CHƢƠNG 5: MÔ PHỎNG MẠCH THỦY LỰC MÁY TRẢI THẢM VOGELE SUPER 1600 TRÊN PHẦN MỀM AUTOMATION SUDIO 5.0 5.1. Giới thiệu chung về phần mền automation sudio 5.0
5.1.1. Giới thiệu chung về công nghệ mô phỏng và thiết kế
Trong thời đại công nghiệp hiện nay, việc tự động hoá trong các quá trình sản xuất đều diễn ra khá mạnh mẽ. Những bƣớc phát triển đó đã bỏ qua các quá trình thủ công để đem lại năng suất cao trong lao động và hiệu quả trong quá trình sản xuất chế tạo.
Trong quá trình sản xuất trƣớc kia, để đạt đƣợc kết quả cuối cùng, ta phải thí nghiệm nhiều lần. Mà trong mỗi lần thí nghiệm này là một lần phải điều chỉnh, thay đổi kết cấu và chế tạo lại. Đây chính là nhƣợc điểm trong quá trình sản xuất truyền thống, nó làm tốn thời gian, công sức, tiêu tốn vật liệu,...
Với sự bùng nổ của công nghệ tin học, việc áp dụng vi tính mà cụ thể hơn là công nghệ mô phỏng và thiết kế trên vi tính vào quá trình sản xuất đã giải quyết đƣợc phần nào những nhƣợc điểm trên. Khi đó, một quá trình sản xuất có thể đƣợc tóm tắt nhƣ sau:
Hình 5.1. Sơ đồ tóm tắt một quá trình sản xuất kết hợp công nghệ mô phỏng. Lập bảng vẽ thiết kế, phân tích hệ thống
Yêu cầu về hệ thống
Xây dựng mô hình mô phỏng - chạy mô phỏng
Đánh giá kết quả
Sản xuất Đạt
thảm VOGELE SUPER 1600-2
68
Từ sơ đồ trên, ta thấy nhìn chung quá trình sản xuất kết hợp công nghệ mô phỏng thể hiện đƣợc ƣu điểm của quá trình sản xuất kết hợp công nghệ mô phỏng từ đó ta có thể nhanh chóng thấy đƣợc các hiện tƣợng trong hệ thống cũng nhƣ các quá trình thiết kế và làm việc của nó.
Cụ thể đối với quá trình sản xuất kết hợp công nghệ mô phỏng, để đạt đƣợc kết quả cuối theo yêu cầu, ta cũng tiến hành thí nghiệm nhiều lần. Tuy nhiên, quá trình này đƣợc tiến hành trên mô hình mô phỏng, điều này giúp tiết kiệm rất nhiều thời gian, tiền của, đem lại năng suất lao động. Bên cạnh đó, công nghệ mô phỏng còn cho phép kiểm tra sự ảnh hƣởng của các thông số kết cấu, thông số vận hành một cách nhanh chóng. Nhờ đó, nhà thiết kế, sản xuất có thể nhanh chóng tìm đƣợc kết quả tối ƣu nhất.
5.1.2. Tổng quan về phần mềm Automation Studio 5.0
Phần mềm Automation Studio đƣợc thiết kế bởi tập đoàn công nghệ Famic của Canada, là một phần mềm tính toán thiết kế, mô phỏng động học các sơ đồ mạch của nhiều hệ thống khác nhau, nhƣ sơ đồ mạch thủy lực, mạch khí nén, mạch điện điều khiển, mạch điện kỹ thuật số, mạch PLC. Đƣợc tạo ra cho ngành tự động hóa công nghiệp, giáo dục và phục vụ nhu cầu nghiên cứu. Sự mô phỏng trong phần mềm Automation Studio 5.0 là một công cụ đạt hiệu quả cao, đƣợc lập trình tự động trong phần mềm.
Nó đƣợc xây dựng kết hợp của nhiều hệ thống đa phần tử. Lĩnh vực ứng dụng chính của Automation Studio 5.0 là thiết kế mạch và mô phỏng quá trình điều khiển. Automation Studio 5.0 là một công cụ đƣợc kết hợp trong không gian với cách xử lý và đồ hoạ thân thiện của ngƣời thiết kế. Trình tự lập một dự án thiết kế mô phỏng trong phần mềm Automation Studio 5.0 đƣợc biểu hiện trong sơ đồ sau.
Hình 5.2. Sơ đồ trình tự lập dự án trong phần mềm Automation Studio 5.0. Tạo một dự án
mới Tạo sơ đồ của dự án
Mô phỏng dự án
(quan sát, đo lƣờng, kiểm tra, phê chuẩn)
Đƣa ra báo cáo
Lƣu dự án
Xuất, in dự án
thảm VOGELE SUPER 1600-2
69
5.1.2.1. Đặc điểm và công dụng
Trong môi trƣờng Automation Studio 5.0 tất cả các công cụ thiết kế sử dụng một cách dễ dàng. Nòng cốt của hệ thống đƣợc thể hiện trong các tiện ích sau:
1. Diagram Editor (Trình biên tập sơ đồ thiết kế). 2. Project Explorer (Trình duyệt dự án).
3. Library Explorer (Trình duyệt thƣ viện).
+ Trong Diagram Editor cho phép bạn thiết lập và mô phỏng những sơ đồ thiết kế và tạo ra các bản báo cáo.
+ Trong khi đó Project Explorer đƣợc sử dụng quản lý file (tập tin) và phân loại tất cả các tài liệu kết hợp với mô phỏng.
+ Library Explorer cung cấp những thƣ viện kí hiệu cần thiết để tạo ra những sơ đồ cấu thành lên những dự án của ngƣời thiết kế.
Tất cả các tài liệu của Automation Studio 5.0 đều giúp cho ngƣời dùng làm việc một cách nhanh chóng trong quá trình thiết kế của mình dƣới các lĩnh vực khác nhau; thuỷ lực, điện, thuỷ khí,.. Chúng ta có thể in và xuất những sơ đồ của mình với nhiều cách khác nhau kết hợp với những danh sách và các bản báo cáo để sắp xếp hoàn chỉnh công việc trên tập tin.
thảm VOGELE SUPER 1600-2
70
5.1.2.2. Giao diện chính của Automation Studio 5.0
Sau khi đã cài đặt phần mềm, biểu tƣợng phần mềm xuất hiện ngoài màn hình. Kích đúp chuột vào biểu tƣợng phần mềm Automation Studio 5.0, giao diện chính của phần mềm xuất hiện.
Hình 5.3. Giao diện chính của Automation Studio 5.0.
A - Thanh tiêu đề (tĩnh), thể hiện tên bài dự án đang thiêt kế.
B - Thanh thực đơn (tĩnh), cho phép ta vào các lệnh chính của phần mềm. C - Các thanh công cụ (tĩnh).
D - Library Explorer ( Trình duyệt thư viện) (động) E - Project Explorer (Trình duyệt dự án) (động) F - Trình đơn (động).
Automation studio 5.0 là bộ chƣơng trình thiết kế trình diễn dƣới dạng mô phỏng, nó có nhiều mô đun (modules) khác nhau đƣợc tạo ra trong thƣ viện nhƣ; mạch thuỷ lực, thuỷ khí, điện, PLC, vân.vân...Nó cũng tạo ra các mạch liên kết để điều khiển trong quá trình làm việc của các thiết bị mô phỏng nhƣ điều khiển điện trong thuỷ lực hay thuỷ khí...
thảm VOGELE SUPER 1600-2
71
5.1.2.3. Giao diện thư viện chính
Trình duyệt thƣ viện là một trong những tính năng quan trọng dùng để thiết kế trong phần mềm Automation Studio 5.0, có rất nhiều thƣ viện khác nhau: Thƣ viện cơ bản, thƣ viện nâng cao, và thƣ viện do ngƣời thiết kế tự tạo. Trong thƣ viện thiết kế cơ bản bao gồm hàng nghìn ký hiệu tiêu chuẩn khác nhau về thủy lực, khí nén, điện điều khiển, điện kỹ thuật số, PLC...Thƣ viện thiết kế nâng cao có nhiều tính năng nâng cao nhƣ thƣ viện máy ảo cho phép mô phỏng hoạt động của máy tƣơng ứng với hoạt động của sơ đồ thiết kế và kết nối máy ảo với thiết bị điều khiển bên ngoài.
Hình 5.4 Giao diện của thƣ viện chính.
A–Của sổ thư viện; B–Mở thư viện; C–Các mục trong thư viện; D–Các ký hiệu của các phần tử thiết kế trong thư viện.
5.1.2.4. Giao diện tra cứu ý nghĩa các ký hiệu trong thư viện
Trong mục Help của phần mềm giúp ngƣời thiết kế tra cứu các ký hiệu các phần tử đƣợc sử dụng trong phần mềm này. Có hàng trăm các ký hiệu thủy lực khác nhau đã đƣợc tiêu chuẩn hóa, có thể giúp cho ngƣời mới thiết kế tiếp cận với phần mềm một cách dễ dàng.
thảm VOGELE SUPER 1600-2
72
Hình 5.5. Giao diện tra cứu ý nghĩa ký hiệu bơm thủy lực.
5.1.2.5. Giao diện thiết kế chính của các phần tử
Trên nền thiết kế chính có chia lƣới ô vuông, cho phép ngƣời dùng thiết kế mạch bằng cách tìm trong thƣ viện các ký hiệu các phần tử kéo và thả ra nền thiết kế, lắp ráp các phần tử với nhau thành mạch tổng thành, và cho phép nối kết các thiết bị điều khiển với mạch đang thiết kế. Tại đây ngƣời thiết kế dễ dàng tự thiết kế ra các phần tử khác nhau và lập lên thƣ viện cho riêng mình, nhƣ thiết kế các loại van điều khiển, van phân phối, van giảm áp, x y l anh thủ y lực, bộ nguồn, bộ điều khiển...
thảm VOGELE SUPER 1600-2
73
Hình 5.7. Giao diện lựa chọn các đƣờng dẫn dầu trong van điều khiển.
5.1.2.6. Giao diện tính toán các phần tử
Các phần tử trên nền thiết kế chính đƣợc tính toán một cách rõ ràng, nhƣ tính toán các thông số đầu vào của xylanh, động cơ, tổn thất đƣờng ống, …
thảm VOGELE SUPER 1600-2
74
5.1.2.7. Thanh công cụ mô phỏng chương trình
Sau khi tính toán thiết kế sơ đồ trên nền chính, tiến hành kiểm tra kết nối các phần tử (Chọn Tools -> Verify Connections.) trƣớc khi cho mô phỏng sự hoạt động của sơ đồ vừa thiết kế.
Hình 5.9. Thanh công cụ mô phỏng.
A – Mô phỏng sơ đồ mạch với tốc độ bình thường
B – Mô phỏng từng bước khi kích chuột vào phần tử mô phỏng. C - Mô phỏng sơ đồ mạch với tốc độ chậm
D – Tạm dừng E – Dừng mô phỏng
F – Chọn mô phỏng toàn bộ sơ đồ mạch trong dự án. G – Mô phỏng tài liệu hiện hành.
H – Mô phỏng đối tượng được lựa chọn
I – Lựa chọn đối tượng mô phỏng trong hộp thoại J - Đóng, mở cửa sổ đồ thị mô phỏng.
5.1.2.8. Các nhóm phần tử thiết kế và mô phỏng có trong Automation Studio 5.0
Mô hình hệ thống trong Automation có thể bao gồm nhiều phần tử thuỷ lực, phần tử cơ khí, phần tử điện- điện tử…Mỗi phần tử có mục đích và công dụng khác nhau. Những phần tử đƣợc gộp lại thành từng nhóm dựa trên loại và chức năng của nó. Bằng cách này, các nhóm phần tử mà tên của nó đƣợc liệt kê trong menu của cửa sổ thƣ viện làm việc. Bây giờ ta tìm hiểu một số nhóm đặc trƣng cần thiết kế để mô phỏng trong phần mềm:
* Nhóm hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực.
Nhóm phần tử này trong Automation Studio 5.0 dùng để thực hiện các chức năng nhƣ: Tạo năng lƣợng (bơm dầu, bộ lọc..), nhận tín hiệu (các nút ấn..), xử lý (van áp suất, van điều khiển từ xa…), điều khiển (van đảo chiều..), chấp hành ( xylanh, động cơ dầu..)… Ở đây ta có thể chỉ ra một số nhóm sau.
thảm VOGELE SUPER 1600-2
75
Phần tử này dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng, giảm trị số áp suất trong hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực. Trong van áp suất bao gồm các loại sau: Van tràn, van giảm áp, van đóng mở nối tiếp, van cản,...
Hình 5.10. Nhóm van áp suất đƣợc mô phỏng trong Automation Studio 5.0. - Nhóm van đảo chiều.
thảm VOGELE SUPER 1600-2
76
Phần tử này dùng để đóng mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lƣợng và đảo chiều của các cơ cấu chấp hành. Trong phần mềm mô hình của van này đƣợc xây dựng theo các cửa và vị trí tƣơng ứng với từng mạch thuỷ lực cần thiết kế (2 cửa 1 vị trí(2/1), 4/3, 6/3,…). Nó đƣợc định nghĩa bởi các yếu tố sẵn có trong phần mềm. Hơn nữa loại van này có nhiều loại cơ cấu điều khiển với các tín hiệu khác nhau nhƣ; Điều khiển bằng tay, bằng lò xo, cử, tay gạt,…Tuy nhiên tuỳ theo từng điều kiện và từng hệ thống cần thiết kế ta có xây dựng các loại khác nhau.
Hình 5.11. Nhóm van đảo chiều đƣợc mô phỏng trong Automation Studio 5.0. - Nhóm van tiết lƣu.
Hiện nay phần tử này có nhiều loại trong phần mềm nhƣ; van tiết lƣu một chiều, van tiết lƣu hai chiều...
Hình 5.12. Nhóm van tiết lƣu đƣợc mô phỏng trong Automation Studio 5.0. Tuỳ theo mỗi loại nó sẽ thực hiện các nhiệm vụ riêng nhƣ điều chỉnh lƣu lƣợng dòng chảy, tức là điều chỉnh vận tốc và thời gian chạy của cơ cấu chấp hành.
- Bộ ổn định tốc độ.
Trong mô hình này có nhiều cơ cấu chấp hành làm việc cần chuyển động êm, chính xác, duy trì đƣợc trị số điều chỉnh, ổn định đƣợc tốc độ chuyển động của các cơ cấu một cách hoàn thiện hơn.
thảm VOGELE SUPER 1600-2
77
Phần tử này đƣợc định nghĩa trong phần mềm là chặn dòng chảy đi theo một chiều hoặc khoá lẫn các hƣớng điều khiển hay hƣớng chảy của dòng chất lỏng. trong nhóm này có các loại sau; Van tác một chiều, van một chiều điều khiển đƣợc hƣớng chặn, van tác động khoá lẫn.
Hình 5.13. Nhóm van chặn đƣợc mô phỏng trong Automation Studio 5.0. - Nhóm xylanh truyền động.
Phần tử này đƣợc định nghĩa của một cơ cấu chấp hành để thực hiện các chuyển động thẳng. Trong nhóm này có hai loại là xylanh lực và xylanh quay. Trong xylanh lực chuyển động tƣơng đối của piston và xylanh là chuyển động tịnh tiến, trong xylanh quay chuyển động tƣơng đối của nó là chuyển động quay theo các góc giới hạn hoặc 3600. Trong nhóm này có hai loại xylanh đó là; xylanh tác dụng đơn, xylanh tác dụng kép.
Hình 5.14. Nhóm xylanh đƣợc mô phỏng trong Automation Studio 5.0. - Nhóm ống dẫn, ống nối.
Các phần tử điều khiển có trong phần mềm dùng cho hệ thống thuỷ lực ống dẫn ống nối đƣợc dung khá phổ biến và nó các kích thƣớc khác nhau tuỳ theo các loại cơ cấu có trong hệ thống chấp hành. Ngoài ra trong nhóm này còn có vòng chắn đóng vai trò đảm bảo sự làm việc của các phần tử thuỷ lực.
thảm VOGELE SUPER 1600-2
78
* Nhóm điều khiển điện, điện - thuỷ lực.
Trong phần tử ứng dụng Automation Studio 5.0, ngoài các phần tử trong hệ thống thuỷ lực thì còn có một phần không nhỏ các phần tử điện để điều khiển thuỷ lực hay điều khiển kết hợp. Phần tử điện có trong phần mềm gồm nhiều bộ phận trong đó ta có thể tìm hiểu đến một số bộ phận nhƣ; Công tắc, nút ấn, rơle, công tắc hành trình nam châm hoặc cơ điện, các cảm biến…
- Rơle áp suất.
Rơle đƣợc định nghĩa là một phần tử để xử lý các tín hiệu từ đó chuyển đổi tín hiệu áp suất thành tín hiệu điện. Trong mô hình của phần mềm thì rơle có nhiều loại và tuỳ theo từng loại mà ta thấy đƣợc nhiệm vụ của nó. Và trong hệ thống ta khảo sát có rơle công suất, rơle đóng mở, rơle điều khiển, rơle thời gian…
- Van áp suất điện từ.
Trong hệ thống truyền động bằng thuỷ lực để tránh quá trình nhiệt sinh ra trong dầu. Đồng thời làm giảm kết cấu của các phần tử thuỷ lực cho gọn nhẹ, không cồng kềnh. Trong phần mềm này van áp suất điện từ cũng là phần tử đƣợc xây dựng trên các mô hình tuỳ theo công dụng của từng mạch.
* Nhóm cung cấp và xử lý dầu.
- Bơm và động cơ.
Hình 5.15. Nhóm bơm và động cơ đƣợc mô phỏng trong Automation Studio 5.0. Bơm và động cơ dầu là hai phần tử có trong Automation Studio 5.0 có các chức năng và các dạng khác nhau theo các mô hình cần xây dựng khác nhau. Nhiệm vụ chính của phần tử bơm là tạo ra năng lƣợng còn động cơ dầu là tiêu thụ năng lƣợng. Về bơm dầu trong hệ thống thuỷ lực cần mô phỏng thƣờng là bơm thể tích có thể điều chỉnh hoặc cố định đƣợc lƣu lƣợng. Ngƣợc lại động cơ dầu thực hiện quá trình biến đổi năng lƣợng là dầu có áp suất đƣợc đƣa vào buồng công tác của động cơ
thảm VOGELE SUPER 1600-2
79
biến năng lƣợng của dòng chảy này thành động năng quay trục động cơ. Có nhiều loại bơm dầu khác nhau nhƣ; Bơm piston, bơm bánh răng, bơm cách gạt, bơm hƣớng trục…
- Bể dầu.
Đây là phần tử cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín để cấp hay nhận dầu kín về và toả nhiệt trong quá trình làm việc mà trong mô hình có các loại bể dầu tuỳ theo kích thƣớc và dung lƣợng cần thiết.
Hình 5.16. Nhóm thùng chứa dầu đƣợc mô phỏng trong Automation Studio 5.0 - Bộ lọc dầu.
Hình 5.17. Nhóm lọc dầu đƣợc mô phỏng trong Automation Studio 5.0. Bộ lọc dầu là phần tử đƣợc định nghĩa cho công việc ngăn ngừa các chất bẩn thâm nhập vào, và tránh cho dầu khỏi bị ô nhiễm hoặc nhiễm bẩn trong quá trình làm việc của hệ thống. Trong mô hình bầu lọc thƣờng đặt ở ống hút của bơm dầu để cho dầu sạch hơn khi làm việc hoặc tại các cửa ra của bơm. Tuỳ theo hệ thống mà ta