CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN
3.1.2.4 Kết luận chọn động cơ truyền động
Chọn động cơ truyền động 3 pha AC của hãng OM có số hiệu là USM590-502W có cơng suất 200W, momen khởi động của động cơ truyền động là 0,73 N.m, momen định mức là 0,62 N.m, tốc độ của động cơ truyền động là 1200 RPM.
Chọn sử dụng hộp giảm tốc có tỷ lệ là 1:12,5, thì tốc độ của động cơ truyền động sẽ thay đổi thành 96 rpm, momen đầu ra ở hộp giảm tốc là 7,3 N.m.
- Nguyên lý hoạt động :
Cấp nguồn bộ điều khiển tốc độ động cơ, cho phép động cơ hoạt động.
Thay đổi tốc độ động cơ thông qua biến trở của bộ điều khiển tốc độ động cơ.
4.1.3. Chọn cảm biến và cơng tắc hành trình
Theo nguyên lý hoạt động xilanh bộ nâng hạ khung và xilanh bộ phận gạt mực bắt buộc sử dụng cơng tắc hành trình. Tổng cộng 4 xilanh u cầu cần có 4 cơng tắc hành trình và một cảm biến phát hiện sản phẩm. Ta chọn cơng tắc hành trình loại Z15G- kacon và cảm biến từ phát hiện hàng loại Aotoro
Lý do chọn:
Giá thành rẻ
Kích thước nhỏ gọn Phù hợp yêu cầu
43
Hình 4. 2:Sơ đồ nguyên lý của cảm biến từ.
- Nguyên lý hoạt động:
Cảm biến từ phát hiện hàng sẽ truyền đến bộ điều khiển cho hạ khung in, khi khung in hạ chạm vào cơng tắc hành trình 1 thì bộ gạt mực hoạt động xong chạm vào cơng tắc hành trình 2 khung in nâng lên
4.1.4. Chọn relay động cơ dẫn động chính.
Theo yêu cầu điều khiển động cơ . Ta cần sử dụng 2 relay trung gian loại 14 chân, điện áp kích 24vDC.
- Lý do chọn:
Dễ dàng tìm mua ở các cửa hàng bán hàng điện tử.
Sử dụng nguồn DC 24v để điều khiển thiết bị điện AC 220v. Tiện lợi (có 4 cặp tiếp điểm thường đóng và thưởng mở).
44
Hình 4. 3:Sơ đồ nguyên lý relay điều khiển động cơ.
- Nguyên lý hoạt động:
Relay điều khiển động cơ: Khi bộ điều khiển xuất tín hiệu cấp nguồn cho cuộn dây của relay. Cặp tiếp điểm thường mở của relay sẽ thay đổi trạng thái thành thường đóng, cấp nguồn cho động cơ hoạt động.
4.1.5. Chọn biến tần
vì ta chọn động cơ có cơng xuất 200W nên biến tần ta chọn có của hãng DELTA loại: RS-485
- thông số khĩ thuật Mã lực: 1hp
Điện áp ngõ vào: 1 pha 220VAC Điện áp ngõ ra: 3 pha 220VAC Công suất: 400W
45
Hình 4. 4: Sơ đồ biến tần
4.1.6. Chọn van điện từ
Van điện từ nhóm em sử dụng là loại van điện từ của hãng TPC.
Hình 4. 5:Sơ đồ nguyên lý điều khiển van điện từ.
Nguyên lý hoạt động: Bộ điều khiển tiếp nhận và xử lí tín hiệu đầu vào,dựa vào chương trình đã được lập trình để xuất tín hiệu ở các module ngõ ra là Y2, Y3, Y4, Y5 để kích cuộn dây reley trung gian sau đó tiếp điểm thường mở kích cho cuộn dây trong van điện từ. Từ đó sẽ làm thay đổi trạng thái đóng ngắt hơi cho xilanh nâng khung in, hạ khung in, gạt mực trái phải hoạt động.
46 - Các thiết bị kết nối với Bộ điều khiển:
Tên thiết bị Input/
Output Số lượng
Cảm biến phát hiện sản phẩm input 1
Cơng tắc hành trình input 4
Hạ khung in output 1
Relay động cơ output 1
Nâng khung in output 1
Gạt mực sang trái output 1
Gạt mực sang phải output 1
Tổng input 5
output 5
Bảng 4. 1: Thông tin các thiết bị kết nối với PLC.
4.1.7. Chọn bộ điều khiển
Từ nguyên lý hoạt động đã nêu ở trên, để giải quyết vấn đề về điều khiển và vận hành máy, chúng em quyết định sử dụng PLC Mishubishi FX1N-14MR bao gồm 7 ngõ vào và 5 ngõ ra.
- Lý do chọn:
Do yêu cầu cần sử dụng 5 ngõ vào và 5 ngõ ra nên nhóm chúng em chọn PLC loại Mishubishi FX1N-14MR có 7 ngõ vào và 5 ngõ ra.
Dễ lập trình với phần mềm hỗ trợ có sẵn và quen thuộc. Dễ dàng tìm mua và thay thế khi cần thiết.
Hỗ trợ giao tiếp các thiết bị khác được sử dụng trong hệ thống như màn hình hiển thị HMI.
47
Hình 4. 6: Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển.
Nguyên lý hoạt động: Đầu tiên bộ điều khiển nhận tín hiệu từ các thiết bị đầu vào như cảm biến, cơng tắc hành trình, cảm biến, nút nhấn đưa vào CPU thông qua các module đầu vào X0, X1, X2, X3, X4, X5,X6,X7. Sau đó, CPU sẽ xử lý và xuất ra các tín hiệu điều khiển ra module đầu ra Y0, Y1, Y2, Y3, Y4, Y5 để điều khiển các thiết bị ngõ ra như động cơ, xilanh, relay.
4.1.8. Chọn màn hình HMI
Khi sử dụng màn hình HMI người dùng chỉ cần nhập các thơng số cần thiết trực tiếp vào màn hình HMI rồi cho máy bắt đầu chạy, tạo sự tiện lợi cho người dùng, giảm bớt thời gian vận hành máy. Sản phẩm nhóm chúng em chọn là HMI của hãng DELTA có mã sản phẩm là DOP-107BV
- Lý do chọn:
Hỗ trợ kết nối RS422 dễ dàng cho việc kết nói với PLC. Khả năng lập trình tương đối đơn giản.
Độ lớn màn hình to hơn các sản phẩm của các hãng khác khi cùng mức tiền.
48
Hình 4. 7:Sơ đồ nguyên lý kết nối màn hình HMI.
4.1.9. Sơ đồ nguyên lý tổng
49
4.2. Thiết kế điều khiển
4.2.1. Quy trình hoạt động
50
4.2.2. Lưu đồ giải thuật
- Dựa theo quy trình hoạt động ta có: Lưu đồ giải thuật như sau.
51
CHƯƠNG 5: THI CƠNG – LẮP RÁP MƠ HÌNH
5.1. Thi cơng – lắp ráp phần cơ khí
5.1.1. Gia cơng phần cơ khí
5.1.1.1. Gia công bộ phận băng tải
Chân băng tải
Mua loại thanh vuông inox được bán sẵn trên thị trường và gia công bằng phương cắt từng đoạn và hàn lại với nhau.
Hình 5. 1:Chân băng tải
Khung băng tải
Mua inox 3 li dạng tấm được bán sẵn trên thị trường và gia công bằng phương pháp cắt laser trên bản vẽ autocad.
52 Gối đỡ vòng bi
Phụ thuộc vào kích thước của các lỗ trên bộ khung của băng tải mà chúng em thiết kế để lựa chọn gối đỡ cho phù hợp. Số lượng gối đỡ là ba bên còn lại con lăn được gắn trực tiếp vào động cơ.
Hình 5. 3:Gối đỡ vịng bi
Con lăn băng tải:
Được thiết kế bằng ống thép có hình trụ trịn kích thước đường kính 7 cm và có chiều dài là 20 cm, tâm là một thanh ti bằng thép có khả năng chịu lực, va đập tốt có đường kính θ17 khớp với vịng bi gối đỡ và trục của động cơ. Đầu bên động cơ thanh ti được thiết kế dài ra thêm 5 cm để đấu vào lỗ trục động cơ.
53
Hình 5. 4:Con lăn băng chuyền
5.1.1.2. Gia công bộ phận khuôn in
Khuôn in được gia công bằng phương pháp cắt laser dựa trên bản vẽ thiết kế. Sử dụng chất liệu là inox tấm 3 li, sau khi khuôn được cắt laser sẽ cho lên máy chấn chấn thành 4 góc vng 90 độ để tạo thành một khn hình chữ nhật. Khn có chức năng để ôm giữ cố định khuôn mẫu. Tùy thuộc vào khn mẫu mà chúng em thiết kế khn có kích thước phù hợp
Hình 5. 5:Gia cơng bộ phận khn in
5.1.1.3. Gia công bộ phận điều khiển dao gạt mực
54
Được gia công bằng vật liệu inox tấm , được thiết kế trên autocad và đem cắt laser và nhấn một cạnh có dạng chữ L. Với kích thước bằng với độ dài dao và số lượng là hai để bắt vào 2 dao. Một dao chải mực và dao còn lại để gom mực lại.
Hình 5. 6:Gia cơng bộ phận điều khiển dao gạt mực
Bass cố định dao với đầu xi lanh
Được thiết có dạng chữ U để bắt vào đầu bass gắn dao. Có nhiệm vụ cố định dao và điều chỉnh lưỡi dao vào đầu xi lanh với số lượng là 2.
Hình 5. 7:Bass cố định dao với đầu xi lanh
Bass cố định hệ thống dao với xi lanh điều khiển hướng gạt
Có dạng chữ U được bắt vào bộ phận xi lanh của dao. Có chức năng đưa bộ phận dao ra chính giữa khn in và cố định hệ thống dao.
55
Hình 5. 8:Bass cố định hệ thống dao với xi lanh điều khiển hướng gạt
5.1.1.4. Bộ phận khiển hướng gạt
Bass cố định hệ thống dao gạt với khuôn in
Gia công bằng chất liệu inox dạng tấm và có dạng hình chữ A. Được cắt laser xong chấn chữ L và được hàn thủ cơng thêm 1 thanh góc để đảm bảo khả năng chịu nặng và cố định của hệ thống dao gạt . Bộ phận này được bắt cố định vào 1 cạnh của khuôn và bộ phận xi lanh điều khiển lắp cố định bên trên.
56
5.1.1.5. Gia công bộ phận nâng hạ hệ thống in
Bass cố định xi lanh với băng tải
Được thiết kế có dạng chữ L và được xử dụng chất liệu inox. Gia công cắt laser và dập góc vng, số lượng bass là hai, một cạnh bắt cố định vào hai bên của băng tải và đầu còn lại bắt vào 2 xi lanh.
Hình 5. 10:Gia cơng bộ phận nâng hạ hệ thống in
Bass cố định hệ thống in với xi lanh
Gia công bằng tấm inox , được cắt laser và chấn góc . Số lượng bass là 2 được bắt vào hai cạnh của khuôn và cố định trên đầu xi lanh.
57
5.1.1.6. Các khó khăn khi gia công
Khi gia cơng chúng em gặp nhiều khó khăn, lúc đầu theo ý kiến thống nhất của các bạn trong nhóm chúng em chọn nhơm để gia công phần hệ thống in với chiều dày 6mm, nhưng sau đó phải chọn ngun liệu khác vì nhơm rất giịn nên khơng thể gia cơng bằng phương pháp chấn được. Sau khi tính tốn chọn lại nguyên liệu khác là inox, chiều dày là 3mm. Ngoài ra do phải gia công các chi tiết khác nhau tại nhiều điểm gia công khác nhau nên khi lắp ráp có một số chi tiết có sai số so với bản vẽ, dẫn đến các chi tiết đó khơng ăn khớp với nhau, vì thế chúng em phải gia công sửa lại bằng tay.
Do kiến thức thực tế về gia cơng cịn hạn chế nên chúng em đã gặp một số khúc mắt lúc gia công như sau: bản vẽ gia công không đúng tiêu chuẩn, chọn sai phương pháp gia công đối với một số chi tiết, bản vẽ ghi thiếu kích thước dẫn dến thời gian gia cơng bị kéo dài. Ngồi ra do một số chi tiết phải gia công bằng phương pháp cắt laser rồi gia công lại bằng phương pháp chấn nhưng bản vẽ đưa ra để gia công là bản vẽ sau khi chấn nên phía cơng ty gia cơng phải vẽ lại bản vẽ cắt laser, làm tăng thời gian gia cơng, chi phí gia cơng.
Ngồi ra cịn một số vấn đề khác trong việc tìm mua ngun liệu gia cơng với số lượng ít, thời gian gia công kéo dài do một số vấn đề trục trặc khách quan, khó khăn trong việc tìm cơ sở gia cơng những chi tiết nhỏ lẻ khác.
5.1.2. Lắp ráp phần cơ khí
5.1.2.1. Lắp ráp bộ phận băng chuyền
58
Hình 5. 12:Lắp ráp bộ phận băng chuyền
1. Chân băng tải 2. Khung băng tải 3. Gối đỡ vòng bi 4. Con lăn
5. Động cơ 6. Dây đai Hình ảnh thực tế
59
Hình 5. 13:Hình ảnh thực tế
5.1.2.2. Lắp ráp bộ phận khung in
60 Hình ảnh thực tế:
Hình 5. 15:Hình ảnh thực tế
5.1.2.3. Lắp ráp bộ phận điều khiển dao gạt mực
Hình 5. 16:Lắp ráp bộ phận điều khiển dao gạt mực
1. Bát cố định hệ thống dao với xi lanh điều khiển hướng gạt 2. Xi lanh
3. Bát cố định dao với xi lanh 4. Bát bắt dao
61 Hình ảnh thực tế
Hình 5. 17:Hình ảnh thực tế
5.1.2.4. Lắp ráp bộ phận điều khiển hướng gạt
Hình 5. 18:Lắp ráp bộ phận điều khiển hướng gạt
62 2. Gá đỡ xi lanh Hình ảnh thực tế Hình 5. 19:Hình ảnh thực tế 5.1.2.5. Lắp ráp bộ phận nâng hạ hệ thống in Hình 5. 20:Lắp ráp bộ phận nâng hạ hệ thống in
1. Bát cố định xi lanh vơi băng tải 2. Bát cố định khuôn in vơi xi lanh
63 3. Xi lanh
Hình ảnh thực tế:
64
5.1.2.6. Lắp ráp tổng thể máy
65
5.2. Thi công – lắp ráp phần điện
5.2.1. Lắp đặt tủ
66
Hình 5. 24:Bố trí màn hình HMI
5.3. Thi công điều khiển
5.3.1. Thiết kế giao diện HMI
Sử dụng phần mềm lập trình: DOPSoft 4.00.08 để lập trình cho HMI DOP-107BV. Bước 1: Khởi động phần mềm bằng cách nhấn đúp chuột vào biểu tượng trên màn hình desktop. Giao diên chính sẽ như sau:
67
Bước 2: Trong phần HMI List : chọn đúng loại 107BV đó nhấm vào Next
Bước 3: chọn COM1 để dể kết nối với PLC, trong phần Manufacturers chọn Mitsubishi, phần series chọn FX series, phần interface chọn RS485 sau đó nhấn vào Finish.
68
Bước 4: Giao diện làm việc chính của chương trình:
69 Tạo Toggle Switch: Nút nhấm Bit.
Tạo Bit Lamp: Hiển thị trạng thái đèn báo. Tạo dòng ký tự văn bản.
Tạo Numeric, dùng để nhập/xuất dữ liệu từ các thanh ghi D.
Hình 4. 11 Giao diện chương trình HMI.
5.3.2. Lập trình PLC
Sử dụng phần mềm lập trình GX Works2 trong gói phần mềm MELSOFT Application của Misubishi.
Bước 1: Nhấn đúp chuột vào biểu tượng trên desktop để khởi động chương trình. Từ giao diện chính ta chọn New để tạo Project mới.
70
71 Giao diện làm việc chính của phần mềm:
Bước 3: Cài đặt Parameter cho PLC để kết nối với PLC: Kích vào comumnication, sau đó kích vào connection1.
72
Bước 4: kích vào có biểu tượng có tên Serial USB hiện bảng PC side i/F chọn RS-232C và chọn COM3 trùng với số COM mà màng hình HMI đã kết nối với máy tính.
Vậy là ta đã thành thiết lập cấu hình để PLC và HMI có thể giao tiếp với nhau thơng qua RS485.
74 Chương trình điều khiển:
75
CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN
6.1. Các bước vận hành máy
Bước 1: Kiểm tra tình trạng của máy. Đảm bảo các thành phần của máy ở vị trí ban đầu, ví dụ như: vị trí dao cắt, vị trí của xilanh, các dây dẫn khí...
Bước 2: Chuẩn bị nguyên liệu in là giấy. Nếu giấy nguyên liệu sắp hết thì nên chuẩn bị thêm. Cấp giấy vào băng tải sao cho phần giấy khơng ló ra khỏi băng tải.
Bước 3: Cấp điện cho hệ thống, đảm bảo rằng máy được cung cấp nguồn điện trước khi bật nút khởi động máy. Trong trường hợp nếu đã cấp cấp điện nhưng hệ thống không khởi động hoặc chỉ khởi động một số thiết bị thì nên tắt máy, ngắt nguồn điện, kiểm tra lại máy hoặc liên hệ với tổ bảo dưỡng máy.
Bước 4: Nhập các thông số về số lượng in vào hệ thống thơng qua màn hình HMI.
Bước 5: Nhấn nút bắt đầu để tiến hành in. Trong qua trình in cần chú ý nguyên liệu in, bổ xung khi sắp hết giấy. Đảm bảo giấy in không bị lộn xộn khi đưa vào máy.
Bước 6: Sau khi hồn tất q trình in, nên kiểm tra lại tình trạng của máy, vị trí của các thiết bị, cơ cấu chấp hành trong máy như dao cắt, xilanh. Sau đó vệ sinh máy.
Bước 7: Nhấn nút tắt máy và cúp nguồn điện
6.2. Những kết quả đạt được
Dựa vào các nhiệm vụ mà giáo hướng dẫn là thầy Ths. Hoàng Văn Vinh đã đề ra cho chúng em. Và sau 3 tháng tìm hiểu tài liệu và nghiên cứu tìm hướng thiết kế khả