Khung được thiết kế, chế tạo từ thép các bon thấp định hình chữ U và
29
chiều dài 1200mm, chiều cao 662mm, chiều rộng 800 mm mặt bàn được chế tạo bằng thép tấm dày 4mm mặt bên được gia công một tấm vách dùng để gá lắp hệ thống mỏ hàn sau này.
Hình 2-1 Kết cấu khung 2.2. Thiết kế cơ cấu nâng hạ mỏ hàn
Cơ cấu nâng hạ mỏ hàn có nhiệm vụ gá kẹp mỏ hàn chắc chắn trong suốt quá trình hàn và có thể điều chỉnh được góc độ mỏ hàn tùy theo yêu cầu hàn, trong cơ cấu nâng hạ mỏ hàn ta sử dụng 1 pittông khí nén được điều khiển tự động khi bắt đầu hàn piston sẽ đi ra đưa mỏ hàn xuống điểm bắt đầu hàn, sau khi hàn xong kết thúc đường hàn pittông đi vào nâng mỏ hàn lên.
30
Hình 2-2 Cơ cấu nâng hạ mỏ hàn 2.3. Thiết kế cơ cấu dịch chuyển tịnh tiến mỏ hàn
Cơ cấu dịch chuyển tịnh tiến mỏ hàn được thiết kế gồm có một động cơ sẽ được lập trình, điều khiển tự động thực hiện nhiệm vụ di chuyển đầu mỏ hàn từ phải xang trái để hàn động cơ được kết nối với trục ren, trên trục ren được lắp hệ thống gá kẹp mỏ hàn để trách bị xoay và xê dịch trong quá trình di chuyển mỏ hàn ta thiết kế bằng cách chế tạo thêm hai trục trơn nhằm nhiệm vụ dẫn hướng trong quá trình di chuyển và chống xoay.
31
Hình 2-3 Cơ cấu dịch chuyển tịnh tiến mỏ hàn 2.4. Thiết kế đồ gá và cơ cấu kẹp
+ Cơ cấu gá kẹp thân ống xả có nhiệm vụ đẩy, kẹp ống xả cho hai mép của chi tiết ép sát với nhau để thực hiện hàn mối hàn dọc theo đường sinh ống xả trong cơ cấu được thiết kế chế tạo gồm có 2 piston khí nén hai bên được điều khiển tự động, khi hàn ta đưa vỏ ống xả vào vị trí lúc này hai piston khí nén hai phía đi ra đẩỷ 2 thanh ốp cong đi vào ép sát hai mép của vỏ ống xả với nhau hai thanh ốp được gia công với bán kính cong bằng với đường kính ngoài của vỏ ống xả, khi thực hiện xong hàn đường hàn hệ thống điều khiển
32
sẽ điều khiển 02 piston khí nén đi vào nhả gá kẹp ống xả ra khi đó ta lấy chi tiết đã hàn xong ra.
33
+ Cơ cấu kẹp hai đầu ống xả có nhiệm vụ kẹp, giữ chặt hai đầu của ống xả trong suốt quá trình hàn
Trong cơ cấu kẹp được chia làm hai phần phần gá kẹp đầu ống có đường kính lớn được cố định trong cơ cấu này được gia công chế tạo một trục đặc côn có đường kính ngoài bằng đúng với đường kính trong của ống xả khi hàn ta đưa vỏ ống xả đã được gia công lốc tròn vào và được cơ cấu gá kẹp thân ống gá, kẹp lại
Cơ cấu gá kẹp đầu ống xả nhỏ được thiết kế di động mục đích để gá kẹp và để tháo lắp chi tiết hàn trong quá trình hàn cơ cấu này được thiết kế chế tạo gồm cơ cầu di chuyển lên xuống và có 02 piston khí nén cũng được điều kiển tự động khi ta đưa vỏ ống xả vào vị trí hàn piston thứ nhất đẩy hệ thống cơ cấu lên sau đó piston thứ hai đi ra đẩy vỏ ống xả vào kẹp chặt lại, khi thực hiện hàn xong piston thứ hai đi vào nhả gá kẹp ra tiếp theo piston thứ nhất cũng đi vào kép hệ thống gá kẹp đi xuống để lấy chi tiết hàn ra.
34
35
36
Kết luận chƣơng II
Hệ thống cơ khí được thiết kế gồm có khung bàn, hệ thống nâng hạ mỏ hàn, hệ thống tịnh tiến mỏ hàn và hệ thông gá kẹp chi tiết hàn đảm bảo chắc chắn trong suốt quá trình hàn ngoài ra cần phải đảm bảo tháo lắp chi tiết một cách rễ ràng trong quá trình thực hiện
Khung bàn dùng để lắp đặt và gá lắp các bộ phận các thiết bị khác của hệ thống
Hệ thống nâng hạ mỏ hàn trong quá trình hàn được thiết kế 01 pittông khí nén được điều khiển tự động khi bắt đầu hàn piston sẽ đi ra đưa mỏ hàn xuống điểm bắt đầu hàn, sau khi hàn xong kết thúc đường hàn pittông đi vào nâng mỏ hàn lên.
Cơ cấu dịch chuyển tịnh tiến mỏ hàn được thiết kế gồm có một động cơ sẽ được lập trình, điều khiển tự động thực hiện nhiệm vụ di chuyển đầu mỏ hàn từ phải xang trái để hàn động cơ được kết nối với trục ren, trên trục ren được lắp hệ thống gá kẹp mỏ hàn để chống bị xoay và xê dịch trong quá trình di chuyển mỏ hàn trên cơ cấu được thiết kế chế tạo thêm hai trục trơn nhằm nhiệm vụ dẫn hướng trong quá trình di chuyển và chống xoay.
Cơ cấu gá kẹp thân ống xả được thiết kế gồm có 2 piston khí nén hai bên được điều khiển tự động, khi hàn ta đưa vỏ ống xả vào vị trí lúc này hai piston khí nén hai phía đi ra đẩỷ 2 thanh ốp cong đi vào ép sát hai mép của vỏ ống xả với nhau hai thanh ốp được gia công với bán kính cong bằng với đường kính ngoài của vỏ ống xả, khi thực hiện xong hàn đường hàn hệ thống điều khiển sẽ điều khiển 02 piston khí nén đi vào nhả gá kẹp ống xả ra.
37
Chƣơng III
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
3.1. Thiết kế hệ thống điều khiển
3.1.1. Phân tích và xây dựng sơ đồ khối của hệ thống điều khiển a. Phân tích hệ thống điều khiển a. Phân tích hệ thống điều khiển
- Hệ thống hàn tự động được sử dụng rất nhiều trong hàn kết cấu cơ khí, kết cấu với các mối hàn góc, mối hàn giáp mối, mối hàn chồng…
- Việc sử dụng hệ thống hàn tự động cho phép giảm nhân công lao động, tăng năng suất và hiệu quả lao động, rút ngắn thời gian chế tạo sản phẩm. - Có thể sử dụng hệ thống hàn tự động với nhiều vị trí hàn khác nhau và có
thể hàn đồng thời nhiều đường cùng một lúc để tránh biến dạng :
- Trong khuôn khổ của đề tài nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển hàn mối hàn giáp mối chi tiết vỏ ống xả xe máy Super Dream mối hàn được thực hiện theo đường sinh của ống xả.
- Để thực hiện hàn vỏ ống xả ( chi tiết số 6) mối hàn được thực theo đường sinh của vỏ ống xả ta sẽ sử dụng 1 động cơ không đồng bộ 3 pha/220V công suất 0,75kW và biến tần SKA1200075 (hãng Control Technic của Anh) cho chuyển động dọc theo chiều dài của ống xả trên.
- Động cơ sẽ được lập trình, điều khiển tự động thực hiện nhiệm vụ di chuyển đầu mỏ hàn từ phải xang trái để hàn mối hàn theo đường sinh. - Trong quá trình hàn để nâng hạ đầu hàn lên xuống ta sử dụng pistong sử
dụng khí nén và van phân phối khí năm cửa hai vị trí để điều khiển.
- Để điều khiển toàn bộ hệ thống ta sử dụng bộ điều khiển bằng PLC CPM2A của hãng Omron – Nhật bản.
38
- Để thực hiện hàn mối hàn theo đường sinh của ống lúc này phôi ống đứng yên còn mỏ hàn sẽ di chuyển, mỏ hàn được gá trên hệ thống thanh răng và động cơ điện sẽ được kết nối với trục vitme, tốc độ di chuyển của mỏ hàn được điều khiển thông qua động cơ.
- Để gá kẹp hai mép của vỏ được ghép sát vào nhau ta sử dụng một trục đặc bằng thép được gia công bằng đúng kích thước đường kính trong của vỏ ống xả khi hàn ta lồng vỏ ống xả vào ta sử dụng 2 piston khí nén sẽ ép, đẩy cho hai mép ép sát vào nhau.
- Để gá, kẹp chặt hai đầu chi tiết ta thiết kế một đầu có bộ phận gá kẹp cố định còn đầu kia ta thiết kế bộ phận gá kẹp đi động dùng 2 piston khí nén để điều khiển gá kẹp khi cần gá kẹp piston thứ nhất đẩy hệ thống gá kẹp lên sau đó piston thứ hai đẩy đầu kẹp vào để kẹp chặt ống.
- Trong quá trình hàn để nhận biết được điểm bắt đầu hàn và điểm kết thúc hàn khi hàn theo đường sinh ta sử dụng hai cảm biến từ (loại PNP) được lắp ở đầu và cuối hành trình di chuyển của mỏ hàn.
- Trên các cơ sở phân tích trên ta có thể xây dựng được sơ đồ khối hệ thống điều khiển.
b. Xây dựng sơ đồ khối của hệ thống điều khiển
Sơ đồ khối hệ thống điều khiển (hình 3.1) gồm có các bộ phận sau đây:
- Hệ thống chấp hành (cơ cấu gá, kẹp phôi, đầu hàn, máy hàn,…) - Tủ điều khiển
39
Hình 3-1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển
3.1.2. Phân tích lựa chọn giải pháp điều khiển thiết bị điều khiển trung tâm tâm
a. Kh¸i niÖm vÒ PLC
PLC là các chữ được viết tắt từ Programmable Logic Controller. Theo hiệp hội quốc gia về sản xuất điện Hoa kỳ ( NEMA- National Electrical Manufactures Association) thì PLC là một thiết bị điều khiển mà được trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung và tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các bộ xử lý. Các chức năng đó đ- ược đặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo chương trình. Nói một cách ngắn gọn PLC là một máy tính công nghiệp để thực hiện một dãy quá trình.
* Điểm mạnh của PLC
40
- PLC dễ dàng tạo luồng ra và dễ dàng thay đổi chương trình.
- Chương trình PLC dễ dàng thay đổi và sửa chữa: Chương trình tác động đến bên trong bộ PLC có thể được người lập trình thay đổi dễ dàng bằng xem xét việc thực hiện và giải quyết tại chỗ những vấn đề liên quan đến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thể nhận biết dễ dàng bằng công nghệ điều khiển chu trình trước đây. Như thế, người lập trình chương trình thực hiện việc nối PLC với công nghệ điều khiển chu trình.
- Người lập chương trình được trang bị các công cụ phần mềm để tìm ra lỗi cả phần cứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thay thế hay theo dõi được cả phần cứng và phần mềm dễ dàng hơn.
- Các tín hiệu đa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu đ- ược cấp từ bộ điều khiển bằng rơle.
- Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng: phần mềm được hiểu là không cần những người sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơle tiếp điểm và không tiếp điểm.
- Không như máy tính, PLC có mục đích thực hiện nhanh các chức năng điều khiển, chứ không phải mang mục đích làm dụng cụ để thực hiện chức năng đó.
- Ngôn ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến kiến thức chuyên môn về PLC. Cả trong việc thực hiện sửa chữa cũng như việc duy trì hệ thống PLC tại nơi làm việc.
- Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác động bên ngoài thành các tác động bên trong (tức chương trình), mà chương trình tác động nối tiếp bên trong còn trở thành một phần mềm có dạng tương
41
ứng song song với các tác động bên ngoài. Việc chuyển đổi ngược lại này là sự khác biệt lớn so với máy tính.
- Thực hiện nối trực tiếp : PLC thực hiện các điều khiển nối trực tiếp tới bộ xử lý (CPU) nhờ có đầu nối trực tiếp với bộ xử lý. đầu I/O này được đặt tại giữa các dụng cụ ngoài và CPU có chức năng chuyển đổi tín hiệu từ các dụng cụ ngoài thành các mức logic và chuyển đổi các giá trị đầu ra từ CPU ở mức logic thành các mức mà các dụng cụ ngoài có thể làm việc đ- ược.
- Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: trong khi phải chi phí rất nhiều cho việc hàn mạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơle, thì ở PLC những công việc đó đơn giản được thực hiện bởi chương trình và các chư- ơng trình đó được lưu giữ ở băng catssete hay đĩa CDROM, sau đó thì chỉ việc sao trở lại.
- Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ: vì linh kiện bán dẫn được đem ra sử dụng rộng dãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ so với cấp điều khiển bằng rơle trước đây,
- Tuổi thọ là bán- vĩnh cửu: vì đây là hệ chuyển mạch không tiếp điểm nên độ tin cậy cao, tuổi thọ lâu hơn so với rơle có tiếp điểm.
* Điểm yếu của PLC
Do chưa tiêu chuẩn hoá nên mỗi công ty sản xuất ra PLC đều đưa ra các ngôn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất toàn cục về hợp thức hoá.
Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi sử dụng bằng phương pháp rơle.
b. Cấu trúc của PLC
Hệ thống PLC thông dụng có 5 bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập/ xuất (I/O), và thiết bị lập trình (Hình 3.2).
42
c. Giới thiệu về PLC OMRON
OMRON là một công ty của Nhật Bản được thành lập năm 1933. OMRON được coi là một trong những hãng điện tử hàng đầu thế giới về công nghệ tự động hoá. Các thiết bị tự động của OMRON có chất lượng cao, được sản xuất với công nghệ mới nhất và rất đa dạng: từ công tắc đơn giản, rơle các lọai , bộ định thời, bộ đếm, cảm biến, kiểm soát nhiệt độ cho tới các thiết bị điều khiển chương trình hiện đại. Tất cả có gần 20.000 mặt hàng khác nhau, liên tục được cải tiến.
* Cấu trúc cơ bản của PLC OMRON
PLC OMRON có các thành phần cơ bản sau (hình 3.2):
+ Input Area: Các tín hiệu nhận vào từ các thiết bị đầu vào bên ngoài (Input
devices) sẽ được lưu trong vùng nhớ này.
+ Output Area: Các lệnh điều khiển đầu ra sẽ được lưu tạm trong vùng nhớ
này. Các mạch điện tử trong PLC sẽ xử lý lệnh và đa ra tín hiệu điều khiển thiết bị ngoài ( Output devices).
+ Bộ xử lý trung tâm (CPU): là nơi xử lý mọi hoạt động của PLC, bao gồm
việc thực hiện chương trình.
+ Bộ nhớ (Memory): là nơi lưu chương trình điều khiển và các trạng thái nhớ
trung gian trong quá trình thực hiện.
43
Mạch đầu vào (Input Unit)
Là mạch điện tử làm nhiệm vụ phối ghép chuyển đổi giữa tín hiệu điện đầu vào (Input) và tín hiệu số sử dụng bên trong PLC. Kết quả của việc xử lý sẽ được lưu ở vùng nhớ Input Area. Mạch đầu vào được cách ly về điện với các mạch trong của PLC nhờ các điốt quang. Bởi vậy nếu có hư hỏng mạch đầu vào sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động của CPU.
Mạch đầu ra (Output Unit)
Mạch điện tử đầu ra sẽ biến đổi các lệnh mức logic bên trong PLC (trong vùng nhớ Output Area) thành các tín hiệu điều khiển như đóng mở rơle.
Dưới đây là một ví dụ khi đấu dây đầu vào với các thiết bị có trong thực tế thay cho công tắc mô phỏng:
Hình 3-3 Sơ đồ đấu dây
Cách nối đầu dây vào số của PLC có thể có ba dạng sau: 1) Đầu vào là tiếp điểm Rơle (Relay)
44
Hình 3.4 Đầu vào tiếp điểm rơle
2) Đầu vào là Transistor kiểu NPN.
Hình 3-5 Đầu vào Transistor kiểu NPN
45
Chú ý
Dòng vào của các đầu vào IN00000-IN00002 = 12mA Dòng vào của các đầu vào khác bằng 5mA
Khi đầu vào của PLC ở mức ON, các đèn tương ứng trong PLC đều sáng.