3.4.1. Lựa chọn phương án điều khiển
Trong quá trình xem xét và bàn kế hoạch để thực hiện hệ thống nhóm đã đưa ra 2 phương án để điều khiển hệ thống tối ưu nhất.
Điều khiển bằng vi điều khiển: Đây là phương án đầu tiên được đề xuất với các ưu điểm như sửa đổi chương trình trên máy tính, chi phí lắp đặt rẻ, nhưng độ bền chưa ổn định kèm với tuổi thọ chưa được cao, cũng như chưa phù hợp trong môi trường công nghiệp.
Điều khiển bằng PLC: Khác với phương án điều khiển bằng vi xử lý, việc điều khiển bằng PLC cũng có thể kết nối được với màn hình máy tính, thuận tiện hơn cho việc sửa chữa, độ phổ biến cao, dễ tháo lắp thay thế, sửa chữa trong môi trường công nghiệp. Đứng trước một dự án hay một kế hoạch, đầu tiên đó là vấn đề về giá thành, lợi nhuận, chất lượng sản phẩm. Điều đó đòi hỏi nhóm nghiên cứu phải lựa chọn ra phương án có tính khả thi nhất, mang lại hiệu quả cao nhất cho công ty. Từ những ưu, nhược điểm trên đồng thời để đáp ứng được yêu cầu của hệ thống nhóm nghiên cứu quyết định lựa chọn phương án điều khiển bằng PLC.
PLC mà nhóm dùng làm bộ điều khiển cho máy cắt chỉ thừa tự động là PLC Mitsubishi FX2N - 32MT.
Bảng 3. 4 Bảng thông số kỹ thuật PLC FX3U-64MT/ES. Hình 3. 13 PLC FX2N-32MT. Thông số kỹ thuật - Tên sản phẩm: FX2N-32MT - Dòng sản phẩm: FX2N Series - Số đầu I/O: 32
- Dải điện áp: 100 → 240 VAC - Kiểu đầu ra: Transistor
- Số đầu ra: 16 - Số đầu vào: 16
- Kiểu đầu vào: Sink/Source
- Tín hiệu điện áp đầu vào: 24 VDC ±10%
- Thời gian đáp ứng: 0.065 μs
- Giao diện lập trình: Computer, HMI - Kiểu kết nối: USB, RS232C, RS485 - Cáp kết nối: FX-USB-AW, USB-
SC09, USB-SC09-FX
- Điện năng tiêu thụ: 40 W/45 VA - Dòng điện đầu ra: 800 mA
3.4.2. Kết nối phần điện
- Sơ đồ kết nối tổng quan về máy cắt chỉ thừa:
Hình 3. 14 Kết nối điện tổng quan của máy.
1) Sơ đồ đấu nối PLC FX-2N với Drive TB6600; 2) Sơ đồ khối kết nối giữa PLC FX- 2N với Relay trung gian; 3) Sơ đồ khối kết nối giữa PLC FX-2N với Relay trung gian; 4) Sơ đồ kết nối nguồn với PLC FX-2N; 5) Sơ đồ kết nối PLC FX-2N với cảm biến; 6) Sơ đồ kết nối đồng hồ nhiệt.
Chi tiết sơ đồ kết nối từng module:
Hình 3. 15 Chi tiết đấu nối PLC FX-2N với Drive TB6600.
Dòng điện cấp cho động cơ y là 1.5 A ( có thể hiệu chỉnh bằng công tắc gạt 6.5.4). Chọn nhiều hoạt động vi bước 1,1/2 ,,, (hiệu chỉnh bằng công tắc 3,2,1) . ở đây ta chọn sw[6;4] = “101” dòng 1.5 sw[3:1] =”110” full bước tức là một vòng 200 xung, tín hiệu điều khiển nhận từ PLC fx 2n. Sơ đồ kết nối giữa PLC fx 2n với TB6600.
2) Sơ đồ khối kết nối giữa PLC FX-2N với Relay trung gian.
Hình 3. 16 Sơ đồ khối kết nối giữa PLC FX-2N với relay trung gian.
Trong hình, van điện có chức năng điều khiển luồng khí vào, khí ra cho xilanh theo hành trình được định sẵn, PLC FX-2N kích van điện thông qua module relay trung gian 24v sơ đồ kết nối giữa PLC FX-2N với Relay trung gian.
Hình 3. 17 Sơ đồ kết nối khối điều khiển hiển thị với PLC FX-2N.
Màn hình HMI có chức năng đọc dữ liệu từ PLC FX-2N gửi lên ,có thể thiết lập thông số cài đặt ban dầu, có thể điều chỉnh chạy 2 chế độ Manual và Auto, trong Auto có thể điều chỉnh hành trình cắt cuối cùng. Trong mỗi chế độ có nút nhấn điều khiển, điều khiển PLC. Trong trường hợp bị lỗi có thể dừng khẩn cấp nhấn Stop. Trong hình trên ta thấy rằng chuẩn PLC FX-2N là RS422 ta phải chuyển đổi qua RS485 tương thích màn hình HMI.
4) Sơ đồ kết nối nguồn với PLC FX-2N.
Hình 3. 18 Sơ đồ kết nối nguồn với PLC FX-2N.
Trong hình ta thấy PLC FX-2N cấp nguồn 220v qua chấn L, N ta lấy nguồn từ nguồn điện 220v qua CB đóng ngắt đảm bảo sự cố xảy ra ko cháy chập, rồi qua bộ lọc chống nhiễu tín hiệu cấp vào PLC.
Hình 3. 19 Sơ đồ kết nối PLC FX-2N với cảm biến.
Module cảm biến quang chữ U xác định hành trình về home x, home y, dữ liệu từ cảm biến trả về được PLC xử lý điều khiển động cơ X, Z không đi quá hành trình. Cảm biến quang 2 mắt thì phát hiện cuộn chỉ có hay không đóng Xilanh kẹp, chặn hành trình quá trình cắt bắt đầu.Cảm biến Xilanh xác định hành trình xilanh chặn 1, chặn 2 kết thúc quá trình cắt chặn 2 mở bobin rơi ra, rồi đóng lại bắt đầu quá trình mới.
6) Sơ đồ kết nối đồng hồ nhiệt.
7) Sơ đồ kết nối phần điện của Drive TB6600 với động cơ bước KH42 và KH57.
Hình 3. 21 Sơ đồ kết nối điện của Drive TB6600 với động cơ bước KH42 và KH57.
Tủ điện điều khiển máy cắt chỉ thừa bán tự động.
3.4.3. Thiết kế phần giao diện.
Đối với các máy công nghiệp, để đảm bảo cho việc theo dõi thông tin, nắm được trạng thái hoạt động của máy, thao tác dễ, chọn chế độ phù hợp thì nhóm đã thiết kế giao diện điều khiển hiển thị trên màn hình HMI.
- Yêu cầu đặt ra về phần giao diện điều khiển.
+ Phải có chế độ điều khiển bằng tay và tự động. + Thay đổi được kích thước chạy theo từng loại bobin
+ Phải có nút Emergency vào trường hợp khẩn cấp hoặc dừng máy.
Hình 3. 23 Giao diện HMI.
- Giao diện HMI nhóm đạt được.
+ Đã hiển thị được hai chế độ hoạt động tương thích. + Điều khiển được hành trình tùy theo độ dài của bobin. + Có nút Emergency trong trường hợp xảy ra sự cố.
+ Hiển thị giao diện điều khiển bằng tay cho người dùng thao tác kiểm tra.
+ Trên màn hình có các nút nhấn cơ như: nút “Run” để tiến hành quá trình cắt, nút “Stop” để dừng, nút nhấn 2 chế độ “Auto” và “Manual” để thực hiện chạy bằng tay hoặc tự động theo mục đích của người vận hành.
3.4.4. Thông số kĩ thuật của các thiết bị điện sử dụng.
3.4.4.1 Mạch điều khiển động cơ bước TB6600.
Mạch điều khiển động cơ bước TB6600 sử dụng IC TB6600HQ/HG, dùng cho các loại động cơ bước: 42/57/86 hai pha hoặc bốn dây có dòng tải 4A/42VDC.
Ứng dụng của mạch điều khiển trong làm máy như CNC, laser hay các máy tự động khác.
Bảng 3. 5 Bảng thông số kỹ thuật Drive TB6600.
Hình 3. 24 Drive TB6600.
Thông số kỹ thuật
- Tên sản phẩm: Drive TB6600
- Nguồn đầu vào: 9V-42V
- Dòng cấp tối đa: 4A
- Ngõ vào: có cách ly quang, tốc độ cao
- Có tích hợp đo quá dòng quá áp.
- Kích thước: 96 * 71 * 37mm.
Bảng 3. 6 Bảng thông số kỹ thuật Drive TB6600.
DC+ Nối với nguồn điện 9~40VDC
DC- Điện áp (-) âm của nguồn
A+ và A- Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước B+ và B- Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ
PUL+ Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5v) từ BOB cho M6600
PUL- Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) từ BOB cho M6600 DIR+ Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) từ BOB cho M6600
ENA+ và ENA-
Khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực momen giữ và quay nữa có thể đấu tín hiệu (+) chung hoặc tín hiệu (-) chung
Bảng 3. 7 Bảng cài đặt cường độ dòng điện Drive TB6600. STT I(A) SW4 SW5 SW6 1 4.0 1 1 1 2 3.5 0 1 1 3* 3.0 (trục ngang) 1 0 1 4 2.5 0 0 1 5 2.0 1 1 0 6** 1.5 (trục dọc) 0 1 0 7 1.0 1 0 0 8 0.5 0 0 0
Để sử dụng động cơ bước KH57 và KH42 lần lượt tại dòng (3) và (6), theo hàng SW cho KH57 là “101” và theo hàng SW cho KH42 là “010”.
Bảng 3. 8 Bảng cài đặt vi bước cho Drive TB6600.
STT Micro Pulse/rev SW1 SW2 SW3 1 OFF 0 0 0 0 2*** 1 200 0 0 1 3 1/2A 400 0 1 0 4 1/2B 400 0 1 1 5 1/4 800 1 0 0 6 1/8 1600 1 0 1 7 1/16 3200 1 1 0 8 OFF 0 1 1 1
Để sử dụng động cơ bước KH57 và KH42 với 200 xung trên 1 vòn quay ta đã cài đặt SW theo thông mức “001”.
Tính toán hành trình và vận tốc dựa trên dòng điện và vi bước đã chọn trên TB6600:
Ta chọn thông số bước driver TB6600 là 200 xung/ vòng (tức là 1 vòng quay đi được 200 xung ) , ta dùng vitme bước dôi 4mm ( 1 vòng xoay vitme đi được 4mm)
Suy ra 1 vòng vitme đi được 4mm tương ứng 200 xung . Ta có :
200 xung 4mm
150 xung ?mm
Bảng 3. 9 Bảng hành trình hiển thị sẵn trên HMI.
Xung Hành trình Vận tốc Tần số Thời gian
200 xung 4mm 4/5 200/5 5(s) 7500 150 mm 150/3 7500/3 3(s) 10.000 200 mm 200/6 10000/6 6(s) 15000 300 mm 300/4 15000/6 4(s) 1600 32 mm 13 mm/s 2.46(s) 1950 39 mm 18mm/s 2.16(s) 1650 33 mm 18mm/s 1.83(s) 7500 150 mm 15 mm/s 10(s) Tính toán quy trình cắt:
- Cắt theo trục Z trước rồi kéo lên rồi di chuyển trục X, cắt 3 lần đều nhau theo trục
X,Z. Còn lần cắt thứ 4 ta tính toán hành trình bobin rồi trừ đi 3 lần hành trình cắt đầu tiên( độ dài bobin – hành trình cắt 3 lần đầu )
- Độ dài trục Z là 32 mm
- Độ dài trục X cho 3 lần cắt là 39mm
- Bobbin 150mm thì lần cắt thứ 4 là 150 – (39x3)= 33 mm
- Ta cài vận tốc trục Z : 13mm/s
- Cài vận tốc trục X là đi thuận: 18mm/s
- Cài vận tốc đi ngược trục x là :15 mm/s hành trình kéo về 150 mm
- Tổng thời gian cắt 3 lần là : 2.46x3 + 2.16x2 + 20msx3 = ?
- Thời gian lần cắt cuối cùng là : 1.83 + 2.46 + 10 + 20ms = ?
3.4.4.2 Cảm biến quang Autonics BS5-L2M.
Bảng 3. 10 Bảng thông số cảm biến quang Autonics BS5-L2M.
Hình 3. 25 Cảm biến quang Autonics BS5-L2M.
Thông số kỹ thuật
- Tên sản phẩm: AUTONICS BS5-L2M
- Loại phát hiện: Loại thu phát(không điều biến)
- Khoảng cách phát hiện: 5mm(cố định) - Vật liệu phát hiện nhỏ nhất: Vật liệu
đục min. Ø0.8×2mm
- Thời gian đáp ứng: Light ON: Max. 20 ㎲, Dark ON: Max. 100㎲
- Nguồn cấp : 5-24VDC ±10%
- Chế độ hoạt động : Light ON/Dark ON(cài đặt bằng terminal block) - Ngõ ra điều khiển : NPN mạch thu hở.
3.4.4.3 Cảm biến quang BJ3M-PDT-F.
Bảng 3. 11 BẢNG THÔNG SỐ CẢM BIẾN QUANG BJ3M-PDT-F.
Hình 3. 26 Cảm biến quang BJ3M- PDT-F.
Thông số kỹ thuật
- Tên sản phẩm: BJ3M-PDT-F (cảm biến quang vừa phát vừa thu)
- Loại phát hiện: Loại phản xạ gương - Khoảng cách phát hiện: 3m
- Vật liệu phát hiện nhỏ nhất: Ø75mm - Thời gian đáp ứng: Max. 1ms
- Nguồn cấp : 10-30VDC ±10%
- Chế độ hoạt động : Light ON/Dark ON(cài đặt bằng công tắc)
3.4.4.4 Bộ điều khiển nhiệt độ REX – C100 output SSR.
Bảng 3. 12 Bảng thông số Rex – C100 output SSR.
Hình 3. 27 Đồng hồ nhiệt REX – C100.
Thông số kỹ thuật
- Tên sản phẩm: REX – C100
- Điện áp làm việc: 220VAC/ 550-60 Hz - Phạm vi kiểm soát nhiệt độ: 400 độ C - Đầu ra điều khiển: ~ 15VDC thích hợp
sử dụng với SSR – DA
- Đầu ra cảnh báo: Relay 10A – 220V/ 12A-125V , khi đạt đến giới hạn trên thì mạch sẽ bật relay có thể kết nối với đèn báo hoặc còi báo.
3.4.4.5 Màn hình HMI wentek. Bảng 3. 13 Bảng thông số màn hình Wentek. Hình 3. 28 Màn hình Wentek. Thông số kỹ thuật - Tên sản phẩm: Màn hình Wentek. - Màn hình: 7 inch TFT - Độ phân giải: 800x480 - Tuổi thọ: >30000h
- Truyền thông: COM1 (RS223), COM2 (RS485).
3.4.4.6 Aptomat BKN 2P 6KA.
Bảng 3. 14 Bảng thông số Aptomat BKN 2P 16A - 6KA.
Hình 3. 29 Aptomat BKN 2P 16A - 6KA.
Thông số kỹ thuật
- Tên sản phẩm: Aptomat BKN 2P 16A - 6KA
- Dòng sản phẩm : MC B BKN - Số cực: 2 cực.
- Dòng định mức: 16A - Dòng cắt ngắn mạch: 6KA
- Tiêu chuẩn: IEC 60898 - IEC 60947-2
3.4.4.7 Nguồn tổ ong S250-24 và S250-05.
Bảng 3. 15 Bảng thông số Nguồn tổ ong S250-24.
Hình 3. 30 Nguồn tổ ong S250-24.
Thông số kỹ thuật
- Tên sản phẩm: Nguồn tổ ong S250-24 - Dải điện áp đầu vào: AC 110 – 260V - Tần số hoạt động: 50/60Hz
- Điện áp đầu ra: DC 24V - Dòng điện đầu ra: 0 – 10A
- Bảo vệ: Quá áp, quá dòng, ngắn mạch - Nhiệt độ khi làm việc: 0 - 40 độ C.
3.4.4.8 Nút nhấn CR-251-1.
Bảng 3. 16 Bảng thông số nút nhấn CR-251-1.
Hình 3. 31 Nút nhấn CR-251-1.
Thông số kỹ thuật
- Tên sản phẩm: Nút nhấn CR-251-1 - Dải điện áp: AC380V/DC220V - Lỗ khoét: D25mm
- Số tiếp điểm: 1NO + 1NC - Dòng điện tiếp điểm: 5A - Điện trở tiếp xúc: ≤50mΩ
3.4.4.9 Relay công nghiệp.
Bảng 3. 17 BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT LY2N DC24.
Hình 3. 32 Relay Omron LY2N DC24. Thông số kỹ thuật - Tên sản phẩm: LY2N DC24 - Dải điện áp: 24 VDC - Dòng chịu: 10A - Số chân: 8 - Trọng lượng: 30g
3.4.4.10 Thanh nhiệt điện trở.
Bảng 3. 18 Bảng thông số kỹ thuật Thanh nhiệt điện trở.
Hình 3. 33 Thanh nhiệt điện trở.
Thông số kỹ thuật
- Tên sản phẩm: Thanh nhiệt điện trở - Dải điện áp: 220 VAC