Báo cáo Đồ Án cơ Điện tử prms415229 Điều khiển hệ thống Đầu hàn Ống tự Động

LỜI CẢM ƠNTrước tiên, em chân thành cảm ơn đến thầy Dương Thế Phong và thầy Trần Ngọc Thiện – giảng viên Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM – những người đã

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ



ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐẦU HÀN ỐNG TỰ ĐỘNG

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thái Phiên MSSV: 21146495

Giảng viên hướng dẫn: ThS Dương Thế Phong Giảng viên phản biện: ThS Đồng Sĩ Linh

Trang 2

TP.HCM, tháng 6 năm 2025 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Giảng viên hướng dẫn: Dương Thế Phong

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thái Phiên MSSV: 21146495 Điện thoại:0898856486

Hệ đào tạo: CLC Tiếng Việt

1 Tên đồ án

Điều khiển hệ thống đầu hàn ống tự động

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Các thông số hàn tự động

- Đầu hàn tự động và bộ điều khiển

3 Nội dung chính của đồ án:

- Giới thiệu về công nghệ hàn quỹ đạo

- Khôi phục bộ điều khiển

- Khắc phục lỗi vận hành

- Nghiên cứu cải tiến

4 Các sản phẩm dự kiến:

 01 bản thuyết minh đồ án

 01 folder các file mềm lập trình và điều khiển

 01 clip quá trình điều khiển

5 Ngày giao đồ án: 05/2025

6 Ngày nộp đồ án: 06/2025

BỘ MÔN CĐT GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em chân thành cảm ơn đến thầy Dương Thế Phong và thầy Trần Ngọc Thiện – giảng viên Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM – những người đã tận tình hướng dẫn và đồng hành cùng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án hệ thống cơ điện tử với đề tài “Điều khiển hệ thống đầu hàn ống

tự động”

Trong suốt quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ quý báu từ các thầy, không chỉ về mặt kiến thức chuyên môn mà còn về cách tư duy, phương pháptiếp cận vấn đề và kỹ năng triển khai giải pháp kỹ thuật một cách hiệu quả Sự tận tụy, nghiêm túc và trách nhiệm của các thầy giúp em vượt qua những khó khăn, thử thách trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện sản phẩm

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Khoa Cơ khí Chế tạo máy và Nhà trường đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất, môi trường học tập và nghiên cứu, giúp em có cơ hội vận dụng kiến thức lý thuyết vào thực tiễn, từ đó tích lũy thêm nhiều kinh nghiệm quý báu cho định hướng nghề nghiệp sau này

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đề tài một cách tốt nhất trong khả năng của mình, nhưng do hạn chế về thời gian và kinh nghiệm thực tế, chắc chắn đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được những góp ý chân thành từ quý thầy cô

để có thể tiếp tục hoàn thiện hơn trong tương lai

Trang 4

1.4.2 Hàn MIG/MAG

Hàn MIG/MAG là phương pháp hàn sử dụng dây hàn liên tục và khí bảo vệ

để tạo ra mối hàn sạch, đẹp với tốc độ hàn nhanh hơn so với SMAW Phươngpháp này thường được dùng trong công nghiệp nhờ khả năng tự động hóa cao

và hiệu quả năng suất tốt Tuy nhiên, thiết bị và chi phí đầu tư ban đầu thườngcao hơn, đồng thời cần môi trường làm việc ổn định để khí bảo vệ phát huy hiệuquả

Hình 2: Hệ thống hàn quỹ đạo MIG/MAG

1.4.3 Hàn TIG

Hàn TIG quỹ đạo là phương pháp sử dụng điện cực vonfram không nóngchảy tạo hồ quang để nung nóng kim loại cần hàn, thường áp dụng trong hàninox và nhôm, đặc biệt là các vật liệu mỏng nhờ khả năng tạo mối hàn rất sạch

và chính xác Đây là phương pháp tối ưu khi yêu cầu chất lượng mối hàn cao,nhưng chi phí thiết bị và vận hành thường lớn hơn so với hàn MIG/MAG hoặchàn plasma

Trang 5

và trình bày quy trình vận hành thiết bị Và kết quả thử nghiệm hệ thống sau khilắp đặt.

Chương 4: Kết luận và đề xuất cải tiến

Tổng kết lại các kết quả đạt được trong quá trình thực hiện đề tài, đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống Đồng thời đề xuất các hướng phát triển và cải tiến

hệ thống trong tương lai nhằm nâng cao tính ổn định, thông minh và hiệu quả

sử dụng thực tế

Tài liệu tham khảo

Liệt kê các tài liệu, giáo trình, bài báo khoa học và nguồn internet được sử dụnglàm cơ sở lý luận và kỹ thuật trong quá trình thực hiện đề tài

Phụ lục

Tổng hợp các hình ảnh thực tế, sơ đồ kết nối, kết quả thí nghiệm và các tài liệu minh họa hỗ trợ thêm cho nội dung báo cáo

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Giới thiệu về hàn quỹ đạo

Hàn quỹ đạo là một phương pháp hàn tự động có độ chính xác cao, trong đóđiện cực hoặc mỏ hàn di chuyển theo một quỹ đạo tròn xung quanh ống hoặc chitiết cần hàn Phương pháp này được phát triển vào những năm 1960 bởi ngànhhàng không vũ trụ Hoa Kỳ nhằm tạo ra các mối hàn chất lượng cao, đồng đều, vàkhông phụ thuộc vào tay nghề công nhân Ban đầu, hàn quỹ đạo chủ yếu đượcdùng để hàn các ống nhỏ trong hệ thống thủy lực và nhiên liệu của máy bay, nơi

mà độ chính xác và tính đồng nhất của mối hàn là tuyệt đối cần thiết

Hình 5: Mối hàn quỹ đạo

Nguyên lý hoạt động của hàn quỹ đạo dựa trên việc giữ cố định chi tiết cầnhàn, trong khi mỏ hàn (thường là đầu hàn TIG) quay tròn theo một quỹ đạo xácđịnh xung quanh chi tiết Quá trình hàn diễn ra theo chương trình đã được thiết

6

Trang 6

Phụ lục

Trang 7

1.4.3 Hàn TIG

3

Trang 8

Phụ lục

Trang 9

- Tích hợp cảm biến nhiệt độ thu thập dữ liệu nhiệt độ từ mối hàn từ đó tối ưuhoá chất lượng mối hàn.

- Đề xuất hướng phát triển: từ dữ liệu nhiệt độ qua đó điều khiển dòng hàn theothời gian thực dựa trên hiện tượng quá nhiệt tránh gây lủng mối hàn

1.3 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm:

- Cơ khí: thiết kế và chế tạo cơ cấu gá kẹp ống, bộ truyền động quay ống sửdụng động cơ bước, đảm bảo độ vững chắc, ổn định

- Điện – điện tử: thiết kế mạch điều khiển và các linh kiện điện tử phù hợp đểđiều khiển tốc độ động cơ và giao tiếp với hệ thống điều khiển trung tâm

- Lập trình: Sử dụng PLC để xây dựng thuật toán điều khiển tốc độ quay, xử

lý tín hiệu từ người dùng

Do giới hạn về thời gian, đề tài chưa tích hợp hệ thống cảm biến nhiệt, chỉ khôiphục lại quá trình vận hành và nghiên cứu lại quá trình vận hành trước đó Đề tàichỉ mới thực hiện quá trình hàn hồ quang, hỗ trợ quá trình nghiên cứu lấy số liệucho các nhóm nghiên cứu khoa học và đồ án tốt nghiệp

1.4 Khảo sát các giải pháp và hệ thống liên quan

1.4.1 Hàn hồ quang tay

Hàn hồ quang tay (SMAW) là phương pháp hàn truyền thống và phổ biến,

sử dụng que hàn có bọc thuốc bảo vệ để tạo hồ quang và nung chảy kim loại tại

vị trí hàn Phương pháp này rất linh hoạt, dễ sử dụng và phù hợp với nhiều loạivật liệu cũng như vị trí hàn khác nhau Tuy nhiên, SMAW có tốc độ hàn chậmhơn và mối hàn thường cần xử lý làm sạch sau khi hàn do xỉ bám

Hình 1: Hệ thống hàn hồ quang tay

2

Trang 10

Hình 3: Hệ thống hàn quỹ đạo TIG

1.4.4 Hàn plasma

Hàn plasma sử dụng dòng khí plasma có nhiệt độ rất cao để làm nóng chảykim loại, tạo ra mối hàn có độ chính xác và chất lượng cao Phương pháp nàythường được ứng dụng trong các lĩnh vực đòi hỏi sự tinh xảo và ít biến dạng vậtliệu, mặc dù thiết bị phức tạp và chi phí khá cao Hàn plasma cũng có tốc độnhanh hơn so với hàn TIG truyền thống trong nhiều trường hợp

Hình 4: Hệ thống hàn plasma (PAW)

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu trong thực tế tại các xưởng cơ khí, bài báo, bài nghiên cứu trongnước và ngoài nước về nhu cầu hàn ống trong công nghiệp, đưa ra phương pháp

để thực hiện đề tài

Trang 11

2

Trang 12

Phụ lục

Trang 13

4

Trang 14

Phân tích yêu cầu kỹ thuật đối với quá trình hàn ống: loại vật liệu, độ dày,yêu cầu mối hàn, chế độ nhiệt, dòng điện, Đánh giá chất lượng mối hàn thôngqua kiểm tra mẫu vật so sánh giữa hàn thủ công và tự động.

Tích hợp các phương pháp thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các thông sốhàn đến chất lượng mối hàn Chỉnh sửa sai số tránh nhiễu

1.6 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Trong xu thế phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp hiện đại, việc tựđộng hóa các quy trình sản xuất đang trở thành nhu cầu cấp thiết, đặc biệt làtrong lĩnh vực cơ khí chế tạo Quá trình hàn ống là một công đoạn quan trọng vàđòi hỏi kỹ thuật cao Tuy nhiên, khi thực hiện bằng phương pháp thủ công, chấtlượng mối hàn thường phụ thuộc nhiều vào tay nghề công nhân, dễ xảy ra sai sótgây cháy thủng do quá nhiệt, mối hàn không đồng đều và hiệu suất làm việckhông cao Việc nghiên cứu và chế tạo bộ điều khiển hàn ống tự động có ý nghĩaquan trọng trong việc cải thiện chất lượng mối hàn, nâng cao độ chính xác, ổnđịnh và độ lặp lại, đồng thời giúp giảm thiểu rủi ro cho người vận hành khi tiếpxúc trực tiếp với hồ quang điện và nhiệt độ cao Ngoài ra, đề tài còn hướng đếnkhả năng tích hợp công nghệ cảm biến và điều khiển thời gian thực dựa trên nhiệt

độ tại mối hàn, từ đó tự động điều chỉnh dòng hàn nhằm tránh tình trạng quánhiệt gây ảnh hưởng đến kết cấu vật liệu Đây là một giải pháp thiết thực gópphần giảm chi phí vận hành, tăng năng suất, hạn chế phế phẩm và phù hợp vớiđịnh hướng phát triển công nghiệp 4.0 Không những vậy, đề tài còn mang lại giátrị thực tiễn cho công tác giảng dạy và học tập tại các cơ sở đào tạo kỹ thuật, giúpsinh viên tiếp cận gần hơn với công nghệ sản xuất hiện đại, đồng thời mở rahướng nghiên cứu và cải tiến các hệ thống hàn tự động phục vụ nhu cầu sản xuấttrong nước

1.7 Cấu trúc báo cáo

Báo cáo được trình bày thành bốn chương chính, cùng phần tài liệu tham khảo

và phụ lục, cụ thể như sau:

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu, phạm vi nghiên cứu, khảo sát các phươngpháp hàn liên quan, phương pháp nghiên cứu và ý nghĩa thực tiễn của đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Tổng hợp các kiến thức nền tảng phục vụ cho quá trình thiết kế và vận hành hệ thống như: nguyên lý hàn quỹ đạo, bộ điều khiển hàn ống tự động, các phương pháp điều khiển động cơ (bước, AC, DC), lựa chọn thiết bị PLC, HMI và cảm biến phù hợp

Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển

Giới thiệu hệ thống tổng thể, phân tích thiết bị sử dụng, mô tả chi tiết sơ đồ điềukhiển, nguyên lý hoạt động, giao diện người dùng trên HMI, lưu đồ giải thuật

Trang 15

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Lý do chọn đề tài

Trong bối cảnh hiện nay, quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa đang diễn ramạnh mẽ ở Việt Nam và trên toàn thế giới, đặc biệt trong các ngành cơ khí chếtạo, xây dựng Trong các lĩnh vực này, kỹ thuật hàn ống đóng vai trò cực kỳ quantrọng nhằm đảm bảo các hệ thống đường ống hoạt động an toàn, kín khít và bền bỉtheo thời gian Tuy nhiên, tại nhiều doanh nghiệp vừa và nhỏ, quy trình hàn ốngvẫn chủ yếu thực hiện bằng phương pháp thủ công, phụ thuộc vào tay nghề ngườithợ, dẫn đến chất lượng mối hàn không đồng đều, hiệu suất lao động thấp và tiềm

ẩn nguy cơ mất an toàn trong quá trình thao tác

Trong khi đó, yêu cầu về chất lượng sản phẩm, độ chính xác trong thi côngngày càng cao, đòi hỏi các hệ thống sản xuất phải được tự động hóa và chuẩn hóa

để đáp ứng nhu cầu thị trường cũng như giảm thiểu sai sót do yếu tố con ngườigây ra Đặc biệt, với xu thế phát triển của công nghệ cơ điện tử, việc tích hợp các

hệ thống cơ khí – điện tử – điều khiển – lập trình thành các máy móc tự độngthông minh đã và đang trở thành hướng đi hiệu quả, thực tiễn và phù hợp với nănglực đào tạo của sinh viên ngành Cơ điện tử

Từ những nhận thức trên, em đã chọn thực hiện đề tài “Điều khiển bộ hàn ống

tự động” với mong muốn nghiên cứu, thiết kế và xây dựng một mô hình hệ thống

có khả năng điều khiển động cơ quay ống tự động theo tốc độ ổn định, hỗ trợ quátrình hàn thủ công hoặc bán tự động, qua đó cải thiện chất lượng mối hàn, tăngnăng suất lao động và giảm sự phụ thuộc vào kỹ năng thợ hàn Đề tài tập trung vàocác nội dung như: thiết kế cơ cấu gá và quay ống, điều khiển tốc độ quay bằngPLC, giao diện HMI đơn giản và dễ vận hành

Đề tài này mang ý nghĩa thực tiễn cao và giúp em hệ thống hóa và vận dụngkiến thức đã học về cơ khí, điện tử, điều khiển tự động và lập trình, đồng thời rènluyện các kỹ năng quan trọng như: tư duy hệ thống, giải quyết vấn đề kỹ thuật,làm việc độc lập, triển khai ý tưởng thành sản phẩm thực tế Đây là một bướcchuẩn bị quan trọng cho quá trình làm việc sau khi tốt nghiệp, đặc biệt trong bốicảnh tự động hóa đang là xu hướng chủ đạo trong sản xuất công nghiệp

Trang 16

Trang 17

1.4.3 Hàn TIG

3

Trang 18

Phụ lục

Trang 19

Trang 20

1.4.3 Hàn TIG

Trang 21

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục tiêu đề tài 1

1.3 Phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Khảo sát các giải pháp và hệ thống liên quan 2

1.4.1 Hàn hồ quang tay 2

1.4.2 Hàn MIG/MAG 3

1.4.3 Hàn TIG 3

1.4.4 Hàn plasma 4

1.5 Phương pháp nghiên cứu 4

1.6 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 4

1.7 Cấu trúc báo cáo 5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Giới thiệu về hàn quỹ đạo 6

2.2 Giới thiệu bộ điều khiển thiết bị hàn ống tự động 10

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 21

3.1 Giới thiệu về hệ thống điều khiển 21

3.1.1 Thiết bị sử dụng trong bộ điều khiển 21

3.1.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống 33

3.1.3 Nguyên lý hoạt động 38

3.1.4 Sơ đồ đấu dây 39

3.2 Giao diện HMI 42

3.3 Quy trình vận hành và thử nghiệm 47

3.3.1 Các bước vận hành thiết bị 47

3.3.2 Kết quả thử nghiệm 49

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN 52

4.1 Kết luận 52

4.2 Đề xuất cải tiến 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

Trang 22

Trang 23

5

Trang 24

Trang 25

1.4.3 Hàn TIG

3

Trang 26

Phụ lục

Trang 27

4

Trang 28

Trang 29

2

Trang 30

Trang 31

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1 1.1 Lý do chọn đề tài 1 1.2 Mục tiêu đề tài 1 1.3 Phạm vi nghiên cứu 2 1.4 Khảo sát các giải pháp và hệ thống liên quan 2 1.4.1 Hàn hồ quang tay 2 1.4.2 Hàn MIG/MAG 3 1.4.3 Hàn TIG 3 1.4.4 Hàn plasma 4 1.5 Phương pháp nghiên cứu 4 1.6 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 4 1.7 Cấu trúc báo cáo 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 2.1 Giới thiệu về hàn quỹ đạo 6 2.2 Giới thiệu bộ điều khiển thiết bị hàn ống tự động 10 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 21 3.1 Giới thiệu về hệ thống điều khiển 21 3.1.1 Thiết bị sử dụng trong bộ điều khiển 21 3.1.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống 33 3.1.3 Nguyên lý hoạt động 38 3.1.4 Sơ đồ đấu dây 39 3.2 Giao diện HMI 42 3.3 Quy trình vận hành và thử nghiệm 47 3.3.1 Các bước vận hành thiết bị 47 3.3.2 Kết quả thử nghiệm 49 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN 52 4.1 Kết luận 52 4.2 Đề xuất cải tiến 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

Trang 32

Trang 33

1.4.3 Hàn TIG

3

Trang 34

Phụ lục

Trang 35

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1 1.1 Lý do chọn đề tài 1 1.2 Mục tiêu đề tài 1 1.3 Phạm vi nghiên cứu 2 1.4 Khảo sát các giải pháp và hệ thống liên quan 2 1.4.1 Hàn hồ quang tay 2 1.4.2 Hàn MIG/MAG 3 1.4.3 Hàn TIG 3 1.4.4 Hàn plasma 4 1.5 Phương pháp nghiên cứu 4 1.6 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 4 1.7 Cấu trúc báo cáo 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 2.1 Giới thiệu về hàn quỹ đạo 6 2.2 Giới thiệu bộ điều khiển thiết bị hàn ống tự động 10 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 21 3.1 Giới thiệu về hệ thống điều khiển 21 3.1.1 Thiết bị sử dụng trong bộ điều khiển 21 3.1.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống 33 3.1.3 Nguyên lý hoạt động 38 3.1.4 Sơ đồ đấu dây 39 3.2 Giao diện HMI 42 3.3 Quy trình vận hành và thử nghiệm 47 3.3.1 Các bước vận hành thiết bị 47 3.3.2 Kết quả thử nghiệm 49 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN 52 4.1 Kết luận 52 4.2 Đề xuất cải tiến 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

Trang 36

Trang 37

1.4.3 Hàn TIG

3

Tiêu đề	Điều Khiển Hệ Thống Đầu Hàn Ống Tự Động
Tác giả	Nguyễn Thái Phiên
Người hướng dẫn	ThS. Dương Thế Phong, ThS. Đồng Sĩ Linh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Chuyên ngành	Cơ Điện Tử
Thể loại	Đồ án
Năm xuất bản	2025
Thành phố	TP.HCM

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	8,52 MB