43
4.3.9. Thiết kế cơ cấu phanh
Trong quá trình vận hành có thời điểm thanh treo móc phải dừng ở giữa hai bàn do đó cần phải có cơ cấu phanh để giữ cụm dây điện đứng yên.
Hình 4.28: Mơ hình hệ thống
Cơ cấu phanh sử dụng lực ma sát giữa xylanh phanh và thanh ray để cản lực di chuyển hệ thống
a. Tính lực phanh
Để thắng đƣợc lực di chuyển thì độ lớn của lực ma sát đƣợc tính nhƣ sau.
fms > F
Hình 4.29: Sơ đồ lực phanh => fms > m.g.sin (1) Theo cơ sở lý thuyết ta lại có:
fms = µ.N (2) Với N : phản lực
µ : hệ số ma sát trƣợt
Hệ số ma sát trƣợt giữa thép và cao su bằng 0,7 Từ (1) (2) => µ.N > m.g.sin
44
Vậy lực phanh của hệ thống đƣợc tính theo cơng thức: Với g : gia tốc trọng trƣờng, lấy g =10 m/s2
m: tổng khối lƣợng vật chuyển với m = 40 kg : góc nghiêng thanh ray với = 1,50
=> N > 14,95 N
Do yêu cầu cần phải dừng lại ngay lập tức nên chọn lực phanh : N = 30 N
b.Tính tốn và chọn xylanh phanh
Do có các thơng số nhƣ sau:
Áp suất khí nén trong xƣởng : P=5 bar= 500000 N/m2 Tải trọng đáp ứng : F= 30 N
Lƣu lƣợng khí nén : Q = 1,2-66 m3/min
Theo cơ sở lý thuyết ta có cơng thức tính đƣờng kính xylanh nhƣ sau: D = = 8,74 mm
Dựa vào kết quả trên và bảng thông số các xylanh ở mục 4.3.5 ta chọn đƣợc
xylanh nhƣ sau:
Đƣờng kính xylanh : 20 mm Đƣờng kính cần xylanh : 8 mm Diện tích làm việc của xylanh : 310 mm2 Diện tích làm việc khoang cần : 263 mm2 Hành trình xylanh : 50 mm
4.4. Các chi tiết trong hệ thống 4.4.1. Cơ cấu giữ vật 4.4.1. Cơ cấu giữ vật
Từ việc lựa chọn móc nhƣ trên, ta có móc đƣợc uốn từ mica 5mm nhƣ sau:
45
Lấy các móc gắn vào thanh treo móc đã đƣợc thiết kế, thuận lợi cho điều kiện làm việc bởi dây thun (tăng tính linh hoạt, dễ dàng móc vật cho ngƣời làm việc)
Hình 4.31: Thành treo móc
4.4.2. Cơ cấu nâng hạ
46
Hình 4.33: Cơ cấu dẫn hƣớng 2
Để tăng độ cứng vững và hạn chế bậc tự do, nhóm thiết kế thêm cơ cấu dẫn hƣớng nhƣ Hình 4.33: Cơ cấu dẫn hƣớng 1 và Hình 4.34: Cơ cấu dẫn hƣớng 2
Lắp ráp 2 cơ cấu ta đƣợc cơ cấu dẫn hƣớng nhƣ sau:
Hình 4.34: Cơ cấu dẫn hƣớng
Từ các số liệu tính tốn cơ cấu hình bình hành nhƣ trên, nhóm thiết kế cơ cấu hình bình hành bằng inox hộp 10×40 nhƣ sau:
47
Hình 4.35: Thanh inox 10×40×350
Hình 4.36: Thanh inox 10×40×750 Lắp ráp các thanh inox lại ta có cơ cấu hình bình hành:
Hình 4.37 :Cơ cấu hình bình hành Hình 4.38 : Cơ cấu hình bình hành gắn xy lanh Lắp ráp các cơ cấu dẫn hƣớng, cơ cấu hình bình hành, xylanh ta đƣợc cơ cấu nâng hạ: Lắp ráp các cơ cấu dẫn hƣớng, cơ cấu hình bình hành, xylanh ta đƣợc cơ cấu nâng hạ:
48
Hình 4.39: Cơ cấu nâng hạ
Để cơ cấu chuyển động linh hoạt khi nâng hạ vật, nhóm thêm vào 2 khớp nối vào 2 đầu của cơ cấu nâng hạ.
49
4.4.3. Cơ cấu vận chuyển
Để tăng độ cứng vững và hạn chế bậc tự do, nhóm thiết kế thêm cơ cấu dẫn hƣớng
Hình 4.41: Cơ cấu dẫn hƣớng 1
Hình 4.42: Cơ cấu dẫn hƣớng 2 Lắp ráp 2 cơ cấu ta đƣợc cơ cấu dẫn hƣớng nhƣ sau: Lắp ráp 2 cơ cấu ta đƣợc cơ cấu dẫn hƣớng nhƣ sau:
50
Hình 4.43: Cơ cấu dẫn hƣớng Gắn xylanh vào cơ cấu dẫn hƣớng: Gắn xylanh vào cơ cấu dẫn hƣớng:
51
Để tạo tính linh hoạt cho cơ cấu, nhóm lắp thêm 2 khớp chử U vào 2 đầu:
Hình 4.45: Khớp chữ U
Hình 4.46: Khớp chữ U đã lắp vào cơ cấu dẫn hƣớng Sau đó, lấy 2 cụm lắp vào thanh ray đã chọn ở phần tính tốn Sau đó, lấy 2 cụm lắp vào thanh ray đã chọn ở phần tính tốn
52
Hình 4.48: Cơ cấu vận chuyển và thanh ray
4.4.4. Cơ cấu phanh
Gôm cao su đƣợc gắn với xylanh bằng 1 thanh chữ L
Hình 4.49 : Cơ cấu thắng cơ bản
Sau đó, xylanh đƣợc gắn vào hộp trƣợt bằng các thanh cố định
53
Từ đó, gơm cao su của cơ cấu thắng có thể tạo ma sát trƣợt với thanh ray để cơ cấu nâng dừng lại đƣợc.
Hình 4.51: Cơ cấu thắng
4.4.5 Hệ thớng hồn chỉnh:
54
CHƢƠNG 5: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 5.1 Quy trình hoạt động của hệ thớng 5.1 Quy trình hoạt động của hệ thống
5.1.1 Yêu cầu điều khiển của hệ thống
Hệ thống vận chuyển dây điện tổng cộng có năm cụm, trạng thái làm việc ban đầu của mỗi cụm là ở bên phải , khung dây treo ở vị trí trên. Nguyên tắc hoạt động chung của mỗi cụm là cho khung dây treo đi xuống , khi đó ngƣời cơng nhân sẽ móc hệ thống dây điện lên dây treo , sau đó cho khung dây treo đi lên rồi di chuyển sang bên trái , khi đi đƣợc nữa hành trình thì cho dừng lại , để chờ cụm trƣớc nó hồn thành xong , khi cụm trƣớc đó đã hồn thành xong thì cho khung dây treo di chuyển hết hành trình sang bên trái , rồi cho khung dây treo di chuyển xuống, ngƣời công nhân lấy hệ thống dây điện ra để xử lý , sau đó cho khung dây treo đi lên rồi di chuyển sang bên phải .
5.1.2. Chế độ hoạt động
Hệ thống có 2 chế độ hoạt động : chế độ điều khiển bằng tay và chế độ bán tự động .Trên panel có năm cơng tắc xoay , mỗi cơng tắc tƣơng ứng với năm cụm, có nhiệm vụ là chuyển chế độ hoạt động của từng cụm tƣơng ứng , khi xoay công tắc của cụm nào ở vị trí “Tay” thì cụm đó hoạt động chế độ điều khiển bằng tay , và ngƣợc lại khi xoay công tắc của cụm nào ở vị trí “T Động “ , thì cụm đó hoạt động ở chế độ bán tự động . Lƣu ý : trƣớc khi đi vào vận hành hệ thống thì phải nhấn nút “Chạy/Dừng” trên panel điều khiển khi đó năm cụm di chuyển sang bên phải ,và khung dây treo ở vị trí trên là trạng thái ban đầu làm việc của hệ thống .
Chế độ điều khiển bằng tay
Ở chế độ này nhấn nút trên remote thì hệ thống hoạt động không xét điều kiện ràng buộc “ các cảm biến ở chế độ này không ảnh hƣởng đến điều khiển “ , trên remote có năm nút để điều khiển nhƣ sau:
Nút lên: Nâng dây điện lên.
Nút xuống: Hạ dây điện xuống.
Nút qua phải : Di chuyển dây điện qua phải.
Nút qua trái: Di chuyển dây điện qua trái.
Nút thắng: Dừng di chuyển dây điện khi đang qua trái hoặc qua phải , nếu muốn chạy tiếp thì nhấn nút qua trái hoặc qua phải.
55 Chế độ điều khiển bán tự động
Ở chế độ này nhấn nút trên remote thì hệ thống hoạt động có kèm theo điều kiện ràng buộc “các cảm biến ở chế độ này ảnh hƣởng đến sự điều khiển của hệ thống”.
1. Ban đầu hệ thống ở bên phải và khung dây treo đƣợc nâng lên – cảm biến phải và cảm biến hành trình trên xylanh sáng lên.
Nhấn nút:
− Nhấn nút xuống khung dây treo đi xuống để móc hệ thống dây điện vào, nút xuống không hoạt động khi khung dây treo đang ở cảm biến giữa .
− Nhấn nút lên khung dây treo đi lên (cảm biến trên hành trình xylanh sáng ), và khung dây treo tự đi qua trái.
Lƣu ý : Khung dây treo tự đi qua trái thì hệ thống phải thỏa 3 điều kiện sau:
Khung dây treo đang ở bên phải (cảm biến phải sáng lên ).
Khung dây treo đƣợc hạ xuống (nút xuống đƣợc bấm ).
Khung dây treo đƣợc nâng lên (cảm biến hành trình trên xy lanh sáng sau khi bấm nút lên ).
Trƣờng hợp dự phòng :
Nếu khung dây treo không thể tự đi qua trái do khơng thỏa 3 điều kiện trên, có thể là do cảm biến hƣ , xylanh nâng/hạ không đi hết hành trình , khung dây treo chƣa về hẳn bên phải hồn tồn (cảm biến phải chƣa sáng lên), hay vì một lý do nào đó , mà muốn khung dây treo đi qua trái, thì nhấn nút qua trái bình thƣờng .
2. Cụm di chuyển qua trái gặp cảm biến giữa có hai trƣờng hợp xảy ra :
Trƣờng hợp một: Cụm trƣớc đó đang ở bên phải (cảm biến phải sáng lên), thì
cụm sau đang di chuyển qua trái gặp cảm biến giữa sẽ dừng lại. Cụm sau tiếp tục di chuyển qua trái khi cụm trƣớc đƣợc kích hoạt qua trái và đi đƣợc 3 gây.
Cảm biến hành trình trên xylanh sáng Cảm biến phải sáng
56
Trƣờng hợp hai : cụm trƣớc đó khơng đang ở bên phải (đang ở giữa hoặc ở bên
trái), cụm sau di chuyển qua trái đụng cảm biến giữa khơng có tác dụng và tiếp tục di chuyển qua trái .
3. Kết thúc hành trình di chuyển qua trái (đƣợc phát hiện bởi cảm biến trái ) , thắng đƣợc kích hoạt để giảm xóc , sau 3 giây thắng tự mở ra.
Nhấn nút :
− Nhấn nút xuống khung dây treo đi xuống , để lấy hệ thống dây điện ra khỏi khung dây treo
− Nhấn nút lên khung dây treo đi lên (cảm biến hành trình trên xy lanh sáng ) và tự động di chuyển qua phải .
Lƣu ý: Khung dây treo tự đi qua phải thì hệ thống phải thỏa 4 điều kiện sau:
Khung dây treo đang ở bên trái (cảm biến trái sáng lên)
Khung dây treo đƣợc hạ xuống (nút xuống đƣợc bấm)
Khung dây treo đƣơc nâng lên (Cảm biến hành trình trên xy lanh sáng sau khi bấm nút lên) .
Cụm trƣớc đó khơng đang ở bên trái .
Cụm sau di chuyển qua trái gặp cảm biến giữa dừng lại Cụm trƣớc đang ở bên phải Cụm trƣớc đang ở bên trái Cụm sau di chuyển qua trái gặp cảm biến giữa tiếp tục di chuyển
57
Trƣờng hợp dự phòng :
Nếu khung dây treo không thể tự đi qua phải do không thỏa 3 điều kiện trên, có thể là do cảm biến hƣ , xylanh nâng/ hạ khơng đi hết hành trình , khung dây treo chƣa về hẳn bên trái hoàn toàn (cảm biến trái chƣa sáng lên), hay vì một lý do nào đó , mà muốn khung dây treo đi qua phải, thì nhấn nút qua phải bình thƣờng .
4. Kết thúc hành trình di chuyển qua phải (đƣợc phát hiện bởi cảm biến phải), thắng đƣợc kích hoạt để giảm sóc , sau 3 giây thắng tự mở ra.
Quy trình đƣợc lặp lại tƣơng tự với những cụm khác trong hệ thống . Cụm trƣớc đó khơng đang ở bên trái Di chuyển qua phải
58
5.2 Lƣu đồ thể hiện quy trình hoạt động của hệ thớng.
59
5.3 Lựa chọn bộ điều khiển hệ thống
Sử dụng PLC FX của hãng Mitsubishi vì :
Hãng Mitsubishi là một tập đồn hàng đầu trên thế giới về tự động hóa trong cơng nghiệp. Bộ điều khiển PLC của Mitsubishi rất đa dạng về chủng loại, các phiên bản sau kế thừa các phiên bản trƣớc , dần dần chúng trở nên hồn thiện hơn về cơng nghệ, đáp ứng đƣợc các yêu cầu khắt khe khác nhau trong công nghiệp .
PLC dòng FX đƣợc nhà sản xuất Mitsubishi Electric đƣa ra thị trƣờng vào năm 1981, với chất lƣợng vƣợt trội và độ tin cậy tuyệt đối đã đƣợc chứng minh. Đến nay dịng sản phẩm PLC FX Series có mặt hầu nhƣ khắp nơi trên thế giới , trong tất cả các ứng dụng cơng nghiệp, tự động hóa ..
Sổ tay và tài liệu có ngơn ngữ dễ đọc dễ hiểu .
Khả năng tƣơng thích giữa các hệ thống tƣơng đƣơng ,và loại PLC khác của cùng nhà sản xuất.
Phƣơng pháp lập trình dễ dàng và thích hợp với các điều khiển ứng dụng .
Các dịng PLC FX hiện nay có trên thị trƣờng : PLC loại FX0S
Đây là loại PLC có kích thƣớc nhỏ gọn nhất, phù hợp trong các ứng dụng cần số lƣợng I/O nhỏ hơn 30, giảm thiểu chi phí lao động và kích cỡ trên panel điều khiển. Cùng với việc sử dụng bộ nhớ chƣơng trình bằng EEPROM cho phép dữ liệu chƣơng trình đƣợc lƣu lại trong bộ nhớ đề phòng trƣờng hợp mất điện nguồn đột xuất, giảm thiểu tối đa thời gian bảo hành sản phẩm. Dịng PLC FX0N tích hợp sẵn bên trong nó bộ đếm tốc độ cao, cho phép xử lý trơn tru một số ứng dụng có độ phức tạp cao.
Nhƣợc điểm của dịng PLC FX0S là khơng có khả năng mở rộng thêm số lƣợng I/O, khơng có khả năng kết nối Internet, tốn nhiều thời gian thực thi trƣơng trình.
60
PLC loại FX0N
PLC FX0N thƣờng đƣợc sử dụng cho các máy điều khiển độc lập hay các hệ thống nhỏ với số lƣợng I/O có thể quản lý nằm trong khoảng từ 10-128 I/O. Dòng FX0N thực chất là bƣớc đệm trung gian giữa FX0S với PLC FX. PLC FX0N có đầy đủ các đặc trƣng cơ bản của dòng FX0S, đồng thời cịn có khả năng mở rộng các I/O, khả năng kết nối mạng.
PLC loại FX1S
PLC FX1S có khả năng quản lý số lƣợng I/O trong khoảng 10-34 I/O. Cũng giống nhƣ FX0S, FX1S khơng có khả năng mở rộng hệ thống. Tuy nhiên, FX1S đƣợc tăng cƣờng thêm một số tính năng đặc biệt: tăng cƣờng hiệu năng tính tốn, khả năng làm việc với các đầu vào ra tƣơng tự thông qua
các card chuyển đổi, cải thiện tính năng bộ đếm tốc cao, tăng cƣờng 6 đầu vào xử lý ngắt, trang bị thêm các chức năng truyền thông qua các card truyền thông lắp thêm trên bề mặt, cho phép FX1S có thể tham gia truyền thông trong mạng (giới hạn số lƣợng trạm tối đa 8 trạm) hay giao tiếp với các bộ HMI đi kèm. Nói chung FX1S thích hợp với các ứng dụng trong cơng nghiệp chế biến gỗ, đóng gói sản phẩm, điều khiển động cơ, máy móc, hay các hệ thống quản lý môi trƣờng.
PLC FX2NC
Bộ điều khiển lập trình với kích thƣớc siêu gọn, thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi cao về u cầu tiết kiệm khơng gian lắp đặt. FX2NC có đầy đủ các tính năng của FX2N nhƣng lại tiết kiệm đến 27% khơng gian sử dụng.
Hình 5.4: PLC FX1S - 30MR Hình 5.3: PLC FX0N – 40MR Hình 5.3: PLC FX0N – 40MR
61
Lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của FX2NC là dùng trong các dây chuyền sản xuất thức ăn, điều khiển các băng tải, các dây truyền đóng gói, trong xây dựng, trong các hệ thống bơm hay các bài tốn điều khiển liên quan đến mơi trƣờng
u cầu của hệ thống dây chuyền nâng hạ:
Hệ thống dây chuyền nâng hạ cần số lƣợng I/O là 48 ngõ vào và 32 ngõ ra , số lƣợng ngõ vào ít hơn ngõ ra nên việc mua một PLC có đủ số ngõ vào khơng mang lại lợi ít kinh tế, nên PLC phải có khả năng kết nối module mở rộng, thời gian thực hiện lệnh chƣơng trình trong PLC phải tƣơng đối cao vì tính chất làm việc u cầu năng suất cao của cơng ty , đồng thời PLC phải có kích thƣớc vừa phải ,vì khơng gian lắp đặt trong đủ điện tƣơng đối nhỏ để phù hợp với không gian làm việc trong công ty , bài tốn cơng ty u cầu tƣơng đối phức tạp , nên cần bộ nhớ tƣơng đối lớn để có thể thực hiện các bài tốn điều khiển phức tạp
Từ những yêu cầu trên , nhóm quyết định chọn PLC FX2N-80MR và module mở rộng FX2N-16EX có đặc tính kỹ thuật và kích thƣớc đáp ứng mọi yêu cầu trên , đồng thời phù hợp với điều kiện kinh tế của nhóm .
62
Cấu trúc bên ngồi PLC FX2N-80MR
Hình 5.1: Cấu trúc bên ngoài của PLC FX2N-80MR