- Từ đó ta tính được thể tích của các khung nhơm là: = l.w.h = 2x50x2x4x0,5+40x2x4x0,5 = 560 ()
- Với khối lượng riêng của nhơm là 2,7 g/ nên ta có khối lượng cá thanh nhơm cơ cấu cấp phôi:
= 560x2,7 = 1512 (g) = 1,5kg - Thể tích của khung gỗ là:
= l.w.h = 37x5x1 + 2x10x1 + 2x8x1 + 37x5x1 + 6x6x1 + 2x8x1= 458 ()
- Với khối lượng riêng của gỗ là 1,12g/ nên ta có khối lượng cá thanh nhơm cơ cấu cấp phôi:
= 458x1,12 = 513 (g) = 0,51kg
Suy ra tổng khổi lượng khung là: M = 1,5 + 0,51 =2,01 kg
Bộ dẫn hướng
Nhiệm vụ của bộ phận này là dẫn hướng chuyển động của hệ thống dao in. Bộ dẫn hướng gồm 2 thanh trượt, 4 cục đỡ và 4 cục trượt được làm bằng nhơm.
89 ______________________________________________________________________________________
- Khi đó ta tính được thể tích của thanh trượt dựa vào kích thước như hình trên V = π..h = π.x50 = 39,3()
- Với khối lượng riêng của nhơm là 2,7 g/ nên ta có khối lượng của 2 thanh trượt: = 2x39,3x2,7 = 212,22 (g)
4 gối đỡ của bộ dẫn hướng cũng được làm bằng nhơm ngun khối. Ta có khối lượng của 4 gối đỡ: = 4x24 = 96g
Hình 3.31: Gối đỡ bộ dẫn hướng
- 6 con trượt của bộ dẫn hướng cũng được làm bằng nhôm nguyên khối. - Khối lượng của 4 con trượt: = 6x92 = 552 (g)
- Như vậy tổng khối lượng của bộ dẫn hướng sẽ là: M = + + = 96+ 552+ 212,22 = 860,22(g)
k. Tính tốn xylanh nâng hạ
Xylanh dao in sẽ có nhiệm vụ kéo đẩy hệ thống dao in, 1 khung mang cơ cấu in và khung in lên xuống, vậy nên tổng khối lượng làm việc của xylanh này là:
M = 0,59 + 2,2 + 2,01 + 0,86 = 5,66 (kg) - Suy ra lực nâng cần thiết là:
F = 5,66x10 = 56,6(N)
Máy nén khí áp suất thơng dụng p = 6 (kgf/)
Vậy nên ta chọn xylanh khí nén SC32x50-S có các thơng số như sau: - Đường kính 32mm
- Hành trình 50mm
- Áp suất vận hành: 0.1~0.9Mpa (1~9kgf/) - Áp suất tối đa : 1.35Mpa (1.35kgf/) Lực đẩy/kéo:
3.2.4 Thiết kế cơ khıı́ phần nâng phôi
Phần khung sắt sẽ sử dụng sắt hộp. Các kích thước sẽ đươc ̣ thiết kế tính dựa trên u cầu kích thước của phơi in và có thể thay đổi linh động.
Hình 3.33: Mơ hình phần nâng hạ phơi.
a. Pulley truyền động và dây curoa
Dẫn động bằng pulley truyền động và dây curoa, pulley truyền động và dây curoa được lực từ động cơ Step qua đó cung cấp chuyển động qua lại cho hệ thống cấp phôi.
Ưu điểm khi sử dụng loại có răng là khi truyền động khơng bị trượt.
Trong đồ án này, sử dụng 2 pulley giống nhau có d = 15mm, 20 răng gắn vào trục động cơ và dây curoa cao su chu vi 2000 mm rộng 10 mm.
Đầu tiên là pulley truyền động được làm bằng nhơm, có kích thước d = 15mm, dày 10mm.
- Khi đó ta tính được thể tích pulley: V = π..h = π..1- π..1 = 1 ()
- Với khối lượng riêng của nhơm là 2,7 g/ nên ta có khối lượng của cảm biến: = 1x2,7 = 2,7 (g)
- Đi chung với pulley là dây đai bằng cao su có kích thước 2000x10x2mm. Từ đó ta có thể tích của dây đai cao su là:
V = l.w.h = 200x1x0,2 = 40()
- Với khối lượng riêng của cao su là 1,1 g/ nên ta có được khối lượng: = 40.1,1 = 44(g)
- Như vậy 1 bộ pulley và dây đai sẽ có khối lượng: M = + = 2x2,7+ 44= 49,4 (g)
b. Tính tốn cơ cấu vít me
- Thể tích tấm đỡ bộ vít me: = l.w.h = 20x5x1= 100()
= 1,12x100 = 112g = 0.112(kg) - Khối lượng bộ vít me là: = 1,5kg Thể tích thanh ngang gắp phơi là: = l.w.h = 30x2x2= 120()
- Khối lượng riêng của gỗ là 1,12(g/ nên khối lượng tấm đỡ bộ vít me là: = 1,12x120 = 134,4g = 0.134(kg)
- Như vậy hệ thống di chuyển qua lại sẽ có tổng khối lượng là: M= 49,4 + 112 + 1500 + 134,4 = 1795,8 (g) = 1,795(kg)
Tính tốn lựa chọn động cơ cho hệ thống di chuyển qua lại của cơ cấu gắp phôi
- Động cơ truyền động là thành phần dẫn động chính của hệ thống. Thơng qua việc tính tốn vận tốc, moment xoắn, cơng suất dựa trên yêu cầu về năng suất đã đề ra ta có thể chọn được động cơ truyền động thích hợp.
- Do chiều cao nâng hạ khơng có yếu tố ràng buộc cụ thể nên chọn khoảng cách di chuyển qua lại của hệ thống cấp phôi là 400mm.
- Thời gian di chuyển qua lại của hệ thống gắp phơi là 5s. - - Do đó, vận tốc di chuyển qua lại của hệ thống gắp phôi là: - = 4800 (mm/phút)
- Đường kính pully là = 15mm và độ dày dây đai là 10mm. - - Vậy chu vi pully là:
- C = .π = 15.3,14 = 47,1 (mm)
- Do truyền qua pulley cùng kích thước nên tỉ số truyền sẽ được giữ nguyên là 1:1 nên vận tốc cần thiết của dây curoa cũng là vận tốc cần thiết của động cơ.
- (vòng/phút)
- Khối lượng của những bộ phận mà động cơ phải kéo là tổng khối lượng của các bộ phận của hệ thống dao in nặng 1,795kg như đã tính ở phần trước.
- Dây đai quay coi như vành trịn đờng chất có moment qn tính khối lượng đối với tâm của dây đai là = m.(trong đó R là bán kính tâm quay của dây đai), nhưng do động cơ đặt ở một đầu pully nên ta phải dùng công thức chuyển trục song song để tính, khi đó moment qn tính của cả hệ sẽ được tính bằng:
- I = + m. (Trong đó d là khoảng cách từ tâm của dây đai đến vị trí đặt động cơ) - Từ chiều dài dây đai 1000mm ta xác định được R = = 500mm và d = 500- 7,5 = 425mm.
- Khi đó moment qn tính của hệ là: - I = + m. = 1,795x+ 1,795x
= 0,77 (kg.) - Moment cản khi khởi động
- Hệ số ma sát trượt giữa con trượt và thanh trượt là: μ = 0,07 - Fmst = (10x0,07)x1,795 = 1,26 (N)
- Lực ma sát lăn rất nhỏ so với lực ma sát trượt. Ta cho hệ số ma sát lăn bằng 1/10 hệ số ma sát trượt:
- Fmsl = = 0,126 (N)
- Moment cản được tao ra do ma sát lăn và ma sát trượt là:
- Mc = Mms = FmstxR + FmslxR = (1,26x7,5) + (0,126.7,5) = 10,4 (N.mm) = 0,01 (N.m)
- Moment cần để quay cả hệ là:
- M = Mc + I = 0,01 + 0,77x = 1,65 (N.m)
3.2.5 Thiết kế cơ khıı́ phần tủ điêṇ
Tủ điện có kích thước 350x500x350mm và được lắp đặt phía bên dưới của khung băng tải.
3.3 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HÊ ̣THỐNG ĐIỆN 3.3.1 Thiết kế sơ đồ khối hê ̣thống
Sơ đờ khối của tồn bơ ̣dây chuyền bao gồm các khối: khối điều khiển trung tâm PLC S7-1200, khối nguồn và các khối khác sẽ taọ nên mơ hình hồn chỉnh cho hê ̣thống.
Đề tài thiết kế sẽ gồm các khối như sau:
Khối điều khiển trung tâm PLC S7-1200.
Khối nguồn.
Khối nút nhấn.
Khối cảm biến.
Khối HMI.
Khối điều khiển động cơ.
Khối động cơ.
Khối điều khiển van khí.
Khối van khí. Chức năng từng khối KHỐI CẢM BIẾN KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM
KHỐI NGUỒN KHỐI HMI
KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHỐI ĐIỀU KHIỂN VAN KHÍ KHỐI NÚT NHẤN KHỐI ĐỘNG CƠ KHỐI VAN KHÍ
Khối xử lý trung tâm: Có chức năng điều khiển hoaṭ động của toàn hệ thống.
Khối ng̀n: Có chức năng cung cấp ng̀n cho tồn bơ ̣hê ̣thống hoaṭ động.
Khối nút nhấn: Có chức năng dừng khẩn cấp.
Khối cảm biến: Có chức năng gửi tín hiệu về xử lý khối trung tâm.
Khối màn hình điều khiển: Có chức năng điều khiển hoaṭ động của hê ̣thống.
Khối điều khiển động cơ: Có chức năng điều khiển động cơ.
Khối điều khiển van khí: Có chức năng điều khiển van khí.
Khối động cơ: Có chức năng điều khiển băng tải, điểu khiển bàn nâng, di chuyển tay hút phôi.
Các thông số của các khối chıı́nh
Khối điều khiển trung tâm: PLC S7-1200 1212C có tín hiêụ vào và tıı́n hiêụ ra là tín hiệu số.
Khối ng̀n: Có tín hiệu vào là ng̀n điên 220V và tín hiệu ra là 24V.
Khối cảm biến: Cảm biến sẽ có tín hiêụ vào là tín hiêụ số.
Khối HMI: Giao tiếp với PLC qua cổng Ethenet.
3.3.2 Tính tốn và thiết kế mạch
a. Thiết kế khối xử lý trung tâm
Hiện nay trên thi ̣ trường có rất nhiều loại PLC khác nhau của các hãng như Siemens, Panasonic, Omron, ABB, Rockwell, …
Sau quá trình tìm hiểu về các hãng, cùng với sự góp ý của giáo viên hướng dẫn nên nhóm thực hiện đã quyết định chọn PLC S7-1200 của hãng Siemens để lâp ̣ trình. Với đặc điểm có cấu hình xử lí nhanh, giá thành vừa phải. Nhóm thực hiện đã chọn được CPU 1214C DC/DC/DC. Sau đây là một vài thông số cơ bản của loại CPU này:
Điện áp hoạt động: 24VDC.
Số lượng ngõ ra số: 10 (24 VDC).
Bộ nhớ chương trình: 100 KB.
b. Thiết kế khối cảm biến
Trong đề tài này khối cảm biến có chức năng phát hiện vật sau đó gửi tín hiệu dạng số về PLC.
Thơng số kỹ thuật của cảm biến tiệm cận SN04 - N:
Cảm biến tiệm cận loại gần - Khoảng cách phát hiện tối đa 5 mm.
Loại ngõ ra: NPN - NO.
Điện áp cung cấp: 6 ~ 36 VDC. Dòng ra: 300 mA. Nhiệt độ hoạt động -25 ° C ~ 75 ° C. Hình 3.37: Cảm biến tiệm cận SN04 – N Ng̀n: https://dientutuyetnga.com/products/cam-bien-tiem-can-sn-04n-roko-npn-chong- nuoc
Thông số kỹ thuâṭ của cảm biến quang E3F-DS30C4:
Loại ngõ ra: NPN.
Khoảng cách phát hiện 10 ~ 30cm.
Dòng tiêu thụ 20 ~ 35mA.
Nhiệt độ hoạt động -25 ° C ~ 70 ° C.
Nguồn: https://dientu360.com/cam-bien-vat-can-hong-ngoai-e3f-ds30c4
c. Khối điều khiển động cơ
Khối điều khiển động cơ 3 pha 220V
Thông số kỹ thuật của biến tần Mitsubishi D700
Nguồn cấp 3P 200 – 240VAC 50Hz/60Hz
Cơng suất 0.1 – 15kw
Dịng điện 0.8 – 10A
Dải tần số 0.2 – 400Hz
Mô men khởi động 150% hoặc hơn tùy theo phương pháp điều
khiển
Khả năng quá tải 150% trong vòng 60s, 200% trong vòng 0.5s
Phương pháp điều khiển V/F
Phanh hãm
Ngõ vào Lựa chọn đa tốc độ, cài đặt từ xa, chọn chức
năng thứ hai, bốn cấp quá tải tùy chọn, hoạt động JOG, điều khiển PID có giá trị, hoạt động luân phiên PU, V/F, PU-NET, External- NET, ngõ ra dừng lại, lựa chọn tự giữ bắt đầu, cài đặt lại biến tần, báo tín hiệu khi biến tần hoạt động và khóa ngồi khi PU hoạt động.
Ngõ ra
Cảnh báo tình trạng quá tải, ngõ ra phát hiện tần số, tái tạo phanh, cảnh báo lỗi rơ le, biến tần sẵn sàng hoạt động, ngõ ra phát hiện dòng, giới hạn PID, cảnh báo quạt tản nhiệt quá nóng,cảnh báo giảm tốc khi mất điện tức thời, điều khiển PID kích hoạt, PID bị gián đoạn, giám sát an toàn, cảnh báo tuổi thọ, hẹn giờ thời gian bảo trì.
Chức năng bảo vệ
Động cơ, định nghĩa lỗi, bảo vệ quá dòng khi tăng tốc, giảm tốc, dừng lại, quá tải, quá áp, thấp áp, mất áp, quá nhiệt, quá nhiệt điện trở phanh, ngăn chặn sụt áp
Chức năng chính
– Thiết lập tần số tối đa và tối thiểu, hoạt động đa tốc độ, mơ hình tăng / giảm tốc, bảo vệ nhiệt
– Tăng giảm tốc độ kích thích từ tính, xoay màn hình, tự động khởi động lại sau khi mất điện, thiết lập từ xa, lựa chọn chế độ hoạt động thử lại, bù trượt, mất kiểm sốt, mơ-men xoắn
-Tích hợp sẵn bộ điều khiển PID, Modbus TU
Truyền thông Hỗ trợ các chuẩn truyền thông RS-485, kết
nối PU
Thiết bị mở rộng Bộ cài đặt thông số tiêu chuẩn theo biến tần,
cáp kết nối với bộ cài đặt thông số mở rộng, bo truyền thông, bo encorder, lọc nhiễu, bo chức năng ngõ ra relay, bo chức năng ngõ ra
analog mở rộng, bộ phanh, điện trở xả, cuộn kháng một chiều, cuộn kháng xoay chiều, lọc nhiễu dùng cho biến tần công suất thấp, bo chức năng ngõ vào số 16 bit…
Cấp bảo vệ IP20 (Đóng lắp)
Khối điều khiển động cơ bước
Là module chuyên dụng để điều khiển động cơ bước lưỡng cực.
Thông số kỹ thuâṭ Module TB6600-4A:
Nguồn đầu vào: 9 ~ 42VDC – Dòng cấp tối đa: 4A.
Có khả năng điều khiển các chế độ: full step, half step, vi bước (1/8 và 1/16 step).
Các chế độ được thiết lập bởi phần cứng.
d. Khối động cơ
Trong dây chuyền nhóm sử dụng động cơ bước Step 57 để điều khiển và dẫn hướng cho cánh tay gắp phôi và sử dụng động cơ 3 pha giảm tốc cho băng tải.
Thông số kỹ thuật động cơ bước 57HS7630A4D8:
Ng̀n cấp: 9 ~ 42VDC
Dịng định mức: 3A
Thông số kỹ thuật động cơ băng tải M8IA25G4Y:
Nguồn cấp: 220VAC
Công suất: 25W
Dòng định mức: 0.25A
Tần số: 50Hz
e. Khối điều khiển van khıı́
Van khí đóng mở bằng điện giúp q trình đóng mở nhanh hơn, đơ ̣chıı́nh xác cao là thiết bị được sử dụng hầu hết cho việc điều khiển thiết bị khí nén. Thơng qua sư ̣tıı̀m hiểu về các loại van khí từ các ng̀n tài liệu nên nhóm đã quyết định chọn van điện từ
AIRTAC 4v210-08 đóng mở bằng điện để điều khiển đóng mở khí. Hình 3.42: Động cơ M8IA25G4Y
Hình 3.43: Van điện từ AIRTAC 4v210-08
Nguồn: https://auvietco.com.vn/van-dien-tu-khi-nen-airtac-4v210-08
Thông số kỹ thuật AIRTAC 4v210-08:
Điện áp cuộn coil: 24VDC.
Áp suất làm viêc ̣: 0,15 ~ 0,8MPa
Nhiêṭ đô ̣hoạt động:
Loại van đơn 5/2.
Thông số kỹ thuật Relay:
Để bảo vệ PLC, nhóm quyết định dùng relay để kích van khí nén.
Điên áp cung cấp: 24VDC.
Điện áp hoaṭ đôn g: 5 -10A/ 24-30VDC.
Số chân: 8
Hình 3.44: Hình ảnh thưc ̣ tế RelayNguồn: https://tae.vn/relay-kieng-8-chan Nguồn: https://tae.vn/relay-kieng-8-chan
f. Khối nút nhấn
Thông số kỹ thuâṭ:
Nguồn cung cấp: 220V.
g. Khối HMI -SCADA
Điều khiển các thiết bị thơng qua giao diên màn hình đang đươc ̣ sử dụng khá phổ biến rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như điện tử, giáo duc ̣ , công nghiêp ̣ … với mong muốn đươc ̣ ứng dụng việc điều khiển vào trong đề tài nhưng do để tiết kiệm chi phí, nhóm quyết định sử dụng màn hình laptop để điều khiển hê ̣thống trực tiếp thông qua phần mềm TIA- Portal.
Để điều khiển đươc ̣ tồn bơ ̣hê ̣thống thơng qua màn hình HMI chúng ta phải tıı̀m hiểu việc cách giao tiếp và truyền dữ liệu giữa PLC S7 – 1200 và HMI.
Hình 3.45: Nút nhấn Emergency
Ng̀n: https://www.evotech.vn/nut-nhan-dung-khan-cap-phi22-3nc
h. Thiết kế khối nguồn
Khối nguồn là khối rất quan trọng cung cấp ng̀n cho tồn bộ hệ thống.
Trong mơ hình sử dụng 2 khối ng̀n để cung cấp là 24VDC và 220VAC.