Hình 2. 4. Rơ le trung gian LY2N
2.1.4. Xi lanh
Hãng sản xuất OMRON
Dòng định mức 5A
Điện áp hoạt động lớn nhất AC110/220
Đế cắm PYF08A-N
Tải định mức 3-5 A
Công suất 36W
Tiếp điểm Bạc
Điện áp 24VDC
Điện trở cuộn dây 650
Số tiếp điểm 2
Dòng điện định mức đi qua cuộn
còn gọi là pen khí nén là các thiết bị cơ học tạo ra lực, thường kết hợp với chuyển động, và được cung cấp bởi khí nén ( lấy từ máy nén khí thơng thường ).
Do em chỉ thiết kế mơ hình trong phịng thí nghiệm nên chỉ cần điều kiện: - Đủ lực truyền động cho tải.
- Đủ hành trình.
Mơ hình này sử dụng 4 xi lanh, trong đó chiều dài hành trình của các xi lanh là : xi lanh đẩy/lùi chốt : 5cm, xi lanh phun/nạp nhựa : 10cm, xi lanh đóng/mở khn và xi lanh tiến/lùi đài phun : 15 cm.
Xi lanh AIRTAC - 32x150S
Hình 2. 5. Xi lanh AIRTAC – 32x150S
Xi lanh AIRTAC – 16x100
Hình 2. 6. Xi lanh AIRTAC – 16x100
Hình 2. 7. Xi lanh AIRTAC – 16x50 Bảng 2. 4. Thông số 3 loại xi lanh
Hãng sản xuất AIRTAC
Đường kính piston 32mm 16mm 16mm Chế độ hoạt động 2 chiều 2 chiều 2 chiều
Dải áp suất hoạt động 1-10 bar 1-10 bar 1-10 bar
Dải nhiệt độ môi trường -20÷80oC -20÷80oC -20÷80oC
Lực rút về áp suất 6 bar 103.7N 103,7N 103,7N
Lực đẩy ra áp suất 6 bar 120.6N 120,6N 120,6N
Kiểu lắp Ren cái Ren cái Ren cái
Chiều dài piston 150mm 100mm 50mm
2.1.5. Van tiết lưu
Van tiết lưu khí nén điều khiển dịng chảy được sử dụng để giảm tốc độ dòng chảy trong một phần của mạch khí nén, dẫn đến tốc độ truyền động chậm hơn. Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dịng chảy có nghĩa là có thể diều chỉnh tốc độ hoặc thời gian chạy cơ cấu vận hành.
Do trong phịng thí nghiệm sử dụng áp suất nguồn khí nén khơng đổi và hành trình xi lanh cũng khơng đổi nên ta phải sử dụng van tiết lưu ( điều tiết lưu lượng ) để
Hình 2. 8. Van tiết lưu
2.1.6. Van phân phối
Mơ hình sử dụng van phân phối điều khiển khí nén bằng điện từ. Van điện từ là một thiết bị cơ điện, dùng để kiểm sốt dịng chảy chất khí dựa vào ngun lí đóng mở do tác động của cuộn dây điện từ.
Các máy ép phun nhựa trên thực tế đều là loại máy cỡ lớn, nên cần phải tạo ra lực lớn. Ví dụ như lực ép đóng khn, lực này phải đủ lớn để giữ khuôn trong suốt quá trình phun nhựa vào vùng tạo khn. Nên người ta thường sử dụng hệ thống thủy lực để điều khiển hành trình xi lanh.
Để hệ thống van khí nén thưc hiện được việc dừng và đẩy/lùi xi lanh thì ta phải sử dụng van phân phối 5/3. Van 5/3 là van có 5 cửa và 3 vị trí.
Nguyên lí hoạt động của van 5/3 :
- Ở vị trí khơng bị tác động, các cuộn hút khơng có điện và trục van giữ ở vị trí giữa bởi hai lị xo. Cổng 2 nối với 3, cổng 4 nối với 5. Cổng 1 khóa.
- Ở trạng thái trung gian ( mid – position) là trạng thái ổn định và luôn được thiết lập bởi các lị xo hồi khi khơng có bất kỳ một tín hiệu điều khiển nào.
- Nếu cuộn hút bên trái được tác động, trục van bị đẩy sang phải. Cổng 1 nối với 4 (cấp khí), cổng 2 nối với 3 ( xả khí ), cổng 5 khóa.
Hình 2. 10. Van 5/3 ở vị trí bên trái
- Nếu cuộn hút bên phải được tác động, trục van bị đẩy sang trái. Cổng 1 nối với 2 (cấp khí), cổng 4 nối với 5 (xả khí), cổng 3 khóa.
Hình 2. 11. Van 5/3 ở vị trí bên phải
Máy nén khí trong phịng thí nghiệm sử dụng áp suất P= 8 Bar nên ta lựa chọn van điện từ có áp suất nằm trong khoảng từ 0.15~0.8MPa.
Trong mơ hình ta sử dụng 4 xi lanh nên ta sẽ chọn 4 van phân phối điều khiển bằng điện – khí nén loại 5/3, điều khiển 2 phía.
Bảng 2. 5. Thơng số van AIRTAC 4V230-08
Mã sản phẩm 4V230-08 Loại van 5 cửa 3 vị trí Nguồn 1 cuộn 24V Áp suất làm việc 0.15-0.8Mpa Kích thước cổng 1/4’’
Cách điện bảo vệ lớp dây IP65 Điện áp chịu đựng +/- 10% Tần số hoạt động lớn nhất 3 cycle/sec
Hình 2. 12. Van phân phối 5/3 AIRTAC 4V230-08
2.1.7. Cảm biến điện từ
Cảm biến từ là một thiết bị nhận diện đối tượng bằng kim loại mà không cần tiếp xúc.
Khi được cấp nguồn, cuộn dây cảm biến sẽ phát ra một trường điện từ khỏi bề mặt của cảm biến. Cảm biến từ có đường kính càng lớn thì sẽ phát ra trường điện từ càng lớn. Khi vật thể kim loại tiến lại đủ gần bề mặt của cảm biến từ, bắt đầu thâm nhập vào vùng có trường điện từ. Khi hiện tượng này xảy ra, các dịng điện xốy được sinh ra trên bề mặt của vật thể kim loại. Nếu vật thể tiến lại gần hơn bề mặt cảm biến từ thì dịng điện xốy sẽ tăng lên và biên độ của từ trường sẽ bị giảm đi. Khi biên độ của trường điện từ giảm đến mức nào đó, thì cảm biến sẽ kích hoạt và hiển thị nó đã phát hiện được mục tiêu.
Trong hệ thống khí nén, tại đầu và cuối của mỗi xi lanh ta sẽ đặt một cảm biến điện từ, khi piston tác động cảm biến sẽ gửi tín hiệu vào PLC để ra lệnh điều khiển.
Mơ hình này sử dụng 7 cơng tắc hành trình cho 4 xi lanh. Ta chọn cảm biến từ AIRTAC CS1-U.
Bảng 2. 6. Thông số cảm biến từ AIRTAC CS1-U
Hãng sản xuất AIRTAC
Loại STSP
Điện áp làm việc 5-240V AC/DC
Sụt áp 2,5V
Nhiệt độ hoạt động -10~70°C
Tiêu chuẩn bảo vệ IC67
Hình 2. 13. Cảm biến từ AIRTAC CS1-U
2.1.8. Cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận là loại cảm biến có thể phát hiện sự hiện diện của các vật thể gần đó mà khơng cần tiếp xúc vật lý, khoảng cách chỉ vài mm. Một cảm biến tiệm cận
Trong hệ thống máy ép phun nhựa có phân đoạn phun nhựa được thực hiện trong mội trường với áp lực lớn và nhiệt độ cao. Để đề phịng một số lỗi có thể xảy ra như khn chưa được đóng kín, q trình phun nhựa tiến hành khi khn vẫn mở,….. sẽ gây hỏng hóc cho thiết bị và trên hết là gây nguy hiểm cho người vận hành. Vì vậy, ta bắt buộc phải có cửa an tồn để đảm bảo vận hành. Cảm biến tiệm cận sẽ đóng vai trị xác nhận cửa an tồn đã đóng hay chưa và gửi tín hiệu về cho PLC. Ở đây mơ hình sử dụng cảm biến LJ12A3-4-Z/BX.
Bảng 2. 7. Thông số cảm biến LJIA3-4-Z/BX.
Kiểu LJ12A3-4-Z/BX
Đường kính 12mm Khoảng cách nhận biết 4mm
Đầu ra NPN, 3 dây, thường mở Điện áp hoạt động 6~36 VDC
Dòng ra 300mA
Chất liệu vỏ Kim loại
Hình 2. 14. Cảm biến LJI2A3-4-Z/BX
Nút nhấn là loại khí cụ điện kết hợp với một số thiết bị khí cụ điện khác như cơng tắc tơ, relay trung gian, relay thời gian… đóng hay cắt mạch điện từ xa, để khởi động, dừng, đảo chiều quay động cơ điện.
Nút nhấn thường đặt trên các bảng điện điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút nhấn. Nút nhấn thường được chế tạo để làm việc trong mơi trường khơng ẩm ướt, khơng có hơi hóa chất và bụi.
Mơ hình này dùng nút nhấn cho nút bấm Start, Stop YS AP12-11
Bảng 2. 8. Thông số nút bấm YS AP12-11
Hãng sản xuất Yongsung
Kiểu nút nhấn Khơng nhớ
Dịng điện định mức 6A Điện áp chịu được 250V Nhiệt độ hoạt động -25 ~40°C
Tuổi thọ 500.000 lần
Bảng 2. 9. Thông số nút bấm YSSEP 323-11RA.
Hãng sản xuất Yongsung
Kiểu nút nhấn Có nhớ Dòng điện định mức 6A Điện áp chịu được 250V Nhiệt độ hoạt động -25~40oC
Tuổi thọ 500000 lần Đường kính φ 30
Hình 2. 16. Nút bấm khẩn cấp YSSEP 323-11RA.
Với nút chuyển giữa 2 chế độ hoạt động và các phân đoạn vận hành, mơ hình dùng cơng tắc 3 vị trí YS AR3-211LB.
Bảng 2. 10. Thơng số nút chuyển YS AR3-211LB
Hãng sản xuất Yongsung
Kiểu nút nhấn Có nhớ
Tiếp điểm 2 thường mở Dòng điện định mức 6A
Nhiệt độ hoạt động -25~40oC
Tuổi thọ 500000 lần Đường kính φ 25
Hình 2. 17. Nút chuyển YS AR3-211LB
2.1.10. Động cơ
Trong các hệ thống máy ép phun nhựa, ta cần có động cơ để điều khiển trục vít. Động cơ quay trục vít sẽ giúp nhựa chảy vào dễ dàng hơn trong quá trình gia nhiệt, và cũng định lượng chính xác số nhựa cần nạp vào, vì vậy động cơ cần thỏa mãn một số yêu cầu sau:
Cơng suất đủ lớn để quay trục vít khi nhựa đang nạp xuống
Có thể thay đổi được tốc độ quay
Trong thực tế người ta thường sử dụng động cơ điều khiển trục vít là động cơ servo có gắn encoder để xác định được chính xác số lượng nhựa cần nạp qua số xung. Ngoài ra người ta thường điều khiển động cơ bằng biến tần để có thể tăng giảm tốc độ và đảo chiều động cơ khi cần thiết.
Ở đây, em chọn động cơ xoay chiều 3 pha Oriental 2IK6RGN-CW:
Điện áp hoạt động 200~230V Tần số dòng điện 50-60Hz Cường độ dòng điện 0.09~20.1A Tụ điện 0.6~0.8μF
Công suất 6W
2.2. Thiết bị gia nhiệt
2.2.1. Nhiệt độ của nguyên liệu
Trong quá trình nạp nhựa, đưa nhựa về phía đầu trục vít q trình gia nhiệt được thực hiện trong buồng chứa nhựa, nhựa nóng lên và chuyển dần sang dạng keo khi đi đến đầu trục vít, vì vậy ta cần dùng các vịng gia nhiệt ở buồng chứa nhựa.
Nhiệt độ nóng chảy của một số nguyên liệu : - Nhiệt độ nóng chảy PP : ~ 165 °C
- Nhiệt độ nóng chảy PE : ~ 120 °C - Nhiệt độ nóng chảy PVC : ~ 80 °C
- Nhiệt độ nóng chảy PS : 180 °C - 200 °C
2.2.2. Các thành phần của hệ thống gia nhiệt
a) Vòng gia nhiệt
Vòng gia nhiệt được đặt tại đầu phun nhựa và sử dụng dây điện trở nhiệt để gia
nhiệt.
Điện trở nhiệt nói chung là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện và chuyển từ
điện năng thành nhiệt năng.
b) Bộ điều khiển nhiệt độ
Nguyên lí hoạt động của hệ thống gia nhiệt :
- Đầu tiền ta sẽ đặt nhiệt độ nóng chảy của vật liệu cần gia nhiệt lên đồng hồ. Nếu nhiệt độ ở vòng gia nhiệt mà thấp hơn nhiệt độ đặt, nó sẽ đưa tín hiệu ra relay nhiệt.
- Khi nhiệt độ của vòng gia nhiệt vượt quá nhiệt độ đặt ở ngưỡng cho phép thì đầu ra của đồng hồ sẽ bị ngắt tín hiệu, từ đó cuộn hút của relay nhiệt khơng được tác động, nhiệt độ của vòng gia nhiệt sẽ được giảm xuống nhiệt độ đặt.
2.4. Thiết bị điều khiển
2.4.1. Thiết bị điều khiển động cơ
Để điều khiển động cơ 3 pha thì em sử dụng biến tần kết nối truyền thông với PLC. Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dịng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều khiển được.
Nguyên lí hoạt động của biến tần:
Trước tiên, biến tần chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều, sử dụng bộ chỉnh lưu. Điện đầu vào có thể là 1 pha hoặc 3 pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp cố định. Tiếp theo, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được tích trữ trong dàn tụ điện. Điện áp một chiều này ở mức rất cao. Cuối cùng thơng qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGBT (hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dáng song đầu ra của biến tần). Biến tần sẽ tạo ra điện áp xoay chiều 3 pha. Điện áp và tần số đầu ra biến thiên và thay đổi khi cần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ.
Hình 2. 18. Nguyên lý hoạt động của biến tần
Hình 2. 22: Biến tần FR-D720S-0.75K
Thông số đầu vào:
Điện áp: 1 pha 170 – 264v
Tần số 50/60 Hz
Biến động tần số cho phép ± 5%
Thông số đầu ra:
Công suất: 0.75 Kw
Dòng định mức: 4.2A
Điện áp 3 pha 200 – 240V
Các thông số cơ bản khác:
Cấp kháng nước và bụi IP20
Trọng lượng 1.1kg
Tản nhiệt: Tự làm mát
2.4.2. Thiết bị điều khiển logic PLC
Do hệ thống máy ép phun nhựa được sử dụng trong cơng nghiệp, vì vậy khi xảy ra sự cố cần phải nhanh chóng sửa chữa, cũng như khi cần thay đổi cách thức vận hành, thay đổi timer hoạt động thì nếu dùng hệ thống điều khiển cổ điển như rơ le hay vi điều khiển sẽ rất mất thời gian để sữa chữa và thay thế. Sự ra đời của PLC đã giải quyết được các vấn đề trên.
Ở đây, ta nên dùng PLC để điều khiển mơ hình máy ép phun nhựa.
Theo u cầu cơng nghệ về số tín hiệu đầu vào/ra ta phải sử dụng là 13 tín hiệu đầu vào và 14 tín hiệu đầu ra nên ta sẽ chọn PLC có lượng tín hiệu vào/ra là 32 ( 16 đầu vào và 16 đầu ra ). Cụ thể ở đây mơ hình sử dụng PLC Mitsubishi FX-3U-32MT/ES-A
- Bộ CPU với 32 I/O: 16 đầu vào và 16 đầu ra (Transistor) - Nguồn cấp: 100 – 240 VAC - Công suất: 35 W - Bộ nhớ chương trình: 64.000 Steps - Tích hợp đồng hồ thời gian thực. - Bộ đếm: 235 - Timer: 512 - Có thể mở rộng đến 384 ngõ vào/ra - Tích hợp cổng thơng RS232C, RS 485.
Chương 3
XÂY DỰNG SƠ ĐỒ, LƯU ĐỒ VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
3.1. Sơ đồ bố trí các thiết bị
Hình 3. 1. Sơ đồ panel điều khiển
Hình 3. 3. Sơ đồ mạch lực
3.3. Sơ đồ mạch khí nén
Xy lanh khn Xy lanh chốt Xy lanh bệ Xy lanh nạp nhựa
Hình 3. 4. Sơ đồ mạch khí nén
3.4. Lập trình điều khiển hệ thống máy ép phun nhựa: 3.4.1. Lưu đồ thuật toán: 3.4.1. Lưu đồ thuật toán:
3.4.2. Phân cổng vào/ra:
Bảng 3. 1. Phân cổng vào ra PLC
STT Địa chỉ Ký hiệu Đầu vào Đầu ra
1 X000 AOM x
2 X001 EMG Stop x
3 X002 Start x
4 X003 Stop x
5 X004 Cảm biến cửa an toàn x 6 X005 Cảm biến mở khuôn (A0) x 7 X006 Cảm biến đóng khn (A1) x 8 X007 Cảm biến tiến chốt (B1) x 9 X010 Cảm biến lùi bệ (D0) x 10 X011 Cảm biến tiến bệ (D1) x 11 X012 Cảm biến tiến đầu phun (B0) x 12 X013 Cảm biến lùi đầu phun (nạp nhựa) (B1) x 13 X014 Cảm biến nhiệt độ x 14 Y000 Mở khuôn x 15 Y001 Đóng khn x 16 Y002 Lùi chốt x 17 Y003 Đẩy chốt x 18 Y004 Lùi bệ x 19 Y005 Tiến bệ x
20 Y006 Lùi đầu phun x
21 Y007 Tiến đầu phun x
KẾT LUẬN
Sau một quá trình học tập và nghiên cứu, cùng với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Danh Huy và sự giúp đỡ của các bạn, em đã hồn thành các nhiệm vụ được giao: Tìm hiểu và lập trình PLC cho mơ hình máy ép nhựa dùng PLC FX 3U. Trong bản đồ án này, em đã thực hiện được các nhiệm vụ sau:
- Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý máy ép nhựa thực tế và mơ hình - Thiết kế lại sơ đồ điều khiển
- Xây dựng lưu đồ điều khiển
- Lập trình cho PLC FX-3U điều khiển và vận hành mơ hình.