CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
3.1 Yêu cầu hệ thống
3.1.1 Thiết kế khung cơ khí
Thiết kê khung cơ khí chắn chắn, ổn định, phù hợp với mơ hình, hạn chế sảy ra các lỗi trong khi vận hành máy, bồn chứa sơn phải đảm bảo thể tích đủ cấp cho các lon trong quá trình vận hành lâu dài.
3.1.2 Mô tả hệ thống vận hành
Hệ thống vận hành gồm 5 bước chính:
Bước 1 (Khởi động băng tải): Băng tải được thiết kế phù hợp với lon sơn, khởi động bằng tải bằng Speed control switch.
(Speed control switch là thiết bị khởi động động cơ, thay đổi tốc độ và chiều quay của động cơ 1 phase).
Bước 2 (xã màu) : Có 1 cảm biến hồng ngoại có chức năng phát hiện lon chạy trên băng tải và dừng băng tải tại vị trí cần xã màu. Mỗi bồn chứa sơn có 1 cảm biến lưu lượng nước, và van điện từ đảm nhiệm khả năng xã màu sơn theo đúng tỉ lệ.
Bước 3 (Trộn sơn): Các màu sơn sau khi xã sẽ được đưa vào bồn trộn, 1 động cơ 24VDC có cánh quạt quay, sẽ trộn các màu sơn đều với nhau.
Bước 4 (xã màu sơn đã được trộn): Van điện từ được lắp dưới bồn trộn sơn, nhận việc xã sơn sau khi đã trộn.
Bước 5 (đẩy nắp): Trên băng tải được lắp thêm 1 cảm biến hồng ngoại giúp dừng lon chính xác tại vị trí để sẳn sàn đẩy nắp, Hộp chứa nắp hình trụ trịn chứa được vừa nắp sơn, 1 Xilanh khí nén để đẩy nắp từ hộp chứa nắp vào lon sơn.
Bước 6 (Đóng nắp): 1 xilanh khí nén được lắp theo phương thẳng đứng, khi nắp được xilanh đẩy vào lon, thì Xilanh đóng nắp đóng chặt nắp vào lon.
3.2 Mơ tả tính năng linh kiện trong máy trộn sơn tự động
Mục Thiết bị Chức năng
Bộ xử lý
PLC mitsubishi với nguồn R62P 3.5A, R04ENCPU 4096 I/O, RX42C4 64 points, RY42NT2P 64 points.
Nhận và xử lý, điều khiển tất cả hoạt động của máy
Nhận diện
Quét vật thể chạy trên băng tải
Sensor E3F-DS30C4.
Nhận biết vị trí của lon, dừng băng tải khi cảm biến phát hiện lon đã đến vị trí của các khâu làm việc.
Điều khiển
Speed control switch Điều khiển tốc độ băng tải Van điện từ 2W02528, Đóng ngắt các bồn chứa sơn,
Van điện từ khí nén 4V210-08
Dùng để đóng mở đường dẫn của khí nén và điều chỉnh hướng của khí nén, từ đó điều khiển hoạt động của xylanh dập nắp, đóng nắp.
Động cơ 1 phase OM25W Trục của động cơ thông qua khớp nối trực tiếp với trục của băng tải làm quay băng tải để đưa lon đến cái khâu chức năng.
Tỷ lệ màu sơn
Cảm biến lưu lượng nước YF – S201
Mỗi bồn chứa sơn có 1 cảm biến lưu lượng để tính chính xác tỷ lệ màu.
An tồn Bảo vệ quá tải: MCCB LS BKN 6A
Bảo vệ thiết bị khi xảy ra sự cố quá tải.
Dừng khẩn cấp 1 nút dừng khẩn cấp Dừng toàn bộ hệ thống khi sảy ra xự cố.
Chế độ ngắt máy tự động
Dừng hoạt động sau khi hồn thành quy trình vận hành máy.
Khởi động/Dừng máy
Một nút nhấn On/OFF Ø22mm trên tủ điều khiển
Điều khiển khởi động/dừng toàn bộ hệ thống.
Kết nối, nạp dữ liệu
Qua phần mềm lập trình GX work 3.
Chế độ điều khiển Chế độ độc lập. Giao diện điều
khiển
Mô phỏng và điều khiển trên phần mềm Labview 2017, EB 8000.
Hệ thống vận hành Vận hành đúng quy trình và chương trình đặt sẵn. Máy tính điều
khiển trung tâm.
Máy tính DELL kết nối hệ thống giám sát SCADA qua hệ thống.
Phản hồi Thiết bị báo khi xả hết sơn trong bồn, và đèn khi máy đang hoạt động.
Bảng 3. 1: Mơ tả tính năng linh kiện trong máy trộn sơn tự động
3.3 Độ hiệu quả khi sử dụng máy trộn sơn tự động
Máy trộn sơn tự động được sử dụng cho các nhà xưởng hoặc nhà máy sơn, một quy trình hồn tồn tự động để đưa ra thành phẩm sơn, giúp tăng chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất, giảm nhân công, tăng cao số lượng sản phẩm tạo ra nhằm đảm bảo nguồn cung cho các đơn vị cần nguồn sơn đảm bảo chất lượng.
Hiệu quả q trình trộn sơn tự động có thể giảm bớt những sai số mà khi trộn bằng thủ cơng tránh việc lãng phí sơn gốc có thể gây ảnh hưởng đến mơi trường khi thải lượng sơn dư ra bên ngồi.
3.4 Lựa chọn phương án
Sau khi tìm hiểu nhiều mơ hình máy trộn sơn thì nhóm em chọn phương án thiết kế này phù hợp với sinh viên năm cuối và đáp ứng về mặt kỹ thuật kinh tế. Mơ hình
máy trộn sơn tự động là sự kết hợp chung của các môn đã học trên trường lớp đảm bảo được tính chính xác về thơng số kỹ thuật, cơ khí chế tạo và tính tốn được các thông số phù hợp cho các thiết bị điện đảm bảo cho mơ hình máy trộn sơn tự động hoạt động tối ưu và ổn định nhất.
CHƯƠNG 4
QUY TRÌNH THIẾT KẾ
4.1 Lập quy trình các bước tiến hành thiết kế máy và hệ thống điều khiển
4.1.1 Quy trình thiết kế khung cơ khí
4.1.1.2 Tính tốn băng tải chọn hộp giảm tốc.
Yêu cầu tốc độ băng tải 7700mm/p, Lbelt = 2000mm, đường kính trục rulo = 50 mm Chiều rộng lọt lồng của băng tải: 150mm, động cơ OM 1 phase 220V, 25W, 1450rpm.
Chu vi trục Rulo = π x R2 = 3.14 x 50 = 157 mm
Vậy số vòng quay của trục rulo chủ động của băng tải mỗi phút yêu cầu là: 7700 / 157 = 49 V/p
Vậy tỉ số truyền của hộp giảm tốc theo yêu cầu là i = 1450/49 = 29.59. Chọn tỉ số truyền của hộp giảm tốc: i = 1:30
4.1.1.3 Thiết kế băng tải
Chiều dài Khung cố định băng tải: 1000 mm, nhôm 30X60
Hình 4. 1: Thanh nhơm cố định băng tải
Chiều dài bố băng tải cao su: 1950 mm.
Hình 4. 2: Bố băng tải
Rulo băng tải:
- Rulo dẫn động:
Hình 4. 4: Rulo dẫn động (trục Ø15)
Hình 4. 5: : Rulo dẫn động (trục Ø50)
- Rulo căng dây
Hình 4. 7: Rulo căng dây (trục Ø50)
Ổ đạn UCFB204:
Hình 4. 8: Ổ đạn UCFB204 (Ø15)
Khớp nối trực tiếp: Ø10
Động cơ 1 phase OM 25W:
Hình 4. 10: Động cơ OM 25W, 220V (Trục Ø10)
Chân đế băng tải: Chiều dài 250 mm, Nhơm 30x30
Hình 4. 11: Chân đế băng tải
Thiết kế hồn thành băng tải:
Hình 4. 13: Hồn thành băng tải 3D (nhìn từ sau)
4.1.1.4 Thiết kế khung đỡ
Chiều cao khung đở 500 mm, nhơm 30x30
Hình 4. 14: Khung đỡ (3D)
4.1.1.5 Thiết kế thùng chứa sơn
Thùng chứa sơn gồm 4 ngăn: kích thước 610x220x230 Thể tích mỗi ngăn chứa được tối đa: 6,6 lít.
4.1.1.6 Thiết kế khung đẩy và đóng nắp
Chiều cao khung đẩy và đóng nắp: 200mm, nhơm 30x30, Xilanh đóng, phù hợp với hành trình của Xilanh.
Hình 4. 16: Khung đẩy và đóng nắp
4.1.1.7 Mơ hình thiết kế 3D máy trộn sơn tự động
Hình 4. 18: Khung cơ khí 3D mơ hình máy trộn sơn tự động (nhìn từ sau)
Hình 4. 20: Khung cơ khí 3D mơ hình máy trộn sơn tự động (Tổng quan)
4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển
4.2.1 Nguyên lý hoạt động
Cấp nguồn hệ thống kích hoạt băng tải chuyển lon sơn rỗng đến vị trí bơm sơn và trộn sơn, đến đúng vị trí sẽ có cảm biến tiệm cận dừng băng tải và bắt đầu quy trình sả và trộn.
Để thực hiện các thao tác công nghệ trong quá trình trộn sơn tự động có những thao tác chuyển động được cảm biến lưu lượng đếm đủ xung mà người dùng đã đặt sau đó truyền tín hiệu ngắt dịng qua van điện từ đóng ống dẫn ngừng việc xả sơn khi đủ số lượng yêu cầu. Quy trình diễn ra lần lượt theo 3 màu cơ bản đỏ, vàng, xanh dương.
Động cơ trộn được kích hoạt khi quy trình xả sơn thực hiện xong và trộn theo thời gian đã đặt sẵn trong chương trình PLC và xả sơn ra họp chứa đang đợi và truyền tới quy trình kế tiếp.
Khi hộp sơn đến nơi đặt cảm biến tiệm cận, hệ thống kích hoạt xilanh đẩy nắp vào vị trí hộp sơn, kế tiếp quy trình đóng nắp bằng xilanh được thực hiện và họp sơn hoàn chỉnh được đưa tới nơi người đóng thùng thành phẩm theo băng tải.
Quy trình vận chuyển họp sơn kết thúc thì hệ thống kích hoạt nhiệm vụ rửa bồn trộn sơn. Quy trình xả nước, rửa bồn, xả nước bẩn được thực hiện theo khoảng thời gian lập trình trong PLC và kết thúc chương trình.
4.2.2 Danh sách thao tác thực hiện đối với sản phẩm
Stt Thao tác Ý nghĩa Đơn vị thực
hiện Địa chỉ trên PLC Vị trí ban đầu 1 Khởi động chương trình Cấp nguồn cho hệ thống Hệ thống chương trình PLC X21 Khơng nguồn
2 Chạy băng tải Hệ thống hoạt động cấp nguồn động cơ kéo băng tải chạy
Băng tải Y64 Đứng
yên
3 Cảm biến nhận tín hiệu
Dừng băng tải tại vị trí yêu cầu
Băng tải X20 Đang
chạy 4 Xả sơn đỏ Bơm sơn đỏ vào bồn trộn
tổng hợp
Van điện từ sơn đỏ
Y66 Off
5 Xả sơn vàng Bơm sơn vàng vào bồn trộn tổng hợp
Van điện từ sơn vàng
Y68 Off
6 Xả sơn xanh Bơm sơn xanh vào bồn trộn tổng hợp
Van điện từ sơn xanh
Y6A Off
7 Trộn sơn Trộn 3 hỗn hợp sơn vừa xả vào bồn trộn
8 Xả sơn Xả sơn vào họp sơn đang đợi bên dưới
Van điện từ xả Y70 Off 9 Chuyển sơn thành phẩm sang bộ phận khác Chuyển sơn thành phẩm qua bộ phận đóng nắp
Băng tải Y64 Đứng
yên
10 Đẩy nắp lon Xilanh đẩy nắp đang đợi ở khay sẵn xuống vị trí lọn đang đứng chờ
Xilanh đẩy nắp
Y72 Off
11 Đóng nắp lon Xilanh đóng nắp lon đang ở trên bề mặt lon để đóng chặt lon ngăn sơn chảy ra ngồi
Xilanh đóng nắp
Y74 Off
12 Chuyển lon sơn thành phẩm
Chuyển lon sơn vừa đóng nắp đến vị trí đóng gói
Băng tải Y64 Đứng
yên
13 Bơm nước rửa bồn
Bơm nước lọc vào bồn chứa sơn đang bị bẩn
Van điện từ nước lọc
Y76 Off
14 Rửa bồn Kích hoạt động cơ rửa bồn thật sạch trong khoảng thời gian lập trình từ trước
Động cơ
24VDC
Y6C Off
15 Xả nước rửa bồn Kích hoạt van điện từ xả nước rửa bồn ra bên ngoài đường ống theo thời gian lập trình từ trước
Van điện từ xả nước bẩn
Y78 Off
4.2.3 Lắp đặt và chạy thử
4.2.3.1 Nguồn điện
Sử dụng điện 220VAC cho nguồn PLC và động cơ kéo băng tải.
Sử dụng nguồn 24VDC cấp cho modun R42NT2P và chân COM của modun R42C4.
Sử dụng nguồn 24VDC cho các thiết bị điện tử như: van điện từ, xilanh khí nén, cảm biến tiệm cận, cảm biến lưu lương.
4.2.3.2 Khí nén
Nguồn khí nén cần được cấp cho máy với áp suất ổn định từ 6-8 kg/cm2 . Trường hợp áp suất không đủ sẽ làm ngưng máy hoặc chạy máy không đạt yêu cầu.
4.2.3.3 Chạy máy lần đầu
Khi chạy máy lần đầu sau lắp đặt hoặc sau thời gian dài không sử dụng phải tuyệt đối tuân thủ trình tự các thao tác sau:
Kiểm tra sơ bộ và đưa các thao tác về vị trí ban đầu: Chú ý :
- Khơng cấp điện và khơng cấp khí nén.
- Kiểm tra bằng mắt các cơ cấu cơ khí xem có các thiếu sót cơ khí nào khơng. - Kiểm tra mạch điện, mạch khí nén xem có thiết sót, hỏng hóc.
- Bảo đảm các thiết bị chuyển động đưa về trạng thái ban đầu. Kiểm tra tác động trên PLC
CHÚ Ý :
- Cấp điện và cấp khí nén. - Khơng sử dụng nút START.
- Xoay nút tốc độ động cơ về phía minimum, khoảng 1/10
- Kiểm tra đầu vào: kiểm tra tác động của các cảm biến. Đối với cảm biến từ thì dùng vật bằng sắt để đằng trước cảm biến, cảm biến sẽ đỏ đèn, đối với cảm biến quang thì lấy vật bất kỳ che lại. Khi cảm biến tác động thì đầu vào tương ứng trên PLC sẽ sáng.
Chạy thử ở tốc độ chậm khơng có sản phẩm:
- Xoay nút tốc độ động cơ về phía minimum, khoảng 1/10. - Sẵn sàng ấn nút Stop.
- Ấn nút RUN, động cơ sẽ chạy từ từ. - Theo dõi hoạt động của máy.
- Tăng dần tốc độ khi máy chạy ổn định.
4.2.4 Thông số kỹ thuật thiết bị sử dụng.
4.2.4.1 PLC
Tính chọn thiết bị: R38B: 0.71 A, R04ENCPU: 0.67 A, RJ71EN71: 0.82 A, RX42C4: 0.18 A, RY42NT2P: 0.25 A. Tổng dòng các module: 2.63 A Chọn nguồn R62P: 3.5 A
Nguồn : R62P
Chức năng: Cấp nguồn cho các module.
Hình 4. 21: Nguồn R62P 3.5A
Điện áp đầu vào 100 – 240 VAC
Tần số đầu vào 50/60 Hz ± 5 %
Công suất biểu kiến 120 VA
Dòng điện đầu ra 5 VDC 3.5 A
24 VDC 0.6 A
Kích thước 106 X 54.6 X 110 mm
Bảng 4. 2: Thơng số kỹ thuật nguồn R62P 3.5A
CPU: R04ENCPU
Tính năng: Bộ xử lý trung tâm.
Hình 4. 22: R04ENCPU 4096 point
Tổng số điểm I/O 4096
Ngôn ngữ lập trình LD, SFC, ST, FBD
Số lượng chương trình thực thi 124
Số lượng Tệp FB 64
Input (X) 12288 points (fixed)
Output (Y) 12288 points (fixed)
Counter (C) 512 points
Internal relay (M) 12288 points (user-changeable)
Timer (T) 1024 points (user-changeable)
Thanh ghi dữ liệu (D) 18432 points (user-changeable)
Khối lượng (kg) 0.4
Kích thước (W x H x D) mm 106 x 56 x 110 mm
Bảng 4. 3: Thông số kỹ thuật R04EN 4096 point
Chức năng: nơi một tín hiệu bên ngồi được cung cấp từ một chuyển mạch đầu vào nhận được và được chỉ ra bởi phần tử kí hiệu X. PLC chứa một số lượng thích hợp các rơle đầu vào.
Hình 4. 23: Module ngỏ vào RX42C4 64 point
Số điểm đầu vào 64
Điện áp định mức 24VDC
Dòng điện định mức 4.0 mA
ON voltage/ON current 19V or higher/3mA or higher OFF voltage/OFF current 6V or lower/1.0mA or lower
Điện trở đầu vào 5.3kΩ
Số chân bên ngoài 40 Pin
Khối lượng 0.13 kg
Sơ đồ mạch:
Hình 4. 24: Sơ đồ mạch module ngỏ vào RX42C4 64 point
Module ngõ ra RY42NT2P
Chức năng: Một rơle ra là một cổng ra trên PLC để điều khiển tải bên ngồi và được chỉ ra bởi phần tử kí hiệu Y. PLC kết hợp nhiều rơle đầu ra.
Số điểm ngỏ ra 64 points
Điện áp tải định mức 12/24VDC
Dòng tải tối đa 0.2A/point, 2A/common
Dòng quá tải tối đa cho phép 0.4A 10ms hoặc thấp hơn
Thời gian đáp ứng OFF -> ON: 0.5ms hoặc thấp hơn ON -> OFF: 1ms hoặc thấp hơn
Hiển thị hoạt động LED sáng ở trạng thái ON
Nguồn cấp ngồi Áp: 12/24VDC
Dịng: 16mA Dòng tải tiêu thụ (internal curent
consumption, 5VDC)
250mA, tất cả các ngõ ra đều ON
Khối lượng 0.13 Kg
Bảng 4. 5: Thông số kỹ thuật module ngõ ra RY42NT2P 64 point
Sơ đồ mạch:
Main base unit: R38B
Hình 4. 27: Main base unit R38B 8 I/O
Số lượng module có thể lắp 8
Mơ hình bộ chuyển đổi ray DIN R6DIN1
Dịng điện tiêu thụ (5VDC) 0.71A
Kích thước lỗ lắp Lỗ vít M4
Kích thước 101 x 328 x 32.5 mm
Khối lượng 0.55 kg
Bảng 4. 6: Thông số kỹ thuật main base unit R38B 8 I/O
4.2.4.2 HMI
HMI weintek MT6070iH Chức năng:
- Trong cơng nghiệp: Đơn giản hóa các phần tử vật lý như: nút bấm, công tắc, thanh gạt, biến trở,vv… khi chúng ta xây dựng một dây chuyền, hệ thống máy móc phức tạp.
- Để hiển thị tất cả các quá trình vận hành trên một màn hình giao diện đồ họa. - Để truyền tải , cập nhật thông tin đầy đủ, tức thời đến kỹ thuật viên vận hành
máy.