy hoạt động chế độ Manual: Bật công tắc Manual/Auto sang chế độ Manual - Chức năng: Điều khiển độc lập cấu máy Hình 3.19 Màn hình chế độ điều khiển tay Bật tắt bơm dầu Điều khiển chày 1=> chày 12, Cụm cắt rãnh, cắt đứt theo chế độ nhấp nhát Điều khiển cụm cắt rãnh, cụm cắt đứt lên xuống theo chế độ lựa chọn 76 Điều khiển chày cụm đột lỗ tròn lên xuống theo chế độ lựa chọn Điều chày cụm đột ovan lên xuống theo chế độ lựa chọn Các bước điều chỉnh độ rộng cụm dẫn hướng theo chiều rộng phôi - Nhập chiều rộng phơi vào “Kích thước cài đặt” - Nhấn nút “START” - Các nút nhấn điều khiển cấu xếp phôi: - “CỬ RA” Điều khiển cử chạy - “CỬ VÀO” Điều khiển cử chạy vào - “BĂNG TẢI” Bật/tắt băng tải - “NÂNG PHƠI” nâng phơi lên - “HẠ PHƠI” hạ phơi - “XE PHƠI RA” Điều khiển xe phơi chạy - “XE PHƠI VÀO” Điều khiển xe phơi chạy vào 77 3.4.3 Nhập vẽ chi tiết vào máy Hình 3.20 Ví dụ cách nhập thong số tọa độ lỗ rãnh - Nhập tọa độ lỗ rãnh so với tọa độ gốc hình vẽ (tọa độ tuyệt đối) - Đối với lỗ nhập tọa độ X, tọa độ Y, chọn chày - Phải chọn chày phù hợp với kích thước vẽ - Đối với rãnh nhập tọa độ X, độ sâu độ rộng rãnh - Nhập tọa độ lỗ rãnh theo thứ tự từ trái sang phải - Đối với rãnh phía bên chọn cụm rãnh 2, rãnh phía bên chọn cụm rãnh 3.4.4 Chế độ AUTO Hình 3.21 Màn hình chế độ nhập auto 78  Các bước vận hành máy chế độ auto: - Bước 1: Bật công tắc AUTO/MANUAL sang chế độ Manual - Bước 2: Nhập vẽ vào máy - Bước 3: Nhập độ chiều dài, độ rộng, số lượng chi tiết vài máy - Bước 4: Bật bơm dầu - Bước 5: Reset liệu cũ: Reset trục X, liệu - Bước 6: Bật công tắc AUTO/MANUAL sang chế độ AUTO - Bước 7: Nhấn nút START để chạy máy  Trong trình chạy AUTO mún dừng máy nhấn nút STOP, chạy lại nhấn nút START  Nhấn nút E.STOP xảy va chạm cấu cố nguy hiểm 3.5 Kết luận chương 3: Đã hồn thiện chương trình hệ thống điều khiển máy tích hợp PLC, lắp đặt mà hình HMI điều khiển chương trình để máy hoạt động sản xuất Chương trình điều khiển máy hoạt động chu trình u cầu đặt gia cơng chi tiết 79 KẾT LUẬN CHUNG  Kết đề tài : Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy tích hợp đáp ứng chức hoạt động máy đề Viết chương trình điều khiển cho máy tích hợp gia cơng đột lỗ, cắt rãnh, nhấn góc tích hợp Máy thiết kế, chế tạo thực hiện: - Điều khiển q trình gia cơng đột lỗ, cắt rãnh tích hợp máy - Có thể gia cơng xác lỗ rãnh theo vẽ cách nhập thông số vào hệ thống điều khiển Bản thiết kế kết nối với máy tích hợp cắt, nhấn góc đột lỗ sản xuất ôtô đưa vào tham gia vào hoạt động nhà máy thép Thaco, máy hoạt động ổn định đáp ứng nhu cầu sử dụng kế hoạch sản xuất công ty  Hướng phát triển: - Nghiên cứu nhập vẽ 2D vào hệ thống máy tự động thực theo vẽ - Nhóm nghiên cứu tích lũy kinh nghiệm để nghiên cứu thiết kế máy khác phục vụ cho sản xuất Núi Thành, ngày….tháng….năm 2019 Người thực 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO a Tiếng Việt : [1] PGS.TS Phạm Đắp, PGS.TS Trần Xuân Tùy(2008), Điều khiển tự động lĩnh vực khí [2] PGS.TS Trần Xuân Tùy & Ths Trần Minh Chính(2005), Hệ thống truyền động thủy lực, Đà Nẵng [3] Tăng Văn Mùi (biên dịch), TS Nguyễn Tiến Dũng (hiệu đính)(2010), Điều khiển lập trình PLC, Nhà xuất Thống kê [4] Trần Dỗn Tiến(2012), Tự động điều khiển q trình cơng nghệ, Nhà xuất giáo dục b.Tiếng Anh : [5] M.M.El-Wakil(2011), Power plant Technology, McGraw Hill [6] MITSUBISHI ELECTRIC(2013) , FX2N-4AD function block [7] MITSUBISHI ELECTRIC(2013) , FX-32CCL function block [8] MITSUBISHI ELECTRIC(2013) , FX-16CCL function block ... ? ?Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy tích hợp cắt, nhấn góc đột lỗ sản xuất tơ” II Mục tiêu nghiên cứu  Thiết kế hệ thống điều khiển cơng đoạn cắt, nhấn góc đột lỗ sản xuất tơ máy tích. .. thiết kế kết cấu khí chương làm sở thực phần nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển máy PLC chương để hoàn thành đề tài ? ?Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy tích hợp cắt, nhấn góc đột. .. cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy tích hợp cắt, nhấn góc đột lỗ sản xuất tơ” Thực tự động hóa q trình gia cơng sản phẩm thép dùng sản xuất chi tiết, nâng cao tính cơng nghệ sản xuất đồng thời