Chương 3: thiết kế và thi công

- Dây chuyền sản xuất tự động hóa có thể được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau như: Công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp chế tạo ô tô,… Đặc biệt là trong sả

của cuộc sống Năng suất lao động không ngừng được tăng lên nhờ áp dụng những

thành tựu khoa học mới trên những dây chuyền sản xuất tiên tiến Với những máy

móc hiện đại chúng ta có thể tạo ra nhiều loại sản phẩm khác nhau trên cùng một

trung tâm Do đó, cần những thiết bị tự động luân phiên thực hiện các công đoạn

làm giảm sức lao động Yếu tố được tập trung quan tâm là tự động hóa tối đa hoạt

động của máy hoặc dây chuyền sản xuất

Với mong muốn tìm hiểu, phát triển hệ thống đóng nắp chai Em đã được

thực hiện đề tài “ Thiết kế và chế tạo máy lắp ghép nắp của chai tương ớt “ Đề tài

là sự kết hợp giữa cơ khí – điện tử Sử dụng bộ điều khiển PLC kết hợp máy tính

xử lý nhằm tự động hóa quá trính đóng nắp

Đề tài hoàn toàn phù hợp với những kiến thức em đã được học trong trường,

bên cạnh đó việc đi sâu vào mỗi phần cũng giúp em có thể hiểu hơn những hệ

thống công nghiệp, qua đó có áp dụng những kiến thức đã học vào công việc sau

này

- Nội dung chung chính của đồ án là:

+ Tổng quan về dây chuyền công nghệ

+ Các công nghệ trên dây chuyền máy đóng nắp

+ Thiết kế dây chuyền và lập trình máy đóng nắp

Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô trong khoa Cơ- Điện,

những người đã giảng dạy và hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình học tập

trên ghế nhà trường Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy ThS Nguyễn

Cường Phi đã hướng dẫn chỉ bảo tận tình trong quá trình em thực hiện đồ án

Trong quá trình thực hiện đồ án không thể tránh những sai sót Kính mong nhận

được sự đánh giá góp ý của các thầy các cô để em hoàn thiện tốt hơn bản báo cáo

đồ án tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn !

- Chúng tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu là của chúng tôi, các số liệu, kết quả nêu ra trong đồ án tốt nghiệp là trung thực và chính xác Chúng tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được xin phép, tất tất cả thông tin trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc Chúng tôi sẽ chịu trách nhiệm nếu công trình nghiên cứu của chúng tôi bị phát hiện gian lận

1.1 Thực Trạng 1

1.2 Chức năng của hệ thống 4

1.3 Đặt Vấn Đề 4

1.4 Phương pháp nghiên cứu 5

1.4.1 Nghiên cứu tổng quan 5

1.4.2 Nghiên cứu lý thuyết 6

1.5 Dự kiến kết quả đạt được 6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

2.1 Sơ lược về Tự Động Hoá 7

2.1.1 Khái niệm 7

2.1.2Các hình thức tự động hoá 7

2.1.3Ưu và nhược điểm của tự động hoá 9

2.2 Tổng quan lý thuyết 9

2.2.1 Cảm biến quang 9

2.2.2 Cảm biến tiệm cận 11

2.2.3 Van điện khí nén 12

2.2.4 Rơ le trung gian 14

2.2.5 Bộ nguồn 24V 15

2.2.6 Nút nhấn, đèn báo 16

2.2.7 Áp tô mát 17

2.2.8 HMI 18

2.2.12 Xilanh 28

2.2.13 Phễu cấp phôi kiểu rung động 31

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 33

3.1 Yêu cầu thiết bị 33

3.2 Tính toán và thiết kế cơ cấu cơ khí của hệ thống 34

3.2.2 Phễu rung cấp nắp đỏ 37

3.2.3 Mâm xoay 40

3.2.4 Cơ cấu đẩy nắp đỏ 44

3.2.5 Cơ cấu đóng nắp 47

3.2.6 Cơ cấu siết nắp 49

3.2.7 Cảm biến quang 54

3.2.8 Cảm biến tiệm cận 56

3.2.9 Van điện khí nén 58

3.2.10 Rơ le trung gian 58

3.2.11 Bộ nguồn 24V 59

3.2.12 Nút nhấn, đèn báo 60

3.2.13 Áp tô mát 61

3.2.14 Màn hình hiển thị EVIEW ET070 61

3.2.15 Biến tần 64

3.2.16 Bộ lập trình MISUBISHI FX1S – 30MR 67

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 77

4.4 Nguyên lý hoạt động 81

4.5 Xác định đầu vào, ra 82

4.6 Chương trình chính 85

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ 95

5.1 Kết quả đạt được 95

5.2 Hạn chế 95

5.3 Hướng phát triển 96

Hình 1 2: Cơ cấu siết nắp trong sản xuất 3

Hình 1 3: Công nhân trong dây chuyền lắp ghép nắp 3

Hình 2 1: Cảm biến quang phản xạ khuếch tán 10

Hình 2 2: Cấu tạo của cảm biến tiệm cận 11

Hình 2 3: Cảm biến tiệm cận AUTONICS PR12 - 4DN 12

Hình 2 4: Sơ đồ hoạt động và cấu tạo van điện từ khí nén 5/2 13

Hình 2 5: Rơ le trung gian 8 chân 15

Hình 2 6: Rơ le trung gian OMRON LY2N 15

Hình 2 7: Bộ nguồn tổ ong 24V 2A 16

Hình 2 8: Nút nhấn 16

Hình 2 9 : Nút nhấn khẩn cấp 17

Hình 2 10: Cấu tạo aptomat 17

Hình 2 11: Màn hình HMI 20

Hình 2 12: Nguyên lý hoạt động biến tần 21

Hình 2 13: Cấu trúc cơ bản của hệ thống PLC 24

Hình 2 14: Sơ đồ hoạt động của PLC 25

Hình 2 15: Cấu tạo của động cơ bước 27

Hình 2 16: Xilanh tác dụng kép 29

Hình 2 17: Xilanh giảm chấn, đệm từ trường 31

Hình 3 1: Máy đóng nắp chai bản thiết kế 35

Hình 3 2: Phễu rung cấp nắp vàng 36

Hình 3.3: Chi tiết cơ khí bowl nắp vàng 36

Hình 3 4: Cấu tạo bên trong đế rung 37

Hình 3 5: Kích thước bowl phễu rung 38

Hình 3 6: Chi tiết các phần cơ khí trên phễu 39

Hình 3 10: Mâm xoay và đế mâm 41

Hình 3 11: Vị trí trong mâm xoay 42

Hình 3 12: Động cơ giảm tốc gắn hộp số bước 43

Hình 3 13: Cơ cấu đẩy nắp đỏ bản thiết kế 44

Hình 3 14: Cơ cấu đẩy nắp đỏ sau khi cải tiến cơ khí 45

Hình 3 15: Xi lanh Airtac TN10X20-S 46

Hình 3 16: Cơ cấu đóng nắp bản thiết kế 47

Hình 3 17: Cơ cấu đóng nắp 48

Hình 3 18: Cơ cấu siết nắp bản thiết kế 49

Hình 3 19: Cơ cấu siết nắp 51

Hình 3 20: Động cơ giảm tốc Oriental 4IK25GN- SYN 52

Hình 3 21:Xi lanh vuông Airtac SC32X25 53

Hình 3 22: Vị trí đặt xi lanh chặn dưới 53

Hình 3 23: Cảm biến quang OMRON E3Z - LS61 54

Hình 3 24: Cảm biến sợi quang AUTONICS BF4R 55

Hình 3 25: Vị trí đặt cảm biến quang phát hiện nắp vàng và đỏ 56

Hình 3 26: Cảm biến tiệm cận AUTONICS PR12 - 4DN 56

Hình 3 27: Đầu kim loại để cảm biến phát hiện 57

Hình 3 28: Vị trí đặt cảm biến trên máy đóng nắp 57

Hình 3 29: Van điện từ khí nén AirTAC 4V110 - 06 58

Hình 3 30: Rơ le trung gian OMRON LY2N 59

Hình 3 31: Bộ nguồn tổ ong 24V 2A 59

Hình 3 32: Nút Nhấn 60

Hình 3 33: Đèn báo nguồn 60

Hình 3 34: Nút nhấn khẩn cấp 61

Hình 3 36: Màn hình HMI Eview ET070 62

Hình 3 37: Màn hình chính thao tác tự động 63

Hình 3 38: Màn hình phụ 63

H ình 2 39: Màn hình thao tác chạy tay 63

Hình 3 40: Sơ đồ mạch điện của biến tần 65

Hình 3 41: Biến tần Misubishi FR - E520 65

Hình 3 42: Sơ đồ đấu dây điều khiển biến tần 66

Hình 3 43: Quy trình cài đặt biến tần FR - E520 67

Hình 3 44: PLC MITSUBISHI FX1S- 30MR 68

Hình 3 45: Kí hiệu tên PLC 70

Hình 3 46: Kí hiệu tên PLC 71

Hình 3 47: Mặt chính PLC FX1S 72

Hình 3 48: Tiêu chuẩn quốc tế/ nhật bản 73

Hình 3 49: Kiểu đấu Source 73

Hình 3 50: Kiểu đấu Sink 74

Hình 3 51: Dạng Relay 75

Hình 3 52: Dạng transistor 76

Hình 4 1: Sơ đồ mạch động lực 77

Hình 4 2: Sơ đồ mạch điều khiển 78

Hình 4 3: Sơ đồ đấu dây bảng điều khiển 78

Hình 4 4: Tủ điện sau khi hoàn thiện 79

Hình 4 5: : Nguyên lý làm việc của hệ thống 80

Hình 4 6: Lưu đồ thuật toán máy đóng nắp 81

Hình 4 7: Giao diện phần mềm GX Work 2 85

Hình 4 8: Hợp đồng chuyển giao cho cty 97

Hình 4 9: Hợp đồng chuyển giao cho cty 98

Hình 4 10: Hợp đồng chuyển giao cho cty 99

Bảng 4 1: Tín hiệu đầu vào PLC 82

Bảng 4 2: Tín hiệu đầu ra PLC 83

Bảng 4 3: Bit nhớ sử dụng trong chương trình 83

- Dây chuyền sản xuất tự động hóa có thể được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau như: Công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp chế tạo ô tô,… Đặc biệt là trong sản xuất và đóng nắp chai , nhiều quốc gia có nhà máy sản xuất, đóng nắp chai đồ uống rất lớn Hệ thống chiết rót và đóng nắp tự động là thành phần quan trọng trong dây chuyền súc rửa, chiết rót và đóng nắp phục vụ cho các ngành đóng gói công nghiệp

- Năm 1990 với sự phát triển mạnh mẽ của nước uống đóng chai và thực phẩm ,

hệ thống chiết rót đóng nắp tự động được chú trọng nghiên cứu và phát triển

Tại Việt Nam

- Ngành sản xuất thực phẩm và đồ uống đóng chai đang có tốc độ tăng trưởng cao, giàu tiềm năng phát triển dẫn để nhu cầu tiêu thụ đang lớn hơn sản lượng sản xuất Các công ty tự động hoá xuất hiện với nhiều quy mô khác nhau để giúp tăng năng suất và sản lượng cho sản phẩm như các công ty chiếc rót và đóng nắp tự động

- Trong thực tế, các hóa chất sản phẩm về dạng dung dịch lỏng thường được bảo

quản trong các chai lọ bởi những ưu điểm riêng biệt như an toàn, có khả năng lưu trữ lâu, sản phẩm được bảo toàn nguyên vẹn so với ban đầu không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài so với nhiều loại sản phẩm bảo quản khác như túi nilong,….Mà đối tượng em muốn nói trình này trong đồ án này là tương ớt

- Trên thị trường, một dây chuyền sản xuất tương ớt tự động bao gồm có: thiết bị chiết rót, thiết bị đóng gói, thiết bị in tem nhãn, hạn sử dụng và kiểm tra dị vật trước khi xuất ra thị trường

- Tuy nhiên với sự đa dạng và sự tiện lợi trong việc sử dụng của người dùng thì những mẫu sản phẩm chai tương ớt trên thị trường có nhiều mẫu mã và chủng loại khác nhau như: kích thước chai, nắp chai….Yêu cầu thêm những công nghệ tự động hóa mới trong dây chuyền

Hình 1 1: Những chai tương ớt trên thị trường

- Trên thực tế, riêng nói đến mặt hàng tương ớt thì việc sử dụng nắp chai dạng xịt được sử dụng rất nhiều bởi tính tiện lợi ưu việt của nó Chính vì thế những chai tương ớt nắp chai dạng xịt được phổ biến rộng rãi ở khắp mọi nơi

- Khác với nắp chai thường thấy chỉ dưới dạng vặn, thì nắp chai dạng xịt cơ cấu phức tạp hơn với 2 cơ cấu gắn với nhau để vừa có thể xịt ra và vừa đóng lại So với nắp vặn thông thường, nắp chai dạng xịt đảm bảo vệ sinh và tiện lợi hơn rất nhiều, đặc biệt phù hợp với các dung dịch đặc điển hình như tương ớt

- Trong các nhà máy sản xuất tương ớt hiện nay để có thể gắn hai chi tiết để hoàn thiện nắp dạng xịt thường có hai băng chuyền, một để công nhân đặt 2 cơ cấu nắp lại với nhau hai là để xuất nắp ra sau khi đóng Xen giữa 2 băng là cơ cấu máy làm nhiệm vụ siết nắp

- Để đạt được năng suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm thì cần ít nhất 3 người vận hành, hai người làm công việc đặt 2 cơ cấu lại với nhau, một người ngồi ở băng nắp sau khi siết để kiểm tra lỗi

Tại Công ty cổ phần kỹ nghệ Đô Thành

- Như ta thấy ở hình 1.2 và 1.3 dây chuyền sản xuất cũ chiếm rất nhiều không gian

và công nhân tham gia sản suất Đặc biệt dây chuyền không có các thiết bị bảo vệ như vậy dễ dẫn đến tai nạn lao động chưa kể đến việc năng suất không đạt

- Do đó chúng em đã quyết định để cùng phát triển, tính toán và thiết kế, hiệu quả của nghiên cứu nên em đã quyết định thực hiện hệ thống lắp ghép nắp tự động của chai tương ớt phiên bản nâng cao hơn dựa trên yêu cầu của khách hàng mà công ty em đang nhận thiết kế và chế tạo

Hình 1 2: Cơ cấu siết nắp trong sản xuất

Hình 1 3: Công nhân trong dây chuyền lắp ghép nắp

1.2 Chức năng của hệ thống

- Toàn bộ hệ thống là một dây chuyền để hoàn thành các công đoạn ra thành phẩm Các khâu trong dây chuyền được tự động hóa cao, con người chỉ tác động vào vận hành, đầu vào và đầu ra Kết quả mang lại những ưu điểm:

- Nâng cao năng suất lao động, giảm giá thành: Tổng sản phẩm đầu ra đạt năng suất cao hơn so với hoạt động bằng tay tương ứng Hệ thống đóng nắp có thể đóng hàng nghìn nắp mỗi giờ

- Giảm số lượng và chi phí nhân công: Hệ chống đóng nắp đã hoạt động một cách tự động dẫn đến công việc ít hơn và đơn giản hơn cho phép cần ít công nhân hơn

- Sự an toàn: Bằng việc tự động hóa các hoạt động và chuyển người vận hành máy từ vị trí tham gia tích cực sang vai trò đốc công, công việc trở nên an toàn hơn

- Nâng cao chất lượng sản phẩm: Hệ thống đóng nắp không những sản xuất với tốc độ nhanh hơn thủ công, mà còn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chính xác đối với các yêu cầu khắt khe của sản phẩm

- Tuy nhiên hệ thống đóng nắp cần bỏ một khoản chi phí đầu tư hơi cao ban đầu : việc chuyển từ sử dụng nhân công con người sang dây chuyền sản xuất tự động đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu rất cao Ngoài ra, củng cần có chi phí cho việc đào tạo nhân công vận hành các loại thiết bị, máy móc hiện đại và phức tạp

1.3 Đặt Vấn Đề

- Mục Tiêu

+ Diện tích phải nhỏ hơn so với máy ban đầu

+ Số lượng công nhân không quá 2 người

+ Năng suất phải đạt trên 3000 nắp mỗi giờ

+ Sản phẩm lỗi không vượt quá 2%

- Giải quyết vấn đề: Để có thể giải quyết các vấn được đặt ra, đề ta cần xác định được nguyên lý vận hành của hệ thống và chi tiết cần thiết kế Sau đó, xây dựng

sơ đồ khối để xác định cơ chế vận hành cho từng khối Từ đó thiết kế chi tiết cho từng khối

- Cách thức thực hiện: Đối với đề tài “ Chế tạo hệ thống lắp ghép nắp chai tự động

” để có thể thực hiện được đề tài cần phải nắm được những kiến thức về cơ khí, điện tử và lập trình PLC Tìm hiểu thêm các tài liệu liên quan đến đề tài thông qua sách, báo, mạng… để củng cố thêm kiến thức Đồng thời cần xây dựng mô hình phần cứng của hệ thống để làm cơ sở cho đề tài Mô hình hệ thống gồm 2 phần, phần cứng và phần mềm Vì vậy, cần 2 loại giải pháp phần cứng và phần mềm Giải pháp phần cứng: Hệ thống bao gồm các cơ chế cấp liệu, đẩy nắp, dập nắp

và siết nắp

- Cấp liệu dùng phễu rung để đưa vật liệu đến mâm xoay của hệ thống

- Đẩy nắp dùng cơ cấu xi lanh giữ và đẩy nắp

- Dập nắp cũng dùng xi lanh gắn thêm vật liệu cứng để dập nắp

- Siết nắp theo kiểu vặn, dùng động cơ xoay

Giải quyết phần mềm: Xây dựng lưu đồ giải thuật chương trình cho hệ thống, dùng chương trình để lập trình điều khiển cho PLC Mitsubishi theo kiểu LADDER

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Nghiên cứu tổng quan

- Qua sách, báo, giáo trình, internet,…chọn lọc các thông tin kiến thức tổng quan

về các hệ thống tự động

- Kết hợp giữa nghiên cứu, thiết kế và tính toán lý thuyết và thực nghiệm để lựa chọn kết cấu phù hợp

- Thiết kế trên máy tính và mô phỏng hoạt động của hệ thống

- Tham khảo các cơ cấu đã có sẵn trên thế giới hoặc của các công ty khác

- Dùng phần mềm tính toán hệ thống

- Tiến hành phân tích, lựa chọn, xác định nguyên lý cấu tạo thiết bị và nghiên cứu sẵn làm cơ sở xác định hướng nghiên cứu

1.4.2 Nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu các kết quả về máy, dây chuyền lắp ráp và đo lực của các tác giả trong và ngoài nước thông qua sách, giáo trình và các bài báo, một số thiết bị và các cụm máy đã được ứng dụng Bên cạnh đó, cũng kế thừa có chọn lọc với các kết quả nghiên cứu của tác giả trong và ngoài nước về tự động, các công trình khoa học và ứng dụng đã được công bố

- Sử dụng phần mềm Solidworks để mô phỏng phân tích lựa chọn ra các thiết bị

và cơ cấu phù hợp

- Sử dụng phần mềm Festo Fluidsim để mô phỏng hoạt động của các xi lanh khi kết hợp lập trình PLC

- Thiết kế tủ điện, tủ điều khiển qua phần mềm AuToCad

- Tìm hiểu về công nghệ, thiết bị và những kinh nghiệm chuyên môn, tiếp thu có chọn lọc những ưu khuyết điểm làm cơ sở cho quá trình nghiên cứu nhằm tiết kiệm thời gian, chi phí nghiên cứu và đem lại hiệu quả nhất

- Tham khảo các cơ cấu máy có trong nước để học theo Từ đó chế tạo ra một cơ cấu khác đáp ứng được cho máy của mình Có nhiều chức năng hơn nhưng sẽ gọn hơn cũng như đem lại tính ổn định cao nhất cho máy khi hoạt động ở cường độ cao cũng như yêu cầu độ chính xác cao

1.5 Dự kiến kết quả đạt được

- Hoàn thành xây dựng, thiết kế, lắp ráp các cơ cấu cơ khí và tủ điện

- Viết chương trình điều khiển cho PLC và đưa vào vận hành hệ thống

- Tính toán và chọn được động cơ và xi lanh phù hợp

- Hiểu được nguyên lý hoạt động và đối tượng áp dụng của cảm biến, xi lanh trong thực tế

- Nâng cao khả năng thiết kết trên Solidwork

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sơ lược về Tự Động Hoá

2.1.1 Khái niệm

- Là dùng các loại năng lượng phi sinh vật (cơ, điện, điện tử …) để thực hiện một phần hay toàn bộ quá trình công nghệ mà trong đó sự can thiệp của con người không còn quá nhiều nữa Tự động hoá là một quá trình liên quan tới việc áp dụng các hệ thống cơ khí, điện tử, máy tính để hoạt động, điều khiển sản xuất Công nghệ này bao gồm:

+ Những công cụ máy móc tự động

+ Máy lắp ghép tự động

+ Người Máy công nghiệp

+ Hệ thống vận chuyển và điều khiển vật liệu tự động

+ Điều khiển có hồi tiếp và điều khiển quá trình bằng máy tính

- Hệ thống máy tính cho việc thảo kế hoạch, thu nhập dữ liệu và ra quyết định

- Trên thực tế, các lệnh được lập trình được chứa trong máy ở dạng cam, bánh răng, hệ thống dây điện và các phần cứng khác không thể dễ dàng thay đổi từ kiểu sản phẩm này sang kiểu sản phẩm khác Hình thức sản xuất tự động hóa này có đặc điểm là đầu tư ban đầu cao và tỷ lệ sản xuất cao

- Do đó, hình thức tự động hóa cố định này phù hợp với các sản phẩm được sản xuất với khối lượng lớn, sản xuất hàng loạt theo lô loạt Sản phẩm tiêu chuẩn và không thay đổi về thiết kế, công năng từ năm này qua năm khác Lô hàng này qua lô hàng khác

Tự động hóa có thể lập trình

- Đây là một hình thức tự động hóa phổ biến để sản xuất sản phẩm theo lô Các sản phẩm được làm với số lượng hàng loạt từ vài chục đến vài nghìn chiếc cùng một lúc Đối với mỗi lô mới, thiết bị sản xuất phải được lập trình lại và thay đổi để phù hợp với kiểu dáng sản phẩm mới

- Việc lập trình lại và chuyển đổi này cần thời gian để hoàn thành và có một khoảng thời gian không hiệu quả, sau đó là quá trình chạy sản xuất cho mỗi

lô mới Tốc độ sản xuất trong tự động hóa lập trình thường thấp hơn so với tự động hóa cố định, bởi vì thiết bị được thiết kế để tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi sản phẩm hơn là chuyên môn hóa sản phẩm

- Một số máy công cụ điều khiển số(máy NC, CNC) là một ví dụ điển hình về

tự động hóa có thể lập trình được Chương trình được mã hóa trong bộ nhớ máy tính cho từng kiểu sản phẩm khác nhau và máy công cụ được điều khiển bởi chương trình máy tính

Tự động hóa có thể lập trình

- Đây là một hình thức tự động hóa phổ biến để sản xuất sản phẩm theo lô Các sản phẩm được làm với số lượng hàng loạt từ vài chục đến vài nghìn chiếc cùng một lúc Đối với mỗi lô mới, thiết bị sản xuất phải được lập trình lại và thay đổi để phù hợp với kiểu dáng sản phẩm mới

- Việc lập trình lại và chuyển đổi này cần thời gian để hoàn thành và có một khoảng thời gian không hiệu quả, sau đó là quá trình chạy sản xuất cho mỗi

lô mới Tốc độ sản xuất trong tự động hóa lập trình thường thấp hơn so với tự động hóa cố định, bởi vì thiết bị được thiết kế để tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi sản phẩm hơn là chuyên môn hóa sản phẩm

- Một số máy công cụ điều khiển số(máy NC, CNC) là một ví dụ điển hình về

tự động hóa có thể lập trình được Chương trình được mã hóa trong bộ nhớ

máy tính cho từng kiểu sản phẩm khác nhau và máy công cụ được điều khiển bởi chương trình máy tính

2.1.3 Ưu và nhược điểm của tự động hoá

Ưu điểm của hệ thống tự động hóa:

- Tự động hóa nâng cao năng suất, sản lượng sản phẩm Sản phẩm được tạo ra

có độ chính xác cao, độ đồng đều về chất lượng, giảm tỷ lệ lỗi hỏng

- Giải pháp giảm chi phí nhân công, nhân lực lao động cho hệ thống sản xuất

- Ứng dụng hệ thống tự động hóa kéo theo đó là giảm giá thành, tăng hiệu quả kinh doanh, cạnh tranh

Nhược điểm của hệ thống tự động hóa:

- Hệ thống máy móc hư hỏng ở một bộ phận sẽ ảnh hưởng đến toàn hệ thống

Do vậy, yêu cầu doanh nghiệp đơn vị cần giám sát, bảo dưỡng định kỳ, đảm bảo trạng thái tốt nhất của máy móc

- Hệ thống tự động hóa được điều khiển bằng phần mềm, máy tính dễ bị xâm nhập, tấn công làm nhiễu và gián đoạn sản xuất

- Chi phí đầu tư ban đầu cao, không phải doanh nghiệp nào cũng đầu tư trọn vẹn được

- Tự động hóa sẽ đi đôi với việc giảm sử dụng nhân lực, người lao động sẽ mất việc và cần chuyên môn cao hơn

2.2 Tổng quan lý thuyết

2.2.1 Cảm biến quang

- Tại khâu đẩy nắp đỏ để chồng lên nắp vàng em dùng cảm biến vị trí để xác định

vị trí của sản phẩm Khi gặp sản phẩm cảm biến sẽ có tín hiệu báo về bộ điều khiển

để ra lệnh điều khiển Để xác định vị trí và dịch chuyển của sản phẩm, dùng loại cảm biến quang điện Cảm biến quang phát ra một tia sáng, khi có vật cản tia sáng này thì cảm biến phát ra tín hiệu để báo về trung tâm điều khiển

- Cấu tạo của cảm biến quang có 3 bộ phận chính:

+ Bộ phát ánh sáng : Có nhiệm vụ phát ra ánh sáng dạng xung (tần số) Tần số ánh sáng này sẽ được hãng sản xuất thiết kế đặc biệt để bộ thu ánh sáng có thể

phân biệt được ánh sáng từ cảm biến và ánh sáng từ nguồn khác bên ngoài như : ánh sáng tự nhiên (ban ngày), bóng đèn,…

+ Bộ thu ánh sáng : Có nhiệm vụ tiếp nhận ánh sáng từ bộ phát sáng, nó được gọi

là phototransistor (tranzito quang)

+ Mạch xử lý tín hiệu điện : Khi tiếp nhận tín hiệu từ bộ thu ánh sáng Mạch điện

tử sẽ chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu ON OFF được khuếch đại Tín hiệu ngõ ra thường dùng nhất là NPN

- Có nhiều loại cảm biến quang như: Cảm biến quang phản xạ gương, cảm biến quang thu phát, cảm biến quang phản xạ khuếch tán, cảm biến quang phát hiện

màu,…Vì dùng cảm biến để phát hiện nắp nên sử dụng cảm biến quang phản xạ khuếch tán

Hình 2 1: Cảm biến quang phản xạ khuếch tán

Cảm biến quang phản xạ khuếch tán là loại cảm biến có bộ thu và phát chung

- Nguyên lý hoạt động:

+ Khi có vật cản : Cảm biến phát ánh sáng ra liên tục từ bộ phát Khi gặp vật cản ánh sáng bị phản xạ lại về vị trí thu trên cảm biến

+ Khi không có vật cản: Khi không có vật cản đi vào thì ánh sáng sẽ không phản

xạ về vị trí thu được hoặc bề mặt vật không phản xạ ánh sáng về phía vị trí thu

Trong máy đóng nắp, sử dụng hai cảm biến quang cho nắp vàng và nắp đỏ + Cảm biến quang dùng để phát hiện nắp vàng là cảm biến quang OMRON E3Z – LS61

2.2.2 Cảm biến tiệm cận

- Cảm biến tiệm cận chính là loại cảm biến giúp phát hiện những vật thể mà không cần phải tiếp xúc Nó giúp chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc là sự xuất hiện của các vật thể để chuyển thành tín hiệu

- Có 3 hệ thống phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này: hệ thống sử dụng dòng điện xoáy được phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ,

hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống

sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ

- Cảm biến tiệm cận được cấu thành lên bởi 4 khối chính, bao gồm:

+ Cuộn dây và lõi ferit

+ Mạch dao động

+ Mạch phát hiện

+ Mạch đầu ra

Hình 2 2: Cấu tạo của cảm biến tiệm cận

➢ Nguyên lý hoạt động: Cảm biến tiệm cận sẽ hoạt động theo nguyên lý trường điện từ, một chùm bức xạ hoặc một loại ánh sáng (ví dụ ánh sáng hồng ngoại) phát

ra xung quanh cảm biến với khoảng cách tối đa 30mm và gặp vật thể thì nó sẽ phát tín hiệu truyền về bộ xử lý Khi vật nằm trong vùng phát ra điện trường của cảm biến thì cảm biến sẽ sinh ra dòng điện xoáy (tức dòng điện cảm ứng) trong vật thể

bằng kim loại này Dòng điện xoay sẽ sinh ra hiện tượng tiêu hao năng lượng (do điện trở của kim loại) làm ảnh hưởng đến biên độ sóng dao động và đến một giá trị nào đó tín hiệu này sẽ được cảm biến phát hiện

- Lúc này mạch phát hiện của cảm biến sẽ phát hiện ra sự thay đổi của tín hiệu

và đồng thời sẽ tác động để mạch cho ra mức ON Khi đối tượng là vật thể kim loại rời khỏi vùng phát sóng của cảm biến, lúc này không còn xuất hiện dòng điện xoáy và biên độ dao động của giảm dần hoặc trở về không Cảm biến sẽ quay trở lại trạng thái ban đầu

- Cảm biến tiệm cận được chia thành 2 loại sau: Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng

từ (điện cảm) và cảm biến tiệm cận loại điện dung Vì mục đích sử dụng cảm biến tiệm cận cho việc phát hiện kim loại nên em lựa chọn cảm biến loại điện cảm

- Cảm biến tiệm cận điện cảm chỉ có khả năng phát hiện các vật bằng kim loại nhưng có những ưu điểm như: Ít bị nhiễu bởi kim loại xung quanh, hoạt động tốt trong môi trường bụi bặm khắc nghiệt và giá thành rẻ

Hình 2 3: Cảm biến tiệm cận AUTONICS PR12 - 4DN

2.2.3 Van điện khí nén

Van điện từ khí nén là một thiết bị điều khiển của hệ thống khí nén, chúng được dùng để điều khiển các chuyển động của thiết bị cũng như điều khiển áp lực

và lưu lượng cung cấp cho cơ cấu chấp hành

Để sử dụng cho việc điều khiển các xi lanh ở các cơ cấu của máy đóng nắp

em đã lựa chọn van điện từ khí nén 5/2 Nó có tác dụng đóng ngắt dòng khí, điều

chỉnh hướng đi của dòng khí nhằm đảm bảo an toàn cho hệ thống máy nén khí, chỉnh hướng khí kịp thời cung cấp cho điều áp, xi lanh Đồng thời nó điều chỉnh lưu lượng và lực dòng khí, từ đó điều khiển tốc độ làm việc của xi lanh theo đúng yêu cầu của hệ thống,

Cấu tạo:

Cấu tạo van gồm những thiết bị sau:

Hình 2 4: Sơ đồ hoạt động và cấu tạo van điện từ khí nén 5/2

Thân van: Thân van điện từ 5/2 được chế tạo từ Aluminum (Nhôm) Việc

sử dụng nhôm để chế tạo sẽ giúp van có trọng lượng nhẹ nhưng vẫn đảm bảo chắc chắn khi hoạt động

+ Nòng van: Hay còn gọi là thanh trượt Bộ phận thanh trượt này sẽ thực hiện di chuyển qua lại vị trí giúp điều khiển hướng của dòng khí

+ Cổng vào: Vị trí khí đi vào trong thiết bị

+ Cổng ra: Là nơi dẫn dòng khí nén ra khỏi van Với van điện từ máy nén khí 5/2 thì có 2 cổng ra được kết nối van với hai đầu của xi lanh khí nén

+ Cổng xả: Đây là vị trí xả khí từ bên trong van ra môi trường bên ngoài

2 vị trí: Chỉ điều khiển được xi lanh đi 2 vị trí đó là vị trí đi hết hành trình và vị trí

về hết hành trình

➢ Nguyên lý hoạt động:

Chúng ta sẽ đưa áp suất từ máy nén khí vào cổng P, cổng P đưa áp suất phân phối đến cổng A và B Hai cổng này kết nối đến 2 cổng của xi lanh, áp suất từ 2 cổng đưa vào xi lanh giúp xi lanh hoạt động Một cổng sẽ kích hoạt xi lanh thụt

ra, cổng còn lại sẽ kích hoạt xi lanh rút về Hai cổng còn lại là hai cổng xả kí hiệu

là R và S, áp suất trong xi lanh được xả ra ngoài thông qua 2 cổng này, đối với 2 cổng này chúng ta phải lắp giảm thanh để chống bụi làm hỏng chiếc van

➢ Ưu điểm:

+ Có khả năng truyền năng lượng đi xa

+ Hoạt động chính xác

+ Lắp đặt dễ dàng sửa chữa bảo dưỡng

+ Thiết kế nhỏ gọn nhưng đảm bảo độ bền cao, chắc chắn khi sử dụng

+ Sử dụng nguồn điện đa dạng từ 24V-220V-380V

➢ Nhược điểm:

+ Thiết bị vẫn có thể xảy ra hiện tượng cháy đường dây cấp do từ trường sinh ra + Dùng chế độ cảm ứng từ nên bộ phận thay thế sửa chữa ít

2.2.4 Rơ le trung gian

Trong máy đóng nắp em sử dụng rơ le trung gian để đấu tới các thiết bị đầu

ra, rơ le trung gian làm nhiệm vụ bảo vệ an toàn và duy trì hoạt động cho các thiết

bị

Rơ le trung gian là một kiểu nam châm điện có tích hợp thêm hệ thống tiếp điểm Rơle trung gian còn gọi là rơ le kiếng là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện Gọi là một công tắc vì rơ le có hai trạng thái ON và OFF Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không

➢ Cấu tạo của rơ le trung gian:

Thiết bị nam châm điện này có thiết kế gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây Cuộn dây bên trong có thể là cuộn cường độ, cuộn điện áp, hoặc cả cuộn điện áp và cuộn cường độ Lõi thép động được găng bởi lò xo cùng định vị bằng một vít điều chỉnh Cơ chế tiếp điểm bao gồm tiếp điểm nghịch và tiếp điểm nghịch

➢ Nguyên lý hoạt động:

Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường hút Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái

của rơ le Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế

Rơ le có 2 mạch độc lập nhau họạt động Một mạch là để điều khiển cuộn dây của

rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không, hay có nghĩa là điều khiển rơ le ở trạng thái ON hay OFF Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát có qua được rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF của rơ le

Công dụng của rơ le trung gian là làm nhiệm vụ trung gian chuyển tiếp mạch điện cho một thiết bị khác Sử dụng rơ le trung gian điều khiển van điện từ, động

cơ mâm xoay, động cơ siết nắp và phễu rung

Hình 2 5: Rơ le trung gian 8 chân

Trên thị trường có nhiều loại rơ le trung gian như: rơ le trung gian 12V, rơ le trung gian 8 chân, rơ le trung gian 14 chân,… Vì chỉ cần sử dụng 1 tiếp điểm cho mỗi thiết bị nên em lựa chọn rơ le trung gian 8 chân 24VDC của OMRON mode LY2N

Hình 2 6: Rơ le trung gian OMRON LY2N

trong các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tranh trường hợp dòng ảnh hưởng tới mạch, sụt áp

có thể phù hợp với ngón tay hoặc bàn tay để sử dụng dễ dàng Tất cả phụ thuộc vào thiết kế cá nhân

Nút nhấn được thiết kế và sản xuất theo tiêu chuẩn cao, có kiểu dáng đẹp, kết cấu chất lượng, chắc chắn, dễ dàng lắp đặt và thay thế

Hình 2 8: Nút nhấn

Nút nhấn khẩn cấp là loại nút nhấn được sử dụng dừng máy trong các trường hợp khẩn cấp, nhờ thiết kế đầu nút lớn, trong trường hợp khẩn cấp có thể tác động

dễ dàng, khi bị tác động thì nút khẩn cấp duy trì trạng thái, muốn trở lại ban đầu thì phải xoay nút nhấn

Hình 2 9 : Nút nhấn khẩn cấp

2.2.7 Áp tô mát

Aptomat hay còn gọi là áp tô mát và là cầu dao tự động dùng để đóng ngắt

thiết bị điện, trong tiếng anh còn có tên gọi viết tắt là CB (Circuit Breaker)

Có một số dòng Aptomat có thêm chức năng bảo vệ chống rò rỉ điện nên có khả năng chống giật Ngoài ra áp tô mát còn có tên gọi khác nữa là Át

➢ Cấu tạo aptomat:

Aptomat có cấu tạo gồm các bộ phận chính như: Tiếp điểm, hồ quang dập tắt,

bộ phận truyền động, móc bảo vệ…

Hình 2 10: Cấu tạo aptomat

2.2.8 HMI

➢ Khái Niệm: HMI là từ viết tắt của Human – Machine – Interface, nghĩa là thiết

bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc thiết bị Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao tiếp” với một máy móc qua 1 màn hình giao diện đều được gọi là HMI Màn hình HMI hiện nay đã quá quen thuộc với con người Đặc biệt trong ngành công nghiệp Nó đóng vai trò vô cùng quan trọng trong phần giao tiếp giữa người và máy

➢ Cấu tạo của HMI

- Phần cứng HMI bao gồm thân vỏ, khung, các thiết bị vi mạch điện tử… Những chi tiết phần cứng cụ thể và chức năng của chúng bao gồm:

+ Màn hình: Có chức năng cảm ứng để người vận hành có thể chạm tay vào để điều khiển các thao tác trên đó như 1 điện thoại Smartphone hiện đại mà chúng

ta hay dùng hàng ngày Ngoài ra màn hình còn dùng để hiển thị các trạng thái cũng như các tín hiệu hoạt động của máy và thiết bị tùy thuộc vào nhu cầu người dung và do người lập trình Cod lên

• Chip: chính là CPU của màn hình

- Phần mềm của HMI bao gồm:

+ Các hàm và lệnh

+ Phần mềm phát triển

+ Các công cụ xây dựng HMI

+ Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối

+ Các công cụ mô phỏng

- Truyền thông của HMI bao gồm:

+ Các giao thức truyền thông: Modbus, CANbus, PPI, MPI, PROFIBUS… + Các cổng truyền thông: RS232, RS485, Ethernet, USB…

➢ Trình tự xây dựng hệ thống HMI

- Lựa chọn phần cứng

+ Lựa chọn kích cỡ màn hình: trên cơ sở số lượng thông số/thông tin cảm biến hiển thị đồng thời nhu cầu về đồ thị, đồ họa (lưu trình công nghệ…)

+ Lựa chọn số phím cứng, số phím cảm ứng tối đa cùng sử dụng cùng lúc + Lựa chọn các cổng mở rộng nếu có nhu cầu in ấn, đọc mã vạch, kết nối các thiết bị ngoại vi khác

+ Lựa chọn dung lượng bộ nhớ: theo số lượng thông số cần thu thập số liệu, lưu trữ dữ liệu, số lượng trang màn hình cần hiển thị

- Xây dựng giao diện

+ Cấu hình phần cứng: chọn phần cứng, chuẩn giao thức…

+ Xây dựng các màn hình

+ Gán các biến số (tag) cho các đối tượng

+ Sử dụng các đối tượng đặc biệt

+ Viết các chương trình script (tùy chọn)

+ Mô phỏng và gỡ rối chương trình

+ Nạp thiết bị xuống HMI

➢ Ứng dụng

- Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ ở tất cả các lĩnh vực

và tất các khu vực trên thế giới HMI là một thiết bị không thể thiếu góp phần đẩy nhanh quá trình tự động hóa các công đoạn cũng như các quy trình sản xuất phức tạp và khó đòi hỏi độ chính xác cao Vì vậy HMI được ứng dụng ở hầu hết các công đoạn sản xuất trong các lĩnh vực Ví dụ như dầu khí, điện tử, sản xuất thép, dệt may, ngành điện, ngành nước, ô tô, xe máy…

Hình 2 11: Màn hình HMI

2.2.9 Biến tần

Biến tần có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nhưng biến tần đạt được hiệu quả cao nhất trong ứng dụng điều khiển vô cấp tốc độ động cơ để đáp ứng các yêu cầu về công nghệ Tùy vào việc ứng dụng biến tần trong những lĩnh vực điều khiển khác nhau mà hiệu quả của nó mang lại cho người ứng dụng thể hiện ở các mặt khác nhau Như trong giải pháp thì nó dùng điều khiển vô cấp phễu rung

Nguyên lý làm việc của bộ biến tần khá đơn giản Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều một pha hay ba pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn một chiều Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cos(φ) của hệ biến tần có giá trị không phụ thuộc vào tải và bằng ít nhất

là 0.96 Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chỉnh độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến bộ công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn công suất hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ

Hình 2 12: Nguyên lý hoạt động biến tần

- Cấu trúc của bộ biến tần bán dẫn: Bộ biến tần là thiết bị biến đổi nguồn điện

từ tần số cố định (thường 50Hz) sang nguồn điện có tần số thay đổi cung cấp

cho động cơ xoay chiều

- Điện áp xoay chiều tần số cố định (50Hz) được chỉnh lưu thành nguồn một

chiều nhờ bộ chỉnh lưu (CL), (có thể là không điều khiển hoặc bộ chỉnh lưu

điều khiển), sau đó qua bộ lọc và bộ nghịch lưu (NL) sẽ biến đổi thành nguồn

điện áp xoay chiều ba pha có tần số biến đổi cung cấp cho động cơ

- Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ cài đặt mong muốn.Có khả

năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hở không đổi trong

vùng điều chỉnh momen không đổi

- Có khả năng cung cấp dòng điện định mức ở mọi tần số

Ưu điểm của biến tần

- Cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống

điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều

- Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần có kết cấu đơn giản, làm

việc được trong nhiều môi trường khác nhau

- Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng

- Có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau

- Các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc (dệt, băng tải )

- Các thiết bị đơn lẻ yêu cầu tốc độ làm việc cao (máy li tâm, máy mài )

- Các đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn:

+ Dãy tần số từ 0.1 đến 400Hz

+ Xử lý tín hiệu -10 ~ 10VDC, 0 ~10VDC , 4 ~ 110mA

+ Cổng giao tiếp RS - 485

+ Thời gian tăng – giảm tốc: 0.1 giây đến 3600 giây

+ Phanh hãm DC: Tần số hoạt động 0 ~ 400Hz, thời gian khởi động từ 0- 25 giây, thời gian dừng, từ 0 - 25 giây

+ Ngõ ra Analog: Chọn tần số ngõ ra hoặc giám sát dòng

+ Các chức năng bảo vệ: Qúa tải, quá dòng, thấp áp, quá tải motor, dòng rò, quá tải, quá nhiệt, ngắn mạch

+ Phím hiển thị: 8 ký tự, 5 số, 7 đoạn LED, 8 trạng thái LED, tần số chủ, tần

số ngõ ra, dòng ngõ ra, custom units, giá trị tham số để cài, đặt, xem lại và báo lỗi, Run, Stop, Reset, Fwd/Rev, Job

2.2.10 Bộ lập trình MITSUBISHI FX1S – 30MR

➢ Giới thiệu chung về PLC

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình, được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các chương trình hoặc sự kiện, sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là đầu vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer) hay các sự kiện được đếm qua bộ đếm Khi một sự kiện được kích hoạt nó sẽ bật

ON, OFF hoặc phát một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào đầu ra của PLC Như vậy nếu ta thay đổi các chương trình được cài đặt trong PLC là ta

có thể thực hiện các chức năng khác nhau, trong các môi trường điều khiển khác nhau

Việc sử dụng PLC trong điều khiển thay thế cho hệ thống mạch điện, rơ-le thông thường mang lại nhiều ưu điểm vượt trội hơn:

+ Sửa đổi linh hoạt bằng chương trình

+ Độ tin cậy tuổi thọ cao

+ Hư hỏng có thể theo dõi bằng phần mềm ngoại vi…các mô-đun

+ Có thể được thay thế riêng

+ Khả năng linh hoạt mở rộng

+ Lập trình dễ dàng do ngôn ngữ lập trình dễ học

+ Dung lượng bộ nhớ lớn, có thể chứa được những chương trình phức tạp

+ Hệ thống điều khiển tin cậy trong môi trường công nghiệp

Như vậy, PLC là 1 máy tính thu nhỏ nhưng với các tiêu chuẩn công nghiệp cao và khả năng lập trình logic mạnh, PLC là đầu não quan trọng và linh hoạt trong điều khiển tự động hóa

Hình 2 13: Cấu trúc cơ bản của hệ thống PLC

- Cấu trúc của PLC

+ Phần đầu vào/đầu ra: Phần đầu vào hoặc mô-đun đầu vào bao gồm các thiết

bị như cảm biến, công tắc và nhiều nguồn đầu vào thế giới thực khác Đầu vào

từ các nguồn được kết nối với PLC thông qua đường ray đầu nối đầu vào Phần đầu ra hoặc mô-đun đầu ra có thể là một động cơ hoặc một solenoid hoặc một đèn hoặc một lò sưởi, có chức năng được điều khiển bằng cách thay đổi các tín hiệu đầu vào

+ CPU: (Central Processing Unit) là đơn vị xử lý trung tâm Nó là một bộ vi

xử lý mà có thể kết hợp với các hoạt động của hệ thống PLC CPU thi hành chương trình xử lý các tín hiệu I/O và được nối trực tiếp đến các thiết bị I/O thông qua các tuyến đường dây thích hợp bên trong PLC

+ Thiết bị lập trình: Đây là nền tảng mà chương trình hoặc logic điều khiển được viết Nó có thể là một thiết bị cầm tay hoặc một máy tính xách tay hoặc một máy tính chuyên dụng

+ Nguồn cung cấp: Nó thường hoạt động trên một nguồn cung cấp điện khoảng

24 V, được sử dụng để cung cấp năng lượng đầu vào và các đầu ra

+ Bộ nhớ: Bộ nhớ được chia thành hai phần – Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình Thông tin chương trình hoặc logic điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ người dùng hoặc bộ nhớ chương trình từ nơi CPU tìm nạp các lệnh chương

trình Tín hiệu đầu vào và đầu ra và tín hiệu bộ định thời và bộ đếm được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh đầu vào và đầu ra tương ứng

Hình 2 14: Sơ đồ hoạt động của PLC

Các nguồn đầu vào chuyển đổi tín hiệu điện tương tự thời gian thực sang tín hiệu điện kỹ thuật số phù hợp và các tín hiệu này được đưa đến PLC thông qua đường ray kết nối

Các tín hiệu đầu vào này được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh bên ngoài PLC

ở các vị trí được gọi là bit Điều này được thực hiện bởi CPU

Logic điều khiển hoặc các lệnh chương trình được ghi lên thiết bị lập trình thông qua các ký hiệu hoặc thông qua các phép nhớ và được lưu trữ trong bộ nhớ người dùng

CPU lấy các lệnh này từ bộ nhớ người dùng và thực thi các tín hiệu đầu vào bằng cách thao tác, tính toán, xử lý chúng để điều khiển các thiết bị đầu ra

Kết quả thực hiện sau đó được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh bên ngoài để điều khiển các thiết bị đầu ra

CPU cũng giữ một kiểm tra trên các tín hiệu đầu ra và tiếp tục cập nhật nội dung của bộ nhớ hình ảnh đầu vào theo những thay đổi trong bộ nhớ đầu ra CPU cũng thực hiện chức năng lập trình nội bộ như cài đặt và đặt lại bộ hẹn giờ, kiểm tra bộ nhớ của người dùng

2.2.11 Động Cơ Bước

- Khái niệm: Động cơ bước là một thiết bị cơ điện không chổi than, chuyển đổi

các chuỗi xung điện tại các cuộn kích của chúng thành trục quay cơ học Từng bước quay được xác định chính xác Trục của động cơ quay qua một góc cố định cho mỗi xung rời rạc Chuyển động này có thể là tuyến tính hoặc góc

- Nguyên lý hoạt động của động cơ bước

+ Khi một chuỗi xung được gửi, động cơ sẽ bước theo xung Góc mà trục động

cơ bước quay cho mỗi xung được gọi là góc bước, thường được biểu thị bằng

độ

+ Số lượng xung đầu vào được cấp cho động cơ quyết định góc bước và do đó

vị trí của trục động cơ được điều khiển bằng cách điều khiển số lượng xung Tính năng độc đáo này làm cho động cơ bước rất phù hợp với hệ thống điều khiển vòng hở trong đó vị trí chính xác của trục được duy trì với số xung chính xác mà không cần sử dụng cảm biến phản hồi

+ Nếu góc bước càng nhỏ thì số bước trên mỗi vòng quay càng lớn và độ chính xác của vị trí thu được càng lớn Các góc bước có thể lớn tới 90 độ và nhỏ đến 0,72 độ, tuy nhiên, trong thực tế các góc bước thường được sử dụng là 1,8 độ, 2,5 độ, 7,5 độ và 15 độ

+ Hướng quay của trục phụ thuộc vào chuỗi xung áp dụng cho stato Tốc độ của trục hoặc tốc độ động cơ trung bình tỷ lệ thuận với tần số (tốc độ của xung đầu vào) của các xung đầu vào được áp dụng tại các cuộn kích Do đó, nếu tần

số thấp, động cơ bước quay theo các bước và đối với tần số cao, nó liên tục quay như động cơ DC do quán tính

- Cấu tạo cơ bản của động cơ bước

+ Giống như tất cả các động cơ điện, động cơ bước có cấu tạo gồm stato và rôto Rôto là bộ phận có thể di chuyển không có cuộn dây, chổi than và cổ góp Thông thường các rôto là loại nam châm điện hoặc loại nam châm vĩnh cửu + Stator thường được chế tạo với các cuộn dây đa cực và đa pha, thường là ba hoặc bốn cuộn dây pha cho một số cực cần thiết được quyết định bởi sự dịch chuyển góc mong muốn trên mỗi xung đầu vào

+ Không giống như các động cơ khác, động cơ bước hoạt động trên một xung điều khiển rời rạc được lập trình cho cuộn dây stato thông qua một bộ điều khiển điện tử Động cơ quay do sự tương tác từ tính giữa các cực của cuộn dây stato được cấp năng lượng tuần tự và các cực của rôto

Hình 2 15: Cấu tạo của động cơ bước

Ff [N] Lực ma sát, phụ thuộc vảo chất lượng bề mặt giữa

piston và xilanh, vận tốc chuyển động píttông lên loại vòng đệm

+ piston tác động kép không có giảm chấn ở cuối hành trình

+ piston tác động kép có giảm chấn ở cuối hành trình

+ piston có vòng đệm nam châm từ

- Xilanh tác động kép không có giảm chấn ở cuối hành trình

+ Xilanh tác dụng kép được sử dụng trong trường hợp cần thực hiện hai chiều có điều khiển, trái với loại tác động đơn loại xilanh này ta muốn di chuyển theo chiều nào đó, ta phải cung cấp khí nén có áp suất tương đối vào trong buồng của xilanh, và khí trong buồng còn phải được nối với cửa xả

+ Loại xilanh tác dụng kép không có giảm chấn ở cuối hành trình, khi píttông chuyển động đến cuối hành trình thường bị va đập rất mạnh giữa píttông với các nắp che kín của hai đầu xilanh nhất là các xilanh có tốc độ cao sẽ gây ra hư hỏng píttông và va trạm lớn.Chỉ sử dụng loại xilanh này khi hành trình làm việc ngắn hơn chiều dài làm việc của xilanh và phải bố trí giới hạn hành trình cho thích hợp

Hình 2 16: Xilanh tác dụng kép

- Nếu không tính đến lực ma sát, lực chuyển động lên cần piston được tính theo công thức

F = P.A

P – Áp suất chất lỏng; A – Diện tích làm việc của piston

Diện tích làm việc của píttông phía khoang piston được tính theo công thức:

D – Đường kính của piston đồng thời cũng là đường kính trong của xilanh

Đối với khoang cần, diện tích làm việc của píttông được tính theo công thức:

9 Thân xilanh

10 Buồng trục

11 Buồng piston