(Đề tài NCKH) thiết kế và chế tạo máy đếm bao tay tự động công suất 10 000 cái giờ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ÐIỂM THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY ÐẾM BAO TAY TỰ ÐỘNG CÔNG SUẤT 10.000 cái/giờ Mã số: T2013-29TÐ Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương SKC004313 Tp Hồ Chí Minh, tháng 02/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG TRỌNG ĐIỂM THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY ĐẾM BAO TAY TỰ ĐỘNG CÔNG SUẤT 10.000 cái/giờ Mã số: T2013-29TĐ Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phƣơng TP HCM, 12/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG TRỌNG ĐIỂM THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY ĐẾM BAO TAY TỰ ĐỘNG CÔNG SUẤT 10.000 cái/giờ Mã số: T2013-29TĐ Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phƣơng Thành viên đề tài: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh ThS Tƣởng Phƣớc Thọ TP HCM, 12/2013 DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY ĐẾM BAO TAY TỰ ĐỘNG CÔNG SUẤT 10.000 cái/giờ Cá nhân phối hợp thực Họ tên PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh ThS Tƣởng Phƣớc Thọ Tên đơn vị nƣớc Nội dung phối hợp nghiên cứu Họ tên ngƣời đại diện đơn vị Thời gian thực hiện: 2/2013 – 12/2013 i Mục lục DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH i Mục lục ii DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU vi PHẦN 1: MỞ ĐẦU I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC I.1 Tình hình nghiên cứu nƣớc I.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc II TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI III MỤC TIÊU ĐỀ TÀI IV ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU V PHẠM VI NGHIÊN CỨU VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU PHẦN 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN Chƣơng 1: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG PHẦN CƠ KHÍ 1.1 Cơ sở chọn phƣơng án thiết kế 1.2 Các phƣơng án thiết kế 1.2.1 Phƣơng pháp thủ công 1.2.2 Phƣơng pháp kẹp 1.2.4 Phƣơng pháp 1.3 Thiết kế Rulo 1.3.1 Thông số khuôn tay sứ 1.3.2 Thiết kế rulo 1.3.3 Thiết kế trục 10 1.3.4 Xác định công suất động 14 1.3.5 Phân phối tỷ số truyền 15 ii 1.3.6 Lựa chọn truyền động 1.4 1.5 Thiết kế băng tải xếp bao tay 1.4.1 Tính tốn kích thƣớc 1.4.2 Chọn động cho băng tải xếp ba 1.4.3 Cơ cấu truyền động đai cho băng Thiết kế băng tải dẫn 1.5.1 Chọn lựa truyền xích 1.5.2 Tính cơng suất động cho băng t 1.6 Lắp ráp chi tiết máy 1.7 Thi công khí CHƢƠNG : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN ĐIỆN 2.1 Thiết kế điều khiển 2.2 Mạch điện hệ thống 2.3 Sơ đồ dây mạch động lực 2.4 Programmable Logic Controler (PLC) 2.4.1 Những sở để chọn lựa PLC 2.4.2 PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC 2.4.3 2.5 2.6 Kết nối PLC với thiết bị Lựa chọn lắp đặt Cảm biến (Sensor) 2.5.1 Lựa chọn cảm biến 2.5.2 Nối dây cho cảm biến 2.5.3 Cảm biến quang (optical sensor) 2.5.5 Cảm biến điện từ 2.5.6 Lắp đặt vị trí cảm biến máy Động AC-Servo 2.6.1 Động AC-Servo (YASKAWA) 2.6.2 Bộ điều khiển driver động SERVOPACH (SGDH) 2.7 Biến tần (inverter) 2.7.1 Khái quát biến tần 2.7.2 Nguyên lý hoạt động 2.7.3 Ƣu điểm ứng dụng biến tần 2.7.4 Chọn lựa cài đặt biến tần iii 2.8 Màn hình giám sát – điều khiển - Human Machine Interface (HMI) 2.8.1Định nghĩa HMI 2.8.2Ƣu điểm HMI 2.8.3Các thành phần HMI 2.8.4Các thông số đặc trƣng HMI 2.8.5Thiết kế giao diện dùng má 2.9 Tủ điện điều khiển 2.9.1 Tủ điện điều khiển 2.9.2 Tủ điện HMI CHƢƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 3.1 Khái niệm 3.1.1Phƣơng pháp điều khiển nối cứng 3.1.2Phƣơng pháp điều khiển lập trình 3.2 Thiết kế điều khiển 3.2.1Qui trình thiết kế điều khiển 3.2.2Địa I/O lập trình 3.3 Biểu đồ chức 3.4 Biểu đồ thời gian CHƢƠNG THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 4.1 Thực nghiệm 4.2 Kết PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI TÀI LIỆU THAM KHẢO Phụ lục Phụ lục iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh ƣu điểm, nhƣợc điểm phƣơng pháp lấy bao tay Bảng 1.2: Thông số trục 16 Bảng 1.3: Bảng 1.3 Các thơng số kích thƣớc truyền 20 Bảng 1.4 Bảng thông số truyền xích 24 Bảng 2.1 Chọn lựa loại động 32 Bảng 2.2 Lựu chọn cảm biến phù hợp với yêu cầu hệ thống 40 Bảng 2.3 Chọn cảm biến 42 Bảng 2.4 Chân điều khiển chế độ điều khiển vị trí 47 Bảng 2.5 Thông số cài đặt cho điều khiển vị trí servo driver 49 Bảng 3.1 Lựa chọn thiết bị 58 Bảng 3.2 Địa ngõ vào PLC 60 Bảng 3.3 Địa ngõ PLC 61 Bảng 4.1THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MÁY 64 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT HMI - Human Machine Interface PLC - Programmable Logic Controler v BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Đơn vị: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY ĐẾM BAO TAY TỰ ĐỘNG CÔNG SUẤT 10.000 cái/giờ  Mã số: T2013-29TD  Chủ nhiệm: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phƣơng  Cơ quan chủ trì: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM  Thời gian thực hiện: từ 2/2013 đến 12/2013 Mục tiêu: Thiết kế chế tạo hệ thống đếm bao tay tự động có khả cài đặt số lƣợng cần đếm hiển thị số bao tay cịn thiếu để bổ sung Chế tạo thử nghiệm hồn chỉnh máy đếm bao tay tự động Tính sáng tạo: Chế tạo máy đếm bao tay tự động công suất 10.000 cái/giờ phù hợp với dây chuyền sản xuất bao tay, chuyển giao cho công ty sản xuất bao tay Kết nghiên cứu: Máy đếm bao tay công suất 10.000 cái/giờ Sản phẩm: Máy đếm bao tay tự động công suất 10.000 cái/giờ phù hợp với dây chuyền sản xuất bao tay Máy đếm bao tay Công suất Bộ điều khiển Phƣơng pháp đếm bao tay Giao tiếp ngƣời dùng Công suất tối đa Nguồn cung cấp Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Khả áp dụng vào thực tiễn đề tài cao Đã chuyển giao cho công ty Cơ quan chủ trì (ký, họ tên, đóng dấu) tháng năm 2013 Ngà y Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) vi INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: DESIGN AND DEVELOPMENT AUTOMATIC GLOVES COUNTING MACHINE 10.000 PCS/H Code number: T2013-29TD Coordinator: Nguyễn Ngọc Phƣơng Implementing institution: The University of Technical Education Ho Chi Minh City Duration: from 2/2013 to 12/2013 Objective(s): Design and manufacturing automatic glove counting machine that is able to set up required number of counts and display the number of gloves to supplement missing Prototype a automatic glove counting machine Creativeness and innovativeness: Manufacturing automatic glove counting machine capacity of 10,000 pcs / hour suit glove production lines, transferred to production gloves of the company Research results: The automatic glove counting machine capacity of 10,000 pcs / hour Products: The automatic glove counting machine capacity of 10,000 pcs / hour Glove machine Capacity Controller Counting method Control panel Power Power source Effects, transfer alternatives of research results and applicability: The application field of the subject is very large Transferred to Le Quan Company vii 58 3.2 Thiết kế điều khiển 3.2.1 Qui trình thiết kế điều khiển Tìm hiểu yêu cầu hệ thống Liệt kê đầu vào/ra tƣơng ứng với đầu vào/ra PLC Dựng sơ đồ hệ thống điều khiển Phiên dịch lƣu đồ sang dạng lƣu đồ giải thuật Lập sơ đồ giải thuật vào PLC Mơ chƣơng trình kiểm tra phần mềm Chƣơng trình Thay đổi chƣơng trình Nối thiết bị vào/ra với PLC Chạy thử chƣơng trình Chƣơng trình Sửa lại phần mềm Lƣu chƣơng trình vào EEPROM Sắp xếp có hệ thống chƣơng Kết thúc Hình 3.3 Sơ đồ thiết kế điều khiển máy bao tay tự động 59 3.2.2 Địa I/O lập trình 3.2.2.1 Ngõ vào Bảng 3.2 Địa ngõ vào PLC NGÕ VÀO Số ngõ vào: sử dụng ngõ vào - ngõ vào cảm biến quang - ngõ vào cảm biến điện từ - ngõ vào E_STOP - ngõ vào NÚT NHẤN Bảng địa tín hiệu ngõ vào STT TÊN CB1 CB2 CB3 CB4 CB5 CB6 E_STOP NUT_NHAN NUT_RESET 10 NUT_START 11 STOP_HMI 60 3.2.2.2 Ngõ Bảng 3.3 Địa ngõ PLC NGÕ RA * Số ngõ ra: sử dụng ngõ - ngõ điều khiển chân xung - ngõ điều khiển chân chiều - ngõ điều khiển động - ngõ điều khiển còi báo - ngõ điều khiển đèn báo STT TÊN Chân_xung Chân_chiều K1 K2 K3 COI_BAO DEN_BAO 3.3 Biểu đồ chức 61 Khởi động hệ thống Đ 0.1: Lặp lại Đợi khởi động Đ 1.2: Khởi động Cảm biến chờ bao tay Đ 2.3: Cảm biến có tín hiệu bao tay CB1,CB2 đếm bao tay CB3 đếm cánh tay Đ 3.4: CB1,CB2 tiếp tục đếm bao tay CB3 dếm đủ cánh tay cặp rulo bao tay quay kéo bao tay Băng tải đảo chiều Đ 4.5: cặp rulo kéo bao tay Băng tảo đảo chiều xong Counter đếm số lần rulo quay Đ 5.6: C2 = 23 Và đếm số lần băng tải đảo chiều C9 tiếp tục đếm Còi kêu đèn nhấp nháy Đ 6.7: Kêu xong Counter đếm số lần băng tải đảo chiều Đ 7.8: Counter đếm số lần đảo chiều C2 đủ Hai băng tải chạy chiều Đ 8.9: Hiện xong Và số bao tay thiếu HMI Chạy xong Nhấn nút băng tải chạy Đ 9.10: Băng tải chạy xong Hình 3.4 Biểu đồ chức máy đếm bao tay 62 3.4 Biểu đồ thời gian Biểu đồ thời gian máy đếm bao tay tự động điều khiển theo kiện đƣợc trình bày bảng (AB) Thời gian điều khiển trình theo kiện với trị số tùy ý Mức giá trị biểu đồ biểu thị cấu không tác động Giá trị cấu tác động cảm biến thực thi đếm sản phẩm hay số lần tác động cảm biến Tùy ý ◊ Hình 3.5 Biểu đồ thời gian máy đếm bao tay KĐ: Khởi động ; CB1: cảm biến đếm bao tay Đếm_ĐC: đếm đảo chiều động AC SERVO; C_Đ: còi đèn; H_T: thị số bao tay thiếu lên HMI Biểu đồ thời gian cơng cụ hiểu để phân tích thiết kế q trình điều khiển theo kiên Nó cho ta thấy rõ rang xảy tín hiệu vào Đặc biệt, cịn rõ giá trị tín hiệu vào thay đổi bƣớc Các thông tin cần thiết cho ngƣời thiết kế kế để xác định cần thiết cơng tắc tự trì thực tác động đƣợc điều kiện thay đổi trƣớc 63 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 4.1 Thực nghiệm Đã chế tạo đƣợc máy đếm bao tay, thực nghiệm chuyển giao dây chuyền sản xuất nhà máy, thông số kỹ thuật máy bảng 4.1 Bảng 4.1THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MÁY Dài x Rộng x Cao (mm) Năng suất hoạt động Nguồn cấp Bộ xử lý trung tâm Giao diện sử dụng Chƣơng trình điều khiển Cơ cấu bao tay Cơ cấu đếm bao tay Hình4.1: Máy đếm bao tay lắp vào dây chuyền 64 Hình 4.2 Giao diện HMI - máy đếm bao tay tự động 4.2 Kết Qua thời gian hiệu chỉnh, máy đếm bao tay hoạt động tốt dây chuyền với tính năng: - Rút bao tay ổn định, không bị rách bao tay, Năng suất 10.000 bao tay/giờ, Giao diện HMI đơn giản dễ sử dụng, Hiển thị số bao tay đếm đƣợc chu kỳ (100 cái/25 lần rút) số bao tay thiếu (hình 4.2), Máy hoạt động xác thời gian liên tục (3 ca) Hình 4.3 Bao tay xếp gọn 65 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC: I.1 Tính khoa học: Thiết kế hoàn chỉnh máy rút đếm bao tay công suất 10.000 /giờ theo nguyên lý trục Thiết kế hoàn chỉnh cấurút bao tay dạng trục Thiết kế hoàn chỉnh cấu xếp bao tay dạng băng tải Thiết kế hoàn chỉnh cấu đếm bao tay I.2 Khả triển khai ứng dụng vào thực tế: Máy đƣợc sử dụng nhà máy liên tục ca, thiết kế cải tiến cho dây chuyền cịn lại nhà máy Hình 5.1 Máy hoạt động phù hợp với nhịp chuyền sản xuất I.3 Hiệu kinh tế - xã hội: Máy làm việc lien tục ca, thay công nhân làm việc mơi trƣờng nóng Mang lại hiệu kinh tế cao AI KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI II.1 Kết luận: Đã chế tạo thành công máy đếm bao tay tự động công suất 10.000 cái/giờ chuyển giao thành công dây chuyền sản xuất II.2 Hƣớng Phát triển: Cải tiến giảm khối lƣợng cấu để giảm công suất động Đề suất phƣơng án tiết kiệm điện để từ làm sở tính tốn mạch điện thích hợp Thiết lập vẽ chuẩn để chế tạo máy đếm bao tay nhƣng có khối lƣợng nhẹ chi tiết gọn dễ chế tạo, nhằm mục đích sản suất phổ biến máy 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TS Trần Thanh Kỳ, Thiết kếcơ khí , Nhà Xuất Bản Khoa Học Giáo Dục, Hà Nội, 2003 [2] PGS TS Nguyễn Văn Yến, Giáo trình chi tiết máy, Nhà Xuất Bản Giao Thông Vận Tải, Hà Nội, 2008 [3] TS Nguyễn Văn Tuấn, TS Phan Long, TS Võ Thị Ngọc Lan, Phương pháp nghiên cứu khoa học giáo dục, Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 2005 [4] Trịnh Chất – Lê Uyển, Sổ tay tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, Nhà Xuất Bản Khoa Học Giáo Dục, Hà Nội, 2004 [5] Nguyễn Chí Linh, Lập trình PIC CCS ver3.242, Cơng ty TNHH Panasonic R&D Center Việt Nam, 9/8/2006 [6] Trần Xuân Trƣờng, Tài liệu sử dụng CCS Tiếng Việt, SV K2001 Đại Học Bách Khoa TP.HCM, 2006 [7] Grameen Foundation, Friction Factors, 9/1010 ULR http://www.grameenfoundation.org/welcome/google_psa/ [8] Hội Quán Điện Tử, Read Timer (DS1307), 8/4/2010 ULR http:// hoiquandientu.com/DS1307 [9] Microchip.com, PIC 16F87XA datasheet, 8/4/20010 ULR http:// ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39582b.pdf 67 Phụ lục Bài báo khoa học 68 Phụ lục Bản thuyết minh đƣợc phê duyệt 69 ... tạo máy đếm bao tay tự động công suất 10. 000 cái/ giờ phù hợp với dây chuyền sản xuất bao tay, chuyển giao cho công ty sản xuất bao tay Kết nghiên cứu: Máy đếm bao tay công suất 10. 000 cái/ giờ. .. phẩm: Máy đếm bao tay tự động công suất 10. 000 cái/ giờ phù hợp với dây chuyền sản xuất bao tay Máy đếm bao tay Công suất Bộ điều khiển Phƣơng pháp đếm bao tay Giao tiếp ngƣời dùng Công suất tối... tiêu: Thiết kế chế tạo hệ thống đếm bao tay tự động có khả cài đặt số lƣợng cần đếm hiển thị số bao tay thiếu để bổ sung Chế tạo thử nghiệm hoàn chỉnh máy đếm bao tay tự động Tính sáng tạo: Chế tạo