Để đảm bảo độ tin cậy hệ thống và hoạt động ổn định trong môi trường sản xuất, nhóm đã lựa chọn phương án điều khiển tích hợp từ các module chuẩn hoá như PLC (Mitsubishi: PLC FX3U-64MT), biến tần (Mitsubishi: FR-D700-0.4kW), động cơ AC servo (Mitsubishi: MR- J4-10A).
Thiết bị điều khiển PLC (Mitsubishi PLC FX3U- 64MT) [17]
- PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen- Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell…
- Bộ PLC FX3U Mitsubishi có thiết kế nhỏ gọn thuộc dòng FX3U có bộ đếm tốc độ cao tối đa 100 Khz với CPU được tích hợp sẵn, 200kHz với chức năng Module, tốc độ xử lý trên một logic đơn lệnh là 0,065 µs, bộ nhớ chương trình bên trong bước 16K, có khe cắm bộ nhớ hỗ trợ lên 64K, thanh ghi bộ nhớ, bộ đếm thời gian, bộ đếm đều được mở rộng hơn so với hệ thống thế hệ trước nên được sử dụng phổ biến hiện nay.
Ưu điểm:
+ Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sữa chữa.
+ Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
+ Tiết kiệm được chi phí, giá thành rẻ đối với hệ thống phức tạp. + Kích thước nhỏ gọn.
+ I/O điều khiển 16-384 điểm với CC-Link hoặc AS-i từ xa I/O, Thiết bị chính I/O: 16/32/48/64/80/128 điểm.
Nhược điểm:
+ Đòi hỏi người điều khiển cần phải qua đào tạo chuyên môn. + Đối với việc điều khiển hệ thống nhỏ thì giá thành hơi cao.
Từ những ưu điểm cũng như nhược điểm trên thì nhóm đã quyết định lựa chọn Mitsubishi PLC FX3U- 64MT để làm bộ điều khiển trung tâm cho máy.
Bảng 4 Thông số kỹ thuật PLC Mitsubishi FX3U-64MT
Thông số kĩ thuật
- Tên sản phẩm: FX3U-64MT/ES. - Dòng sản phẩm: FX3U Series. - Số đầu I/O: 64.
- Kiểu đầu ra: Transistor. - Số đầu ra và đầu vào: 32. - Kiểu đầu vào: Sink/Source.
- Tín hiệu điện áp đầu vào: 24VDC ±10%. - Giao diện lập trình: Computer, HMI. - Kiểu kết nối: USB, RS232C, RS485.
- Cáp kết nối: FX-USB-AW, USB-SC09, USB- SC09-FX.
- Dòng điện đầu ra: 800 mA. - Điện năng tiêu thụ: 40 W/45 VA.
Hình 3.19 PLC Mitsubishi FX3U- 64MT
Sau đây là sơ đồ kết nối PLC để điều khiển hệ thống
Thiết bị điều khiển động cơ (Mitsubishi: FR-D700-0.4kW) [18]
- Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí.
- Biến tần được ứng dụng ngày càng phổ biến để điều khiển tốc độ cho tất cả các máy móc trong các ngành, đặc biệt trong công nghiệp và xây dựng: Máy nghiền, máy cán, kéo, máy tráng màng, máy tạo sợi, máy nhựa, cao su, sơn, hóa chất, dệt, nhuộm, đóng gói, chế biến gỗ, băng chuyền, cần trục, tháp giải nhiệt , thiết bị nâng ...
- Biến tần có thể thay đổi tốc độ khởi động cho động cơ dễ dàng.Nên thiết bị có tính năng tiết kiệm năng lượng điện năng vô cùng tốt. Làm cho người dùng tránh được tiê tốn nhiều trong việc chi trả chi phí khi sử dụng thiết bị này. Khi cho thiết bị biến tần hoạt động theo tốc độ cụ thể và chính xác thì các tải không cần chạy hết công suất. Nhờ vậy mà tính tiết kiệm điện sẽ tăng từ 20 tới 30% so vơi việc bạn sử dụng hệ thống khởi động truyền thống.
Ưu điểm:
+ Máy biến tần là thiết bị có khả năng làm thay đổi tần số dòng điện vì vậy nên dễ dàng thay đổi tốc độ quay của động cơ một cách linh hoạt và hiệu quả.
+ Máy biến tần hoạt động một cách ổn định ít khi bị hư hỏng. + Có thể kết nối mạng với hệ thống điều khiển trung tâm.
+ Khi bị hư hỏng thì bạn cũng có thể trục tiếp khắc phục được hoặc chi phí sửa chữa biến tần không quá cao.
Nhược điểm:
+ Để sử dụng và vận hành biến tần đúng cách hiệu quả thì người sử dụng, lắp đặt nhất thiết phải có kiến thức nhất định.
+ Chi phí đầu tư ban đầu cao đối với máy nhỏ.
Từ những ưu điểm cũng như nhược điểm trên thì nhóm đã quyết định lựa chọn biến tần Mitsubishi: FR- D700- 0.4kW để điều khiển vận hành động cơ cho băng tải.
Bảng 5 Thông số kỹ thuật Biến tần Mitsubishi FR-D700-0,4kW
Thông số kĩ thuật
- Tên sản phẩm: FR-D700-0,4kW.
- Điện áp đầu cung cấp: 3 pha 380~480VAC 50/60Hz.
- Hệ số công suất: 0,98. - Công suất Motor: 0,4kW. - Định mức dòng: 1,2A. - Tích hợp bộ lọc: EMC.
- Cấp bảo vệ: IP00 (Mở lắp biến tần), IP20 (Đóng lắp).
- Khả năng chịu quá tải: 150% trong 60s và 200% trong 0,5s.
- Kích thước: 108x128x129.5mm. - Trọng lượng: 1.3Kg.
- Kết nối truyền thông: RS-485, ControlNet, - LonWorks,Metasys N2.
Hình 3.21 Biến tần Mitsubishi: FR-
Thiết bị động cơ AC servo (Mitsubishi: MR-J4-10A) [19]
-AC servo có khả năng hoạt động ổn định, điều khiển tốt, độ nhạy cao, đáp ứng nhanh, cơ học đặc tính. Điều chỉnh đặc tính của quy tắc tính toán chỉ số. (Yêu cầu ít hơn 10% đến 15% và nhỏ hơn 15% đến 25%).
- AC Servo kiểm tra tốc độ chính xác. Mô-men xoắn tốc độ rất khó, đơn giản điều khiển nguyên, sử dụng dễ dàng, giá thành rẻ.
Ưu điểm:
+ Rất dễ điều khiển, dễ sử dụng.
+ Động cơ còn giúp kiểm soát tốc độ chính xác, đảm bảo quá trình vận hành được ổn định.
+ Động cơ ac servo thường có tốc độ định mức rất cao từ 1500v đến 3000v trên một phút.
Nhược điểm:
+ Khi sử dụng servo thì nếu hư hỏng motor hoặc driver thì thường bắt buộc phải tìm hàng đúng mã, đúng hãng mới tương thích để thay thế.
Từ những ưu điểm cũng như nhược điểm trên thì nhóm đã quyết định lựa chọn Động cơ AC servo (Mitsubishi: MR- J4- 10A) để điều vận hành cơ cấu cấp barcode.
Bằng việc lập trình trên PLC để điều khiển biến tần, động cơ AC servo, xi lanh gấp nắp hộp, xi lanh chặn, xi lanh ép barcode và xi lanh cố định hộp. Để đảm bảo barcode dán được chính xác và thẩm mỹ, thì việc điều khiển cuộn barcode phải đúng vị trí, theo công thức sau:
Độ dài của barcode là 30 mm, đường kính con lăn là 31,5 mm. Vậy ta sẽ được chu vi con lăn: C.d31,5.98,96(mm)
Xung 1 vòng quay động cơ servo là 131072 xung/vòng: 131072 1324, 5 98, 96
f (xung)
Vậy để chạy được 1mm ta phải cấp 1324,5 xung, để đưa barcode đến vị trí được yêu cầu là 15mm tương đương ta phải cấp cho AC servo 19867 xung.
Bảng 6 Thông số kỹ thuật Động cơ AC servo Mitsubishi MR-J4-10A
Thông số kĩ thuật
- Tên sản phẩm: AC servo Mitsubishi MR-J4-10A. - Điện áp cung cấp: 200~240VAC 50/60Hz. - Dòng ra: 3 pha 170VAC.
- Loại motor tương thích: HG-MR23(B), HG- MR43(B).
- Truyền thông: RS-422, kết nối PC qua cổng usb.
- Chức năng điều khiển vị trí, tốc độ và moment.
- Hãng sản xuất: Mitsubishi-Nhật bản.
Hình 3.22 Động cơ AC servo Mitsubishi:
MR- J4- 10A
Sau đây là sơ đồ kết nối Servo MR-J4
Sau đây là sơ đồ kết nối hệ thống khí nén điều khiển xi lanh
Hình 3.24 Sơ đồ khí nén
Áp dụng những kiến thức đã học và tham khảo thêm tư liệu ở ngoài nhóm đã tính toán và lựa chọn van 5/2 để làm cơ cấu vận hành máy đồng thời điều khiển cho xi lanh sau đây là hình ảnh van 5/2: [20]