Dựa vào các cơ sở lý thuyết đã được đưa ra ở chương 2, kết hợp với các yêu cầu thực tế của Đồ gá khung sắt để chọn phương án thích hợp.
Thiết bị Thông số
Màn hình HMI Module Led 7 đoạn kết hợp nút nhấn
Màn hình LCD kết hợp nút nhấn
Khả năng hiển thị Đa dạng Hạn chế Đa dạng
Lập trình Dễ Khó Khó
Giao tiếp và kết nối Đa dạng, trong đó có PLC Hạn chế, chủ yếu là vi điều kiển Hạn chế, chủ yếu là vi điều khiển và Adruino Giá thành Cao Thấp Thấp
Khả năng tương tác Màn hình cảm ứng Bàn phím rời Bàn phím rời Bảng 17. So sánh giữa các phương án giao tiếp giữa người dùng và hệ thống.
64 Vì PLC được sử dụng làm bộ điều kiển nên nhóm chúng em quyết định sử dụng màn hình HMI làm phương án giao tiếp, cụ thể là sản phẩm màn hình HMI WEINTEK MT6070IP 7 INCH với ưu điểm giá rẻ, chất lượng phù hợp cho các tác vụ vừa và nhỏ.
Thông số kỹ thuật: Hiển thị
- Kích thước hiển thị: 7 inch TFT
- Độ phân giải (WxH dots): 800×480, 65.536 màu. - Tuổi thọ LCD: >30,000 hr.
- Tấm cảm ứng: 4-wire Resistive Type Cấu hình:
- Bộ nhớ(MB): 128 - RAM (MB): 64
- 32 bits RISC CPU 400MHz - USB Host: USB 2.0 x 1 - RTC Built-in
Truyền thông, in/out: - Ethernet: NO
65 - COM1 RS-232, COM2 RS-485 2W/4W - Canbus: No - Audio output: No - Video output: No Nguồn: 24 ± 20%VDC. 3.7. Cảm biến Home
Để thuận tiện cho việc thiết kế, sửa chữa, nhóm chúng em quyết định sử dụng 1 khóa cổ dê, quấn chặt quanh trục, khoảng giữa hộp giảm tốc và khớp nối để làm vật tính hiện cho cảm biến.
Khóa cổ dê - Đai xiết cỡ ống đa dụng cho ống mềm rất thích hợp cho việc giữ chặt ống mềm và trong nhiều ứng dụng khác nhau như làm tín hiệu cho cảm biến. Cổ dê tay khóa cánh bướm phi 12mm, 16mm, 20mm… Cổ dê được làm bằng chất liệu inox 304 chịu tải tốt, và khả năng chống ăn mòn. Tay vặn bằng nhựa giúp sử dụng nhanh, không cần dùng tới tua vít, ngoài ra còn làm đầu tín hiệu cho cảm biến.
Vì đầu của khóa cổ cò làm từ nhựa nên sẽ dùng cảm biến quang, cụ thể là cảm biến quang siêu nhỏ Omron EE-SX47/67.
66
STT Thông số Số liệu
1 Nguồn cấp 5÷24 VDC ±10%
2 Khoảng cách phát hiện 5 mm (Chiều rộng khe) 3 Vatah pháy hiện chuẩn Mờ đục: 2.0,8 mm
4 Nguồn sáng Led hồng ngoại 940 nm
5 Chế độ hoạt động Dark – ON/Light – ON; Light – ON
6 Ngõ ra NPN; PNP collector hở
7 Chỉ thị hoạt động Led đỏ (On khi ánh sáng bị gián đoạn với các model A,R)
8 Chức năng bảo vệ Ngắn mạch ngõ ra (loại có giắc cắm). Không bảo vệ mạch (loại có dây liền). 9 Kiểu đầu nối Chân hàn, có sẵn cáp dài 1m hoặc tùy chọn
giắc cắm
Hình 3.16. Thông số kỹ thuật của cảm biến quang siêu nhỏ Omron EE-SX47/67. Hình 3.15. Cảm biến quang siêu nhỏ Omron EE-SX47/67.
67
3.8. Lựa chọn nguồn cấp cho hệ thống điều kiển
Dựa vào những tiêu chí của những thiết bị đã nêu ở trên, nhóm chúng em quyết định chọn 24V AD1024-FS làm nguồn cấp HMI.
STT Thông số Số liệu
1 Công suất 25 W
2 Điện áp đầu vào 110 V, 220 VAC 50÷60 Hz
3 Điện áp đầu ra 24 VDC
4 Dòng điện 1 A
Bảng 18. Thông số kỹ thuật nguồn 24V AD1024-FS.
68
3.9. Sơ đồ nguyên lý hoạt động
PLC sẽ nhận tín hiệu từ người dùng thông qua mành hình HMI, điều khiển Servo để thay đổi vị trí khung sắt. Momnet xoắn từ Servo đi qua Hộp giảm tốc sẽ được tăng lên để có thể quay được khung sắt. Cảm biến vị trí Home giúp xác định vị trí Home của khung sắt, đếm xem đồ gá quay được bao nhiêu vòng… sau đó chuyển đổi thành tín hiệu số và truyền vể PLC. Khi khung sắt đã quay đến vị trí cần thiết, PLC sẽ phát tín hiệu đến cho Robot, Robot hàn những vị trí được cài sẵn. Sau khi quá trình hàn hoàn tất, PLC sẽ phát tín hệu đến Servo, thay đổi vị trí của khung sắt đến vị trí đã được xác định sẵn theo yêu cầu của người lập trình.
69
3.10.Giải thuật điều khiển
Chương trình điều khiển của đồ gá sẽ giao tiếp bằng I/O với chương trình điều khiển của robot, có nghĩa là khi đồ gá quay đến góc quay đã yêu cầu thì chương trình điều khiển sẽ xuất tín hiệu thông báo cho chương trình trên robot biết đã tới góc được yêu cầu, để robot tiến hành hàn chi tiết, khi robot đã hàn xong thì xuất lại tín hiệu thông báo cho đồ gá quay tới các góc tiếp theo để tiếp tục hàn, và quay trình lặp đi lặp lại cho đến khi hàn xong và quay về vị trí ban đầu.
70
Chương 4: THI CÔNG MÔ HÌNH
4.1. Thi công cơ khí
Đồ gá khung sắt (sử dụng cho robot hàn tự động) được thiết kế và chế tạo theo kết cấu khung đỡ, được cố định bằng kẹp ê tô rất chắc chắn và có thể tháo ra dễ dàng nếu muốn sử dụng một khung khác tùy theo yêu cầu sản xuất. Sản phẩm hàn sẽ được đặt lên khung với kích thước khung là 1,5m x 0,5m. Tải trọng tối đa (bao gồm khung) là 40kg.
71 Do ảnh hưởng của dịch Covid-19 nên chúng em không ra xưởng để chụp ảnh máy và quay video sau khi hoàn tất được. Nhóm chúng em quyết định sử dụng những hình ảnh chụp máy và video trong quá trình làm.
72 Hình 4.3. Đồ gá khung sắt (phục vụ robot hàn tự động).
73 Hình 4.4. Đồ gá khung sắt (Phục vụ robot hàn tự động)
74 Hình 4.5. Khớp nối và cụm cảm biến Set home.
75 Hình 4.6. Bố trí cụm Servo.
76
4.2. Thi công tủ điện
77
STT Tên thiết bị Số lượng
1 Màn hình HMI WEINTEK MT6070IP 7 INCH 1
2 PLC Mitsubishi FX3G-24MT/ES 1
3 Cầu dao tự động MCB 2P BKN LS 10A 1
4 Nguồn 24V AD1024 – FS 1 5 Driver MR – J4 – 40A 1 6 Terminal dãy 3 7 Nút nhấn 2 8 Công tắc 1 9 Nút Emergency Stop 1 10 Led xanh 1 11 Dây điện
12 Tem dán nhãn dây điện
Bảng 19. Các thiết bị điệu trong tủ điện.
78 Hình 4.9. Bố trí các thiết bị trong tủ điện.
79
4.3. Thiết kế màn hình hiển thị
Hình 4.10. Nối dây giữa màn hình HMI, Led, các nút nhất và công tắc.
80 Hình 4.12. Giao diện Auto 1 – Hàn khung cửa sổ.
81
4.4. Danh sách các thiết bị và vật tư khác
Số thứ tự Tên thiết bị Số lượng
1 Động cơ Servo HG-KR43J 1
2 Hộp giảm tốc NMRV-040 1
3 Gối đỡ trục UCP 206 2
4 Khớp nối mềm SRJ-55C 1
5 Cảm biến quang Omron EE-SX47/67 1
6 Khóa cổ dê – đai xiết 1
7 Thép hộp vuông 50x50x1.5 mm 14 m
8 Tủ điện 500x400x300 (mm) 1
9 PLC Mitsubishi FX3G-24MT/ES 1
10 Driver MR – J4 – 40A 1
11 Màn hình HMI WEINTEK MT6070IP 7 INCH 1
12 Cầu dao tự động MCB 2P BKN LS 10A 1
13 Nguồn 24V AD1024 – FS 1 14 Nút nhấn 2 15 Nút nhấn Emergency Stop 1 16 Led xanh 1 17 Terminal dãy 3 18 Dây điện 19 Dáng nhãn dây điện
82
Chương 5:KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
Nhóm chúng em cho chạy thử nghiệm ở hai chế độ Manual và Auto.
5.1. Chế độ Manual
Chọn chế độ chạy Jog, nhập tốc độ Jog 3 vòng/phút, nhấn (Jog +): Khung sắt quay cùng chiều KĐH. Sau đó nhấn (Jog –): khung sắt quay ngược chiều KĐH. Nhấn Home, khung sắt quay ngược chiều KĐH về vị trí ban đầu.
Kết quả:
- Máy quay cùng chiều KĐH khi nhấn (Jog +) và ngược chiều KĐH khi nhấn (Jog -).
- Khi khung sắt quay, vị trí khung sắt tại thời điểm đó so với vị trí Home sẽ được hiển thị ở khung CURRENT VALUE.
- Nhấn Home khung sắt quay về vị trí góc tọa độ, sai số nằm trong khoảng ±1o.
- Khi dừng lại, máy bị giật nhẹ. Nhận xét
- Các lệnh mặc định (Jog +), (Jog -) và home hoạt động đúng như yêu cầu. - Tuy nhiên khi máy dừng lại, do ảnh hưởng của Moment quán tính và khớp
nối trục bị hở nên máy bị giật nhẹ.
- Do ảnh hưởng của khớp nối nên có sai số.
83 Tiến hành với các vị trí bất kì như 30o, 60o, 180o, 270o… ta thu được khể quả tương tự kết quả tương tự.
5.2. Chế độ Auto
Chế độ Auto 1: Hàn khung cửa sổ với kích thước 1200x500 (mm).
Đồ gá mô phỏng chương trình hàn khung cửa sổ 1200x500 mm. Quá trình hoạt động: Khung gá ở vị trí bất kì sẽ được quay ngược chiều KĐH đến khi về vị trí Home, lúc này robot sẽ hàn những chi tiết ở mặt trên của cửa sổ => xoay cùng chiều KĐH góc 45o: hàn các cạnh, góc phía trên bên trái => xoay cùng chiều KĐH góc 90o: hàn những vị trí ở cạnh bên trái => xoay cùng chiều KĐH góc 180o: hàn các cạnh còn lại, sau đó xoay tiếp 360o và trở về home. Giữa các bước có khoảng thời gian dừng 5s để cho robot hàn làm việc.
Hình 5.2. Thông số thử nghiệm ở chế độ Auto 1. Kết quả
- Khung sắt quay và dừng lại ở đúng các vị trí đã được định sẵn ở các ô Step. - Khoảng thời gian nghỉ 5s đúng theo yêu cầu.
- Tuy nhiên máy có sai số 10. Nhận xét
84 - Tuy nhiên khi máy dừng lại, do ảnh hưởng của Moment quán tính và
khớp nối trục bị hở nên máy bị giật nhẹ.
Tiến hành với các góc quay bất kì, kết quả thu được tương tự.
85
Chương 6:KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
6.1. Kết luận
Sau khi hoàn thành đồ án, nhóm chúng em đã thực hiện được những tiêu chí sau:
- Thiết kế mô hình 3D trên phần mềm Solidworks, bản vẽ lắp, phân rã và bản vẽ chi tiết.
- Đồ gá thực tế được làm từ thép hộp vuông 50x50x1.5 mm. Không gian làm việc 2000x1500x1500 mm. Tải trọng vật được hàn tối đa 40 kg với các kích thước: Khung và bệ đỡ 1660x900x600 mm và khung sắt 1500x500 mm.
- Thiết kế giao diện giám sát, điều khiển trên HMI.
- Chương trình được viết dưới dạng ngôn ngữ Ladder Logic gồm 2 chế độ điều khiển: Auto và Manual. Ngoài ra nhóm còn lập trình sẵn 1 chương trình mẫu: Chương trình hàn khung cửa sổ 1200x500 mm.
- Mô phỏng thành công chương trình Auto 1: hàn khung cửa sổ 1200x500 mm. - Các chế độ Manual và Auto tùy chọn khác hoạt động đạt yêu cầu.
- Theo như trên lí thuyết nhóm em tính ra được sai số khi quay là ± 1°, sai số dựa trên sai số của khớp nối trục, còn trên thực tế có lẽ sẽ hơn do chúng em chưa có thể kiểm tra thực tế được.
- Tương thích, giao tiếp được với các loại robot hàn MIG trong gia công kim loại như robot hàn ABB, robot hàn Panasonic…
Tuy nhiên do những hiểu biết còn hạn chế của cá nhân nên đồ án vẫn còn nhiều hạn chế: - Khi dừng lại máy bị giật do ảnh hưởng của lực quán tính và do khớp nối trục bị
hở.
- Khi chế tạo đồ gá, các thanh sắt được hàn chưa song song với nhau, có sai số ± 5mm.
- Mối hàn chưa đẹp
86
6.2. Định hướng phát triển đề tài
- Thiết kế giao diện thân thiện với người dùng hơn. - Thay thế khớp nối để tăng độ chính xác, giảm sai số.
- Kết nối truyền thông với robot hàn. Tương thích, giao tiếp được với các loại robot hàn MIG trong gia công kim loại như robot hàn ABB, robot hàn
Panasonic…
87
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PSG-TS Trịnh Chất, TS Lê Văn Hiển (2006), “Tính toán thiết kế hệ dẫn đông cơ khí tập 1 & tập 2”, Nhà xuất bản Giáo Dục, tập 1 279 trang, tập 2 229 trang.
[2] TS Văn Hữu Thịnh (Chủ biên) – TS Nguyễn Minh Kỳ (2006), “Thiết kế Đồ án Chi tiết máy”, Nhà xuất bản ĐHQG Thành phố Hồ Chí Minh, 351 trang.
[3] TS Nguyễn Hữu Lộc. Cơ sở Thiết kế máy. NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 614 trang.
[4] PSG. Hà Văn Vui, TS. Nguyễn Chỉ Sáng (2004), “Sổ tay Thiết kế Cơ khí tập 2”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 600 trang.
[5] https://plctech.com.vn/8-buoc-lap-trinh-plc/
[6] https://www.servomitsubishi.com/2017/03/lap-trinh-plc-mitsubishi-phat-xung-servo [7]https://baoanjsc.com.vn/vn/sanpham-32448/Cam-bien-quang/Omron/Cam-bien- quang-Omron-dong-EE-SX47-67.aspx
88
PHỤ LỤC Phụ lục 1: Hướng dẫn sử dụng cửa sổ làm việc
MÀN HÌNH LÀM VIỆC KHỐI LỆNH CHỨC NĂNG Màn hình chính Chuyển đến màn hình chế độ Auto Chuyển đến màn hình chế độ Manual Màn hình chế độ Manual Chạy Dừng Chạy về home Vị trí hiện tại Nhập tốc độ chạy vị trí Nhập tốc độ chạy về Home Nhập góc cần quay của bước 1 Nhập góc cần quay của bước 2 Nhập góc cần quay của bước 3 Nhập góc cần quay của bước 4
89 Thời gian dừng bước 1 Thời gian dừng bước 2 Thời gian dừng bước 3 Thời gian dừng bước 4 Trở về màn hình chính Chuyển đến màn hình chế độ Manual Vị trí hiện tại Màn hình chế độ auto Chạy Jog + Chạy Jog - Chạy về Home Nhập góc chạy lùi Nhập góc chạy tới Chạy
90 Nhập tốc độ chạy vị trí Nhập tốc độ chạy về home Nhập tốc độ chạy Jog Bật/tắt Servo Trở về màn hình chính Chuyển đến màn hình chế độ Auto
91