L ỜI NÓI ĐẦU
2.3.1.3. Lựa chọn phương pháp truyền động
Trên mô hình máy cán tôn có ba cặp trục nằm liên tiếp nhau. Sản phẩm được hình thành từ các tấm hoặc dải lần lượt qua các cặp trục, mà ở mỗi cặp trục cán được tạo hình dần dần tiến đến hình dáng, tiết diện của sản phẩm cuối cùng. Nhờ lực ma sát giữa các con lăn quay và tấm kim loại mà phôi cán chuyển động tịnh tiến ăn liền vào giá cán phía đứng sau. Để đảm bảo quá trình cán diễn ra liên tục thì thể tích kim loại đi qua các giá cán cùng một lúc trong một đơn vị thời gian phải bằng nhau, các cặp trục phải chuyển động ngược chiều nhau với cùng một vận tốc. Qua nhiều phương pháp truyền động như: Trục vít bánh vít, dầu ép, xích thì phương pháp truyền động xích là dễ thực hiện và chế tạo nhất.
Truyền động xích có ưu điểm kích thước nhỏ gọn, làm việc không trượt, hiệu suất cao, lực tác dụng lên trục nhỏ. Tuy nhiên bộ truyền cũng có nhược điểm: chế tạo và lắp ráp phức tạp, yêu cầu bôi trơn thường xuyên.
- Chọn loại xích:
+ Ta chọn loại xích ống con lăn (hình3.2) có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, thường dùng
truyền động với vận tốc nhỏ. - Định số răng đĩa xích
+ Để đảm bảo tuổi thọ của bộ truyền, giảm tải trọng động giá trị Z1, Z2 cần
thỏa mãn điều kiện: đối với xích ống con lăn
(7 ≤ Z ≤120)
+ Số răng đĩa xích nhỏ Z1 được chọn là : Z1=12
Z2=i.Z1=12 (i=1)
Hình 2.33. Bánh xích
2.3.2.Thiết kế chế tạo hệ thống cắt 2.3.2.1. Tính lực cắt
Lực cắt tác dụng P của lưỡi cắt trên và lưỡi cắt dưới lệch nhau có khe hở z giữa hai lưỡi cắt tạo nên một momen quay.
M =P1.a
Dao cắt nghiêng góc . Lực cắt được xác định: P = tg K S . c. . 5 , 0 2
Trong đó: S: Chiều dày vật liệu cắt, chọn S=0,3mm
K: Hệ số ảnh hưởng của dao mềm, vật liệu khó cắt, khe hở lớn, chọn K= 1,1 – 1,3.
c: Ứng suất cắt (N/mm2). c = ( 0,8 - 0,86 ) b : Góc nghiêng dao
= 10 - 2 0 ( S < 2mm ) Đối với vật liệu mỏng thì: Q = (0,3-0,4)P.
Phôi tấm của máy cán tôn có b 400 (N/mm2) Chọn dao nghiêng góc = 2 0
b = 200(N/mm2) K = 1,3 Z = 1,5(mm) a = 2Z = 3 (mm) c = 0,85 b = 340 ( N/ mm2) = 800 ( góc cắt ) = 20 ( góc sau ) Vậy P = 0 2 2 1 , 1 . 170 3 , 0 . 5 , 0 tg = 240,97 ( N ) Lực ép lên tôn : Q = 0,36P = 0,36. 240,97 = 86,75 (N)
Sau khi tiến hành tạo sóng rồi tiến hành cắt rời vật liệu thì dao phải được đặt sau máy, để cho máy cắt không bị cong vênh ta chọn biên dạng dao cắt trùng với biên dạng cuối cùng của tôn.
2.3.2.2. Tính toán xilanh truyền lực cho hệ thống cắt
Trong hệ thốngcắt ta chỉ sử dụng một xilanh: -Lực cắt:Pc = 240,97 (N)
-Vận tốc cắt V2 = 0,025 (m/s) = 1,5(m/phút)
-Chọn áp suất làm việc cho xilanh là P2 = 30(N/cm2)= 0,3(N/mm2) -Gọi đường kính trong của xilanh là D2
Ta có: Pc = 2 2 2 . 4 P D Từ đó: 9 , 31 3 , 0 . 14 , 3 240,97 2 2 2 2 p P D c (mm) P2 F2 Pc Hình 2.36: Pittong Chọn đường kính trong xilanh là D2 = 33 mm
Hệ thống cắt bao gồm hai con dao được chế tạo theo biên dạng tôn, hai con dao chế tạo ăn khớp với nhau tạo thành một gọng kìm. Dao dưới cố định, dao trên chuyển động được, và được gắn trên trục pittong. Dao trên được đặt nghiêng so với dao dưới một góc từ (20-60).
CHƯƠNG 3
3.1.Giới thiệu về PLC
PLC, viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm.
Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:
+ Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học. + Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
+ Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp. + Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
+ Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các Modul mở rộng.
+ Giá cả có thể cạnh tranh được.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một chương trình. Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ , ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách thuận tiện mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay .
PLC được phân loại theo 2 cách:
+ Hãng sản xuất: Gồm các nhãn hiệu như: Siemens, Omron, Misubishi, Alenbratlay…
+ Version: -PLC Siemen có các họ: S7-200, S7-300, S7-400, Logo. -PLC Misubishi có các họ: Fx, Fx0, FxON.
3.1.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC
PLC S7-300 có cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau:
-CPU các loại khac nhau: : 312IFM, 312C, 313, 313C, 314, 314IFM, 314C, 315, 315-2 DP, 316-2 DP, 318-2.
- Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng: SM321, SM322, SM323, SM331, SM332,SM334, SM338, SM374.
- Module chức năng FM. - Module truyền thông CP.
- Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác, dòng 2A, 5A, 10A.
- Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365.
Các module được gắn trên thanh ray như hình dưới, tối đa 8 module SM/FM/CP ở bên phải CPU, tạo thành một rack kết nối với nhau qua bus connector gắn ở mặt sau của module. Mỗi module được gắn một số slot tính từ trái sang phải, module nguồn là slot 1, module CPU slot 2, module SM là slot 3, tiếp là FM, CP…
Nếu có nhiều module thì bố trí thành nhiều rack (trừ CPU312IFM và CPU313 chỉ có một rack), CPU ở rack 0, slot 2, kế là module phát IM360, slot 3, có nhiệm vụ kết nối rack 0 với các rack 1, 2 ,3, trên mỗi rack này có module kết nối thu IM 361, bên phải mỗi module IM là các module SM/FM/CP. Cáp nối hai module IM dài tối đa 10 m, các module được đánh số theo slot và dùng làm cơ sở để đặt địa chỉ đầu cho các module ngõ vào ra tín hiệu. Đối với CPU 315-2DP, 316-2DP, 318-2 có thể gán địa chỉ tùy ý cho các module.
Hình 3.1: Thanh rack
Mỗi địa chỉ tương ứng với một byte. Với các module số địa chỉ mộ ngõ vào hay ra là x, y, x là địa chỉ byte, y có giá trị từ 0 đến 7.
Các CPU312IFM, 314IFM, 31XC có thích hợp sẵn một số module mở rộng.
- CPU 312IFM, 312C có 10 ngõ vào địa chỉ I124.0 …I124.7, I125.1, 6 ngõ ra số Q124.0…Q124.5.
- CPU 313C: 24 DI I124.0..126.7, 16DO Q124.0..125.7, 5 ngõ vào tương đồng AI địa chỉ 752…761, hai ngõ ra AO 752…755.
- CPU314IFM: 20 ngõ vào số I124.0…I126.3, 16 ngõ ra số Q124.0 …Q125.7;
4 ngõ vào tương đồng PIW128, PIW130, PIW132, PIW134; một ngõ ra tương đồng PQW128.
3.1.2. Nguyên lý hoạt động của PLC
+ Đơn vị xử lý trung tâm:
Các module khác nhau theo hình dạng chức năng, vận tốc xử lý câu lệnh. Loại 312IFM, 314IFM không có thẻ nhớ. Loại 312IMF,313 không có pin nuôi. Loại 314- 2DP có các đèn báo ý nghĩa như sau:
SF…(đỏ)…lỗi phần cứng hay mềm. BATF…(đỏ)…lỗi pin nuôi.
DC5V…(lá cây)…nguồn 5V bình thường. FRCE…(vàng)…force request tích cực. RUN…(lá cây)…CPU đang chạy.
STOP…(vàng)…CPU mode STOP hay HALT hay START-UP, LED chớp khi memory rết request.
BUSF…(đỏ)…lỗi phần cứng hay mềm ở giao diện PROFIBUS. +Hệ thống Bus:
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:
+ Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau. + Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
+ Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạnh đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống.
Hình 3.2: Cấu tạo PLC
* Bộ nhớ:
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp: Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O. Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các Relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ. Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ đếm giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo. Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đấu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc .
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2000 - 16000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ như RAM, EPROM đều đươc sử dụng.
+RAM (Random Access Memory ) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất. Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn .
+ EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được. Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵn trong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC. Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM.
+ EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dung của nó có thể được xóa và lập trình bằng điện, tuy nhiên số lần là có giới hạn.
Kích thước bộ nhớ:
+ Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 -1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo.
+ Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K - 16K, có khả năng chứa từ 2000 -16000 dòng lệnh
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM. Bộ nhớ S7-300 được chia thành 3 vùng chính:
-Vùng chứa chương trình ứng dụng: được chia thành 3 miền: +OB: Vùng chứa chương trình tổ chức
+FC: Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình gọi nó.
+FB: Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình khác.
-Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được chia thành 7 miền khac nhau:
+I: Miền bộ đệm các dữ liệu các cổng vào số. Trước khi bắt đầu các chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất chúng trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái lgic của cổng vào số mà lấy dữ liệu từ cổng vào I.
+Q: Miền bộ đệm các dữ liệu các cổng ra số.
+M: Miền các biến cờ. Chương trình sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo địa chỉ bit (M), byte (MB), từ (MW), hay từ kép (MD).
+T: Miền biến nhớ phục vụ thời gian bao gồm việc lưu giá trị đặt trước (PV- Preset value), giá trị đếm (CV-Current) cũng như giá trị logic đầu ra của thời gian.
+C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu giá trị đặt trước (PV-Preset value), giá trị đếm (CV-Current) cũng như giá trị logic đầu ra của thời gian.
+PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/0). +PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự (I/0). +DB: Miền chứa các dữ liệu tổ chức thành khối
+L: Miền dữ liệu địa phương được các khối chương trình DB, FC, FB tổ chức cho các biến nhập tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những chương trình nó đã gọi.
* Các ngõ vào ra I/O
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul, các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra. Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC. Mỗi đơn vị I / O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I / O được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản. Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra.
Xử lý chương trình
PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong bộ nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho đến cuối chương trình. Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là một chu kỳ thực hiện. Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý của PLC và độ lớn của chương trình. Một chu kỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn nối tiếp nhau:
+ Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào. Phần chương trình phục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành.
+ Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong chương trình. Trong ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào, thực hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của các đầu ra.
+ Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại các modul đầu ra.
*Kỹ thuật lập trình
+Lập trình tuyến tính: Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối bộ nhớ. Loai hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp cho những bài toán tự động nhỏ không