NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN - KHÍ NÉN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA MÁY TÀU BIỂN TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN - KHÍ NÉN Chuyên ngành: Máy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA MÁY TÀU BIỂN

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN - KHÍ NÉN

Chuyên ngành: Máy và tự động công nghiệp

Họ và tên sinh viên: Mã sinh viên:

3 Nguyễn Thị Kim Thoa 79932

Họ và tên giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Tuấn Anh

HẢI PHÒNG - 2022

LỜI CAM ĐOAN

Nhóm em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của nhóm với sự hướng dẫn của thầy TS Nguyễn Tuấn Anh Các số liệu, kết quả nêu trong đồ án này là trung thực, không sao chép và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các phần tham khảo được trích dẫn đầy đủ

Hải Phòng, ngày…tháng…năm 2022

Sinh viênNguyễn Văn Hậu

Lê Văn TrườngNguyễn Thị Kim Thoa

LỜI CÁM ƠN

Để hoàn thành được đề tài tốt nghiệp này, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thànhnhất đến Ban giám hiệu Trường Đại học Hàng hải Việt Nam vì đã tạo điều kiện và cơ sởvật chất để chúng em có thể học hỏi tìm kiếm phục vụ cho đề tài này Chúng em xin chânthành cám ơn các thầy trong bộ môn Máy và Tự động Công nghiệp - Khoa Máy tàu biển

đã giảng dạy cho chúng em trong thời gian qua

Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy TS Nguyễn TuấnAnh đã trực tiếp giúp đỡ hướng dẫn tạo mọi điều kiện để chúng em hoàn thành đề tài này.Trong quá trình thực hiện đề tài này cũng có nhiều sai sót, chúng em rất mong nhậnđược sự góp ý, nhận xét của các thầy cô và các bạn học viên để đề tài được hoàn thiệnhơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 10

1 Tính cấp thiết của vấn đề cần nghiên cứu 10

2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 10

3 Phương pháp nghiên cứu 11

4 Kết quả đạt được 11

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP PHÔI 12

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống cấp phôi tự động 12

1.2 Phân loại hệ thống cấp phôi 12

1.3 Các thành phần chủ yếu của hệ thống cấp phôi tự động 13

1.3.1 Phôi 13

1.3.2 Phễu chứa phôi 16

1.3.3 Máng dẫn phôi 19

1.3.4 Cơ cấu phân chia phôi 20

1.3.5 Cơ cấu định hướng phôi 21

1.4 Ý nghĩa hệ thống cấp phôi tự động 21

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23

2.1 Tổng quan về khí nén và hệ thống khí nén 23

2.1.1 Khái niệm 23

2.1.2 Cấu trúc cơ bản của hệ thống khí nén 23

2.1.3 Phương pháp điều khiển tự động trong hệ thống khí nén 24

2.1.4 Ứng dụng của khí nén 26

2.1.5 Ưu nhược điểm của hệ thống khí nén 27

2.2 Thiết bị khí nén 27

2.3 Thiết bị điện 35

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 42

3.1 Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống cấp phôi tự động 42

3.1.1 Chọn phôi 42

3.1.2 Lựa chọn cơ cấu phân chia phôi 42

3.1.3 Thiết kế và chế tạo phễu chứa phôi 55

3.2 Thử nghiệm mô hình hệ thống cấp phôi tự động 61

3.2.1 Lắp ráp sơ đồ mạch khí nén 61

3.2.2 Lắp ráp sơ đồ mạch điện 62

3.2.3 Mô phỏng hệ thống trên phần mềm FluidSim 64

3.2.4 Tiến hành thử nghiệm chạy thử hệ thống cấp phôi tự động 67

3.2.5 Kết quả thử nghiệm mô hình hệ thống cấp phôi tự động 69

KẾT LUẬN 70

Kết quả đạt được 70

Triển vọng và hướng phát triển 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHỤ LỤC 72

Hình 1.11 Phễu chứa phôi có dao mang phôi chuyển động tịnh tiến 18

Hình 2.2 Các loại máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích 28

Hình 3.4 Kết quả lựa chọn mô hình và mã sản phẩm 54

Hình 3.7 Bản vẽ 2D thiết bị đẩy phôi gắn đầu piston 57Hình 3.8 Bản vẽ 2D bàn đỡ mô hình hệ thống cấp phôi 58

Hình 3.10 Mô hình 3D nguyên lý làm việc 60

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của vấn đề cần nghiên cứu

Hiện nay, đất nước ta đang trong quá trình hội nhập quốc tế, các quy trình sản xuấttrong nước đang ngày càng được nâng cấp, cải tiến nhằm tiết kiệm thời gian, chi phí laođộng mà thể hiện được sự sáng tạo và trí tuệ của con người trong sản xuất Song song với

sự tiến bộ của khoa học công nghệ thì việc áp dụng tự động hóa trong các ngành côngnghiệp nói chung và trong sản xuất nói riêng đã không còn quá xa lạ Trong các quá trìnhsản xuất tiêu biểu như đóng gói, lắp ráp, kiểm tra chất lượng đều được áp dụng và pháttriển theo hướng tự động hóa ngày càng cao

Việc bảo đảm một hệ thống, một quá trình sản xuất hoạt động chính xác thì cần có

hệ thống cấp phôi chính xác về vị trí trong không gian theo đúng nhịp và liên tục theo chu

kì hoạt động của hệ thống một cách ổn định, đáng tin cậy Vì vậy hệ thống cấp phôi làmột trong những giải pháp cho các hệ thống dây chuyền quan trọng hiện nay trong quátrình sản xuất nhằm bảo đảm an toàn, ổn định và hiệu quả trong sử sụng máy móc cũngnhư nâng cao chất lượng sản phẩm

Thực tế trong các ngành sản xuất nói chung người ta đang áp dụng rộng rãi các cơcấu cấp phôi bằng cơ khí, tích hợp điện – cơ, cơ khí – khí nén…Trong đề tài này, chúng

em nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình hệ thống cấp phôi tự động điềukhiển bằng điện khí nén áp dụng trong sản xuất Hệ thống cấp phôi tự động là một phầnquan trọng trong cả một hệ thống lớn giúp tăng năng suất quá trình, nâng cao chất lượng

và hiệu quả của hệ thống

2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu

- Tính toán lựa chọn xi lanh phụ thuộc vào điều kiện của phôi ban đầu

- Nghiên cứu và áp dụng phần mềm Model Selection System của SMC vào đềtài để tính toán lựa chọn xi lanh và cả hệ thống.

- Thiết kế bản vẽ và chọn vật liệu để gia công mô hình

- Tiến hành chạy thử thành công mô hình hệ thống cấp phôi tự động điều khiểnbằng điện – khí nén

- Học hỏi, tiếp thu kiến thức trong quá trình thực hiện đề tài

Đối tượng: Hệ thống cấp phôi tự động điều khiển bằng điện khí nén.

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm mô hình hệ thống

cấp phôi tự động điều khiển bằng điện – khí nén

Áp dụng các kiến thức đã học để xây dựng mô hình thực nghiệm, cụ thể:

- Tìm kiếm tài liệu qua sách vở, internet có liên quan đến tính toán và thiết kế

hệ thống cấp phôi tự động để áp dụng vào đề tài

- Tìm hiểu và áp dụng phần mềm để mô phỏng và tính toán lựa chọn hệ thống

- Tiến hành thiết kế, chế tạo và chạy thử mô hình trực tiếp dưới sự hướng dẫncủa giảng viên hướng dẫn

Nắm bắt được cách tính toán, thiết kế một hệ thống cấp phôi đơn giản điều khiểnbằng điện – khí nén và xây dựng được mô hình đề tài tương đối hoàn chỉnh so với yêucầu đặt ra

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP PHÔI 1.1 Giới thiệu chung về hệ thống cấp phôi tự động

Cấp phôi là quá trình chuyển phôi từ nơi chứa sang máng dẫn phôi, băng chuyềnhoặc dẫn từ các bộ phận khác đến vị trí cần gia công Việc áp dụng cấp phôi tự động sẽgiúp cho nhà sản xuất thay thế một bước là từ lao động thủ công sang tự động hóa dâychuyền sản xuất Do đó, hệ thống cấp phôi có ý nghĩa rất lớn

Hệ thống cấp phôi tự động sẽ nâng cấp các máy bán tự động thành máy tự độnghoàn toàn, do đó hệ thống dây chuyền trong nhà máy sẽ tự động hoàn toàn giúp cho quátrình sản xuất hoạt động hiệu quả, tăng năng suất và tiết kiệm thời gian

Hệ thống cấp phôi giúp thay thế các khâu thủ công của con người bằng máy móc,thực hiện nhanh chóng và hiệu quả các công việc nặng nhọc Hệ thống cấp phôi sẽ gópphần làm tăng khả năng đứng máy của một người lao động từ 1 người 1 máy cho đến 1người có thể đứng 2-3 máy cho các giai đoạn cấp phôi cho cả một hệ thống hoạt động, từ

đó tiết kiệm được thời gian và tiền bạc của người làm sản xuất

1.2 Phân loại hệ thống cấp phôi.

Trong gia công cơ khí thì phôi chủ yếu được chế tạo bằng đúc, rèn, dập do đó tùyvào từng loại phôi mà hệ thống cấp phôi cũng được phân loại theo nhiều cách khác nhaunhằm thuận tiện trong quá trình sản xuất Qua quá trình tìm hiểu thực tế thì hệ thống cấpphôi được phân ra làm ba loại cơ bản

- Hệ thống cấp phôi dạng cuốn

- Hệ thống cấp phôi dạng tấm hoặc thanh

- Hệ thống cấp phôi dạng rời

Mỗi loại hệ thống cấp phôi trên đều mang đặc tính khác nhau và tùy theo dây chuyền sản xuất mà người ta có thể lựa chọn các hệ thống cấp phôi liên tục, gián đoạntheo chu kỳ hoặc theo lệnh.

1.3 Các thành phần chủ yếu của hệ thống cấp phôi tự động

Một hệ thống cấp phôi tự động phải bảo đảm được việc cấp đủ số phôi cho máycông tác giúp hệ thống hoạt động một cách liên tục và ổn định Hệ thống cấp phôi đầy đủcần phải có các thành phần sau:

- Phôi

- Ổ chứa phôi hoặc phễu chứa phôi

- Máng dẫn phôi

- Cơ cấu phân chia phôi

- Cơ cấu định hướng phôi

Trong một hệ thống mỗi thành phần đều có chức năng khác nhau và được bố tríđồng bộ, thống nhất với nhau cả về không gian lẫn thời gian Tuy nhiên, không nhất thiếtlúc nào cũng cần có mặt đầy đủ các thành phần mà còn tùy thuộc vào các trường hợp cụthể mà ta chọn một trong số chúng Các thành phần của hệ thống được phân chia như trêncũng chỉ mang tính tương đối bởi ta có thể kết hợp một số thành phần trong chúng lại vớinhau dựa theo hình dạng, kích thước của phôi để thuận tiện trong việc thiết kế, chế tạo vàlắp đặt dễ dàng hơn

dùng để cấp phôi cho các máy tiện Các phôi này chúng được trang bị ở phía sau trụcchính của máy sao cho trục của tâm quay trùng với đường tâm của phôi.

Hình 1.4 Phôi tấm dạng cuộn

Phôi dạng rời

Phôi dạng rời là dạng phổ biến được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động dâychuyền sản xuất tự động Trên cơ sở hình dáng, kích thước của phôi, người ta chia chúngthành 3 loại:

- Phôi có các bề mặt định hướng khi di chuyển là tròn xoay ( có tâm đối xứng)

- Phôi có các bề mặt dạng mặt phẳng (khối hộp, định hình)

- Phôi có hình dạng phức tạp

Hình 1.5 Các hình dạng phôi rời

1.3.2 Phễu chứa phôi

Phễu chứa phôi có chức năng là chứa và dự trữ phôi nhằm bảo đảm hệ thống làmviệc một cách liên tục và ổn định Đồng thời nó cũng thực hiện nhiệm vụ định hướng sơ

bộ phôi để cung cấp cho máng dẫn phôi thực hiện quá trình vận chuyển phôi đều đặn.Hiện nay, người ta chủ yếu sử dụng các loại phễu chứa kép trong đó phễu chứa thứ nhấtdùng để chứa phôi cấp vào và dự trữ phôi còn phễu chứa thứ hai có chức năng địnhhướng sơ bộ và cung cấp phôi cho máng dẫn phôi một cách liên tục, tránh phôi bị kẹt

Phễu chứa phôi cuộn.

Đối với các phôi cuộn như là các cuộn thép mỏng thông thường được gá nó lên trêncác trục có các con lăn có gối đỡ và có thể tự quay dưới lực kéo của một hệ thống côngtác như cán hoặc cơ cấu kéo như trên máy các máy cắt, máy dập…

Hình 1.6 Phễu chứa phôi cuộn dạng thép mỏng

Hình 1.7 Phễu chứa phôi là dạng cuộn dây

Với các loại phôi cuộn dây thường được cuộn với kích thước theo yêu cầu người ta

sử dụng các tang quay qua một con lăn để nắn thẳng phôi trước khi đưa vào gia công nhưque hàn, bulong, đinh tán…

Phễu chứa phôi thanh.

Với các loại phôi thanh có tiết diện là hình vuông hoặc hình tròn có kích thước từ 10

- 30mm với chiều dài khoảng từ 1-5m, chúng được dùng để cấp phôi cho các máy tiện.Các phôi này chúng được trang bị ở phía sau trục chính của máy sao cho trục của tâmquay trùng với đường tâm của phôi

Hình 1.8 Phễu chứa phôi thanh

Phễu chứa phôi rời.

Phễu chứa phôi rời dạng có đĩa: loại này cấu tạo đơn giản, làm việc ổn định và đặtnăng suất cao nên được sử dụng khá rộng rãi trong hệ thống cấp phôi tự động

Phễu chứa phôi rời dạng ống.

Loại này có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, làm việc ổn định và dễ điều chỉnh, địnhhướng đối với các lại phôi có kích thước khác nhau mà không cần lắp thêm cơ cấu loạitrừ phôi thừa

Tuy nhiên, cơ cấu này lại cần công suất dẫn động lớn nên chóng mài mòn và gây ratiếng ồn khá lớn trong quá tình làm việc phễu chứa dạng này thường sử dụng với các phôi

có kích thước nhỏ, dạng ống, con lăn,

Hình 1.10 Các loại phễu chứa phôi kiểu ống

Phễu chứa phôi rời có dao mang phôi.

Loại này có các dao được bố trí giúp định hướng phôi có chuyển động tịnh tiến hoặckhứ hồi rồi chuyển chúng sang máng dẫn phôi Thông thường, loại này thường dùng đểcấp các dạng phôi như bu lông, ốc, vít,

Hình 1.11 Phễu chứa phôi có dao mang phôi chuyển động tịnh tiến

Phễu chứa phôi kiểu rung.

Loại này làm việc nhờ cơ cấu rung chuyển tác động phôi thực hiện các dịch chuyểncưỡng bức trên cơ cấu rung và thực hiện việc cấp phôi Ưu điểm của loại này là cấu tạođơn giản, tốc độ dịch chuyển đều đặn, phôi di chuyển dễ dàng, năng suất cao Thôngthường các loại phôi sử dụng kiểu phễu này là các loại phôi có kiểu dáng phức tạp nhưcác loại phôi sau khi đúc, hàn, rèn, cắt,

Hình 1.12 Phễu chứa phôi kiểu rung1.3.3 Máng dẫn phôi

Máng dẫn phôi có chức năng là vận chuyển phôi từ phễu chứa đến máy công tác,đồng thời giúp định hướng chính xác vị trí của phôi không gian Để đảm bảo điều đó thìmáng dẫn phôi phải được xác định hình dáng, kích thước phù hợp với mỗi loại phôi, cùngvới đó phải lựa chọn và bố trí cơ cấu định hướng và cơ cấu nắm bắt phôi một cách hợp lý.Dưới đây là một số kiểu máng dẫn phôi thường dùng: máng dẫn phôi chữ nhật,máng dẫn chữ V, máng dẫn chữ T, máng dẫn chữ U có rãnh, máng một thanh, máng haithanh, máng một thanh treo, máng hai thanh đỡ

Hình 1.13 Một số hình dạng kiểu máng dẫn phôi1.3.4 Cơ cấu phân chia phôi

Có nhiệm vụ điều tiết phôi theo đúng nhịp gia công của máy

Hình 1.14 Cơ cấu phân chia phôi dạng tịnh tiến

Hình 1.15 Cơ cấu phân chia phôi dạng xoay tròn1.3.5 Cơ cấu định hướng phôi

Có nhiệm vụ thay đổi hướng của phôi để thực hiện gia công

Hình 1.16 Cơ cấu định hướng phôi1.4 Ý nghĩa hệ thống cấp phôi tự động

Trong một hệ thống sản xuất tự động từng phần hay toàn phần thì không thể không

có hệ thống cấp phôi Hệ thống cấp phôi giúp cho quá trình sản xuất nâng cao năng suấtgiảm thời gian các quy trình thủ công như đặt phôi, tháo sản phẩm sau khi gia công Nóphù hợp với môi trường xung quanh đảm bảo được từng chu kì hoạt động chính xác

không bị ảnh hưởng từ tác nhân bên ngoài như môi trường, sức khỏe người lao động màảnh hưởng đến quá trình sản xuất.

Hệ thống giúp cải thiện chi phí nhân công tăng năng suất, giải quyết các công việcphổ thông lặp đi lặp lại một cách nhàm chán, hay một công việc nặng nhọc hoặc trongmôi trường độc hại Điển hình như các vật phôi là các chi tiết cạnh sắc, rìa mép của vậtphôi đúc gây nguy hiểm cho người lao động

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về khí nén và hệ thống khí nén

2.1.1 Khái niệm

Khí nén (pneumatic) là loại năng lượng được tạo ra từ không khí bình thường có sẵn

ở thiên nhiên hoặc các phản ứng hóa học tạo ra và được nén ở áp suất 3000 Psi đến 3600Psi Áp lực được tạo ra từ khí nén nhằm thay thế các loại năng lượng khác Lĩnh vực nàytập trung vào việc sử dụng khí nén để tạo ra chuyển động cơ học và ứng dụng của nó đểtạo ra các chuyển động Khí nén được sử dụng trong nhiều lĩnh vực và các ngành nghềkhác nhau như hệ thống công nghiệp, nông nghiệp, hệ thống xử lý hóa chất, lĩnh vực thựcphẩm, dược phẩm, y tế,… Khí nén được tạo ra từ các nguồn khí nén như máy nén khíđược chứa trong các bình tích khí và sử dụng trong các thiết bị khí nén

Máy nén khí là một loại thiết bị có chức năng làm tăng áp suất của chất khí Qua đógiúp năng lượng của dòng khí tăng cao, đồng thời nén khí lại khiến nó tăng áp suất vànhiệt độ Sau đó, khí nén được cung cấp cho hệ thống thông qua một loạt van hoặc đườngống

Hệ thống khí nén (pneumatic system) là một tập hợp các thành phần được kết nốivới nhau sử dụng khí nén để truyền và kiểm soát năng lượng như: bộ lọc khí, máy nén, bộlàm mát, van điều khiển, cơ cấu chấp hành Hệ thống khí nén được sử dụng phổ biếntrong các dây chuyền sản xuất tự động, lắp ráp, phân loại sản phẩm… Các hệ thống nàychủ yếu hoạt động bằng cách sử dụng nguồn cung cấp khí nén liên tục được cung cấp bởimáy nén khí

2.1.2 Cấu trúc cơ bản của hệ thống khí nén

Các phần tử cơ bản của hệ thống điều khiển tự động bằng khí nén bao gồm:

Hình 2 1 Hệ thống điều khiển khí nén

Tín hiệu đầu vào: nhận những giá trị của đại lượng vật lý dưới dạng đại lượng đưavào, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển như cảm biến, công tắc hành trình, nút ấn…Phần tử xử lý thông tin, điều khiển: xử lý tín hiệu đầu vào theo hàm logic xác định,làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển Ví dụ: Van logic And, Or, Not, Yes, Flip-Flop, rơle,…

Phần tử điều khiển: điều khiển các dòng năng lượng như lưu lượng, áp suất, Nhằmthay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành Ví dụ: van đảo chiều, van tiết lưu,…

Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra củamạch điều khiển như xy lanh, động cơ khí nén,…

Năng lượng điều khiển: bao gồm các dạng năng lượng điều khiển như thủy lực, điện

cơ, khí,

2.1.3 Phương pháp điều khiển tự động trong hệ thống khí nén

Có rất nhiều các phương pháp điều khiển tự động trong hệ thống khí nén, cácphương pháp thông dụng như:

Phương pháp điều khiển bằng khí nén: là hệ thống sử dụng toàn bộ các thiết bị bằngkhí nén và cơ khí để điều khiển các thiết bị khí nén Trong hệ thống điều khiển này, ngoài

cơ cấu chấp hành thì thông tin điều khiển cũng được điều khiển bằng khí nén Các thiết bị

xử lý, điều khiển cũng dựa trên tín hiệu của dòng khí nén để thực hiện chuyển động mộtcách thích hợp.

Phương pháp điều khiển bằng điện: sử dụng các kiểu loại van điện từ soleniod đểđiều khiển các cơ cấu chấp hành bằng khí nén Các van soleniod này được thiết kế tùytheo nhà sản xuất với các chức năng khác nhau Điều khiển hành trình là các phần tử đưatín hiệu vào như công tắc, cảm biến…

Phương pháp điều khiển bằng PLC: phương pháp này tối ưu hơn hai phương pháptrên nhờ tính linh hoạt hơn, nhỏ gọn Để thay đổi tính linh hoạt các dây chuyển sản xuất,một phương thức điều khiển mới đã ra đời vào đầu thập kỉ 1970, hệ điều khiển theochương trình có nhớ PLC Nguyên lý hệ điều khiển chương trình có nhớ PLC: bộ PLC kếthợp các phương thức điều khiển sau:

- Logic (lý thuyết đại số Boole)

- Phương pháp đếm trong kỹ thuật

- Rơle thời gian

- Các bộ nhớ

Phương pháp điều khiển bằng IC số: hệ thống bằng rơle được thay thế bằng các IC

số có kích thước nhỏ và giá thành rẻ hơn IC số là các cổng logic, mạch tích hợp để thựchiện các chức năng của hệ thống điều khiển

Phương pháp điều khiển bằng vi điều khiển: các hệ thống điều khiển đòi hỏi tínhlinh hoạt ngày càng cao hơn, đồng thời giảm giá thành vì vậy ngày nay vi điều khiểnđược sử dụng khá nhiều trong các quá trình tự động Vi điều khiển có thể thực hiện hầuhết các chức năng điều khiển Các vi điều khiển có giá thành tương đối rẻ, nhỏ dễ dàng sửdụng, và điều quan trọng hơn là vi điều khiển có khả năng thay thế các hệ thống tương tự

để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp, các bộ điều khiển có kích thước lớn và đòi hỏi việcbảo trì Ngày nay các bộ vi điều khiển được thiết kế tăng độ phức tạp hơn với tốc độ xử lýcao hơn giảm kích thước và giá thành nên ngày càng được sử dụng rộng rãi

Phương pháp điều khiển bằng máy tính: từ khá lâu các ứng dụng máy tính và kỹthuật điều khiển đã có được nhiều kết quả khả thi Với hệ thống máy tính kết nối với các

hệ thống điều khiển có thời gian điều khiển ngắn, chính xác dễ dàng xử lý và thu thập dữliệu Ngoài việc sử dụng các IC số vi điều khiển ghép nối với máy tính còn phải kết hợpviết các chương trình điều khiển với mỗi loại ngôn ngữ lập trình khác nhau cùng với các

dữ liệu đã đề ra

2.1.4 Ứng dụng của khí nén

Trong lĩnh vực điều khiển

Trong những thập niên 50 - 60 của thế kỷ 20 là khoảng thời gian mà tự động hóa quátrình sản xuất phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật điều khiển bằng khí nén được ứng dụng vàphát triển rộng rãi, đa dạng trong nhiều lĩnh vực

Hệ thống điều khiển bằng khí nén được ứng dụng rộng rãi như: hệ thống gá kẹp chitiết, thiết bị phun sơn, các hệ thống băng tải tự động, các thiết bị vận chuyển, kiểm tra củathiết bị lò hơi, mạ điện, đóng gói sản phẩm và trong các ngành hóa chất độc hại, chúngđược ưa chuộng trong sản xuất thiết bị điện tử vì vệ sinh môi trường tốt và an toàn

Trong hệ thống truyền động.

Hệ thống truyền động thẳng: được ứng dụng nhiều như trong các thiết bị gá kẹp cácchi tiết khi gia công, các thiết bị phân loại, thiết bị va đập, và đóng gói sản phẩm… Kếtcấu hệ thống đơn giản, linh hoạt và dễ sử dụng vì thế trong chuyển động thẳng hệ thốngkhí nén có ưu thế hơn so với hệ thống truyền động điện

Hệ thống truyền động quay: hệ thống truyền động quay có ưu điểm hơn các dạngtruyền động khác như tốc độ truyền động cao, có khả năng chịu quá tải, gọn nhẹ mặc dùcông suất truyền động không lớn và tiện lợi hơn rất nhiều so với các dạng truyền động sửdụng các dạng năng lượng khác Ví dụ công cụ vặn ốc vít, lắp ráp chi tiết, các máy khoan

có công suất dưới 3kW, tốc độ có thể lên tới hàng chục nghìn vòng/phút Tuy nhiên khi

yêu cầu công suất lớn thì chi phí cho các hệ thống truyền động điện sẽ tiết kiệm hơn rấtnhiều so với hệ thống truyền động khí nén.

2.1.5 Ưu nhược điểm của hệ thống khí nén

Ưu điểm:

- Tổn thất nhỏ

- Khí nén thải ra ngoài không gây tổn hại môi trường

- Tốc độ truyền động cao và linh hoạt

- Điều khiển dễ dàng chính xác, tin cậy

Nhược điểm:

- Chỉ phù hợp sử dụng cho những mục đích có công suất truyền động không lớn.Nếu sử dụng cho mục đích có công suất lớn thì chi phí cho truyền động khí nén sẽcao hơn 10 - 15 lần và kích thước, trọng lượng chỉ bằng 30% so với truyền độngđiện cùng công suất

- Vận tốc truyền động thay đổi khi tải trọng thay đổi do khả năng đàn hồi của khínén khá lớn, vì vậy khó duy trì chuyển động thẳng đều hoặc quay đều

- Khí nén xả ra môi trường có thể gây tiếng ồn

2.2 Thiết bị khí nén

Máy nén khí.

Máy nén khí là một tổ hợp các loại máy bao gồm các hệ thống cơ học có chức năngchính là làm tăng áp suất của chất khí, làm tăng năng lượng của dòng khí đồng thời làmtăng áp suất, nhiệt độ

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí dựa theo nguyên lý thay đổi thể tích vànguyên lý động năng Theo nguyên lý thay đổi thể tích là không khí được đưa vào buồngchứa lúc này thể tích khí sẽ giảm, theo định luật Boyle-Manotte, áp suất sẽ tăng Ví dụnhư máy nén khí piston, cánh gạt, trục vít,…

Hình 2.2 Các loại máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích

Theo nguyên lý động năng: không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất khínén được tạo ra bằng động năng của bánh dẫn và sinh ra công suất và lưu lượng rất lớn Theo áp suất chia ra làm ba loại:

- Máy nén khí có áp suất thấp p < 15 bar

- Máy nén khí có áp suất cao p > 15 bar

- Máy nén khí có áp suất rất cao p >= 300 bar

Hình 2.3 Máy nén khí không dầu Pegasus

Máy nén khí không dầu cũng hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích, nhờchuyển động tròn của trục vít để nén dòng khí làm cho áp suất tăng lên Máy thường códao động công suất từ 7,5kw đến 240kw Các khớp nối răng chuyển động đồng bộ vớinhau Máy nén khí trục vít không sử dụng dầu để bôi trơn cho nên khoảng cách của bánhrăng không được kín bằng loại có dầu.

Bộ lọc, điều áp với van phân phối 3/2.

kí hiệu:

Khí nén được tạo ra từ máy nén sẽ chứa nhiều bụi bẩn, độ ẩm, cặn bẩn của dầu bôitrơn Nhiệt độ trong quá trình nén sẽ tăng, có thể gây oxy hóa một số phần tử của hệthống Khí nén không được xử lý trước khi được đưa đi làm việc có thể gây hư hỏng tăngtính trở ngại của các phần tử Do đó phải xử lí khí nén qua bộ lọc khí trước khi đưa khínén đi làm việc

Bộ lọc khí (Air service unit): bao gồm 3 phần tử chính là van điều chỉnh áp suất, van lọc, van tra dầu Chúng có công dụng làm sạch không khí bụi bẩn, ngưng tụ và rỉ sét Áp

suất đầu ra mong muốn có thể được đặt tại bộ điều chỉnh áp suất và sau đó được hiển thịtrên đồng hồ áp suất

Bộ lọc có thể điều chỉnh giúp bôi trơn khí nén và bảo vệ các dụng cụ khí nén đượckết nối, tuổi thọ của các thiết bị này được tăng lên đáng kể, thậm chí, chất lượng khí nénđược tăng lên đáng kể

Van phân phối 3/2: van phân phối khí 3/2 điều khiển bằng tay có nhớ và lò xo Van

được lắp đặt ở vị trí đầu vào của hệ thống nhằm kiểm soát toàn bộ nguồn khí nén cấp vàocủa hệ thống

Van điện từ 5/2 cuộn hút đơn.

Hình 2.6 Van điện từ 5/2 cuộn hút đơn

Van điện từ 5/2 cuộn hút đơn gồm hai thành phần chính:

- Coil điện: là cuộn hút điện từ là nơi tiếp nhận nguồn điện để tạo lực dọc trục cho van

- Phần thân van: thân van có lỗ bắt vít vào bộ truyền động khí nén, gồm 5 cửa

và 2 vị trí Thân van có 3 lỗ trong đó 1 lỗ nhận khí nén vào và 2 lỗ đưa khí nén đi làm việc

Nguyên lý hoạt động: ở trạng thái bình thường cửa số 1 là cửa cấp khí vào, cửa số 2

và 4 là các cửa khí ra làm việc, cửa 3 với cửa 5 là cửa xả Khi chưa có tín hiệu điện thìcửa số 1 thông với cửa số 2 khí nén sẽ đi từ nguồn khí nén đi qua của số 1 – 2 đi lên làmviệc lượng khí xả sẽ xả qua cửa số 4 về cửa 5 rồi ra ngoài môi trường Khi có tín hiệuđiện được cấp nguồn điện một chiều 24VDC, lúc này sẽ sinh ra một lực từ trường, lực này

sẽ tạo lực dọc trục và xảy ra hiện tượng đảo chiều cửa 1 sẽ thông với cửa 4, cửa 2 thôngvới cửa 3 và cửa 5 bị chặn lại

Xi lanh khí nén.

Xy lanh khí nén dùng để chuyển đổi năng lượng của khí nén dưới dạng áp suất vàlưu lượng được cung cấp bởi hệ thống khí nén thành năng lượng cơ học và tạo nênchuyển động thẳng

Xy lanh khí nén có thể được sử dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau, với nhiều ngànhnghề khác nhau Với sự phát triển hệ thống điều khiển tự động, các xy lanh khí nén ngàycàng được chuyên môn hóa theo từng lĩnh vực cụ thể Chẳng hạn, có thể sử dụng các taygắp cho robot bằng các xy lanh khí nén để tạo nên chuyển động của tay gắp Ngoài ra, các

xy lanh khí nén hiện nay còn có thể được sử dụng trong các môi trường làm việc khắcnghiệt như nhiệt độ cao, ẩm, bụi Với tốc độ đáp ứng cao của hệ thống khí nén, ngày naycác xy lanh khí nén được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

Hình 2.7 Xi lanh tác động 2 chiều

Kí hiệu:

- Áp suất hoạt động: 0,05 – 1.0 Mpa

- Kích thước ren đầu cần piston: M8x1.25mm

- Đầu nối ống khí nén: 1/8”

Thiết bị phụ.

Thiết bị phụ bao gồm ống khí và bộ giắc cắm an toàn

Hình 2.8 Ống khí và bộ giắc cắm an toàn

2.3 Thiết bị điện

Module nguồn một chiều.

Hình 2.9 Module nguồn một chiều

Chức năng trong hệ thống: chuyển đổi từ nguồn điện xoay chiều ra điện áp 1 chiều

hạ thế từ 220V xuống điện áp 24V và cung cấp cho các thiết bị của hệ thống

- Có hiện thị đèn LED trên mỗi nút ấn

Chức năng trong hệ thống: đóng ngắt các mạch điều khiển

Module thực hành đèn báo, còi báo.

Hình 2 2 Module đèn báo còi báo