1.Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất Là dùng năng lượng phi sinh vật (cơ, điện, điện tử...) để thực hiện một phần hay toàn bộ quá trình công nghệ mà ít nhiều không cần sự can thiệp của con người. Tự động hóa 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 móc lắp ráp tự động. Người máy công nghiệp. Hệ thống vận chuyển và điều khiển vật liệu tự động Hệ thống máy tính cho việc soạn thảo kế hoạch, thu thập dữ liệu và ra quyết định để hỗ trợ sản xuất. 1.1.Phân loại tự động hóa 1.1.1. Tự động hóa cứng Là một hệ thống trong đó một chuỗi các hoạt động (xử lý hay lắp ráp) cố định trên một cấu hình thiết bị. Các nguyên công này trong dây chuyền thường đơn giản. Chính sự hợp nhất và phối hợp các nguyên công như vậy vào một thiết bị làm cho hệ thống trở nên phức tạp. Những đặc trưng chính của tự động hóa cứng: Đầu tư ban đầu cao cho những thiết kế theo đơn đặt hàng. Năng suất máy cao. Tương đối không linh hoạt trong việc thay đổi các thích nghi trong thay đổi sản phẩm.
Trang 1CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG
1.Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất
Là dùng năng lượng phi sinh vật (cơ, điện, điện tử ) để thực hiện một phần hay toàn bộ quá trình công nghệ mà ít nhiều không cần sự can thiệp của con người Tự động hóa 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 móc lắp ráp tự động
- Người máy công nghiệp
- Hệ thống vận chuyển và điều khiển vật liệu tự động
- Hệ thống máy tính cho việc soạn thảo kế hoạch, thu thập dữ liệu và ra
quyết định để hỗ trợ sản xuất
1.1.Phân loại tự động hóa
1.1.1 Tự động hóa cứng
Là một hệ thống trong đó một chuỗi các hoạt động (xử lý hay lắp ráp) cố định trên một cấu hình thiết bị Các nguyên công này trong dây chuyền thường đơn giản Chính sự hợp nhất
và phối hợp các nguyên công như vậy vào một thiết bị làm cho hệ thống trở nên phức tạp Những đặc trưng chính của tự động hóa cứng:
- Đầu tư ban đầu cao cho những thiết kế theo đơn đặt hàng
- Năng suất máy cao
- Tương đối không linh hoạt trong việc thay đổi các thích nghi trong thay
đổi sản phẩm
1.1.2 Tự động hóa lập trình
Thiết bị sản xuất được thiết kế với khả năng có thể thay đổi trình tự các nguyên công để thích ứng với những cấu hình sản phẩm khác nhau Chuỗi hoạt động có thể được điểu khiển bởi một chương trình, tức là một tập lệnh được mã hóa để hệ thống đọc và diễn dịch chúng Những chương trình mới có thể đươc chuẩn bị và nhập vào thiết bị để tạo ra sản phẩm mới Một vài đặc trưng của tự động hóa lập trình:
- Đầu tư cao cho những thiết bị có mục đích tổng quát
- Năng suất tương đối thấp so với tự động hóa cứng
- Sự linh hoạt khi có sự thay đổi cấu hình trong sản phẩm mới
- Thích hợp nhất cho sản xuất hàng loạt
Tự động hóa linh hoạt là sự mở rộng của tự động hóa lập trình được Khái niệm của tự động hóa linh hoạt đã được phát triển trong khoảng 25 đến 30 năm vừa quá và những nguyên
lý vẫn còn đang phát triển
1.1.3 Tự động hóa linh hoạt
Là hệ thống tự động hóa có khả năng sản xuất ra nhiều sản phẩm khác nhau mà hầu như không mất thời gian cho việc chuyển đổi từ sản phẩm này sang sản phẩm khác Không mất
Trang 2thời gian cho sản xuất hay cho lập trình lại và thay thế các cài đặt vật lý (công cụ đồ gá, máy móc) Hiệu quả là hệ thống có thể lên kế hoạch kết hợp sản xuất khác nhau thay vì theo từng loại riêng biệt Đặc trưng của tự động hóa linh hoạt có thể tóm tắt sau:
- Đầu tư cao cho thiết bị
- Sản xuất liên tục những sản phẩm hỗn hợp khác nhau
- Tấc độ sản xuất trung bình
- Tính linh hoạt khi sản phẩm thay đổi thiết kế
1.2 Tự động hóa trong thời đại hiện nay
Ngày nay nhiều nước tiên tiến trên thế giới đã có nhiều đường dây tự động phân xưởng
tự động và cả nhà máy tự động gia công các sản phẩm hàng loạt lớn, hàng khối như vòng bi, pittông
Để áp dụng tự động hóa vào sản xuất hàng loạt nhỏ và sản xuất đơn chiếc khi mà số lượng chi tiết trong loạt ít mà chủng loại nhiều, người ta dùng máy điều khiển theo chương trình số Máy này cho phép điều chỉnh máy nhanh khi chuyển sang gia công loạt chi tiết khác Bước phát triển tiếp theo là sự xuất hiện của trung tâm gia công mà đặc điểm của nó là có ổ trữ dụng cụ để thay thế theo trình tự gia công Những năm gần đây trên thế giới đặc biệt là các nước tư bản có khuynh hướng mạnh hệ thống sản xuất linh hoạt Ưu điểm nổi bật của nó là hệ
số sử dụng thiết bị cao (85%) năng suất cao và tính linh hoạt rất cao Nó được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp máy công cụ, máy ô tô, máy kéo và công nghiệp hàng không Trong hệ thống sản xuất linh hoạt có thể áp dụng tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất từ công đoạn thiết kế tự động chi tiết, tự động thiết kế quy trình công nghệ, thiết kế tự động chương trình gia công, tự động điều khiển quá trình sản xuất, tự động kiểm tra chất lượng sản phẩm Đây là hình thức tự động hóa tiến bộ nhất đưa lại hiệu quả kinh tế lớn
1.3 Sự cần thiết của tự động hóa
Các công ty hỗ trợ các dự án về vấn đề tự động hóa vì nhiều lý do khác nhau
+ Nâng cao năng suất
Tự động hóa các quá trình sản xuất hứa hẹn việc nâng cao năng suất lao động Điều này
có nghĩa tổng sản phẩm đầu ra đạt năng suất cao hơn so với hoạt động bằng tay tương ứng
+ Chi phí nhân công cao
Xu hướng trong xã hội công nghiệp của thế giới là chi phí cho công nhân không ngừng tăng lên Kết quả là đầu tư cao lên trong các thiết bị tự động hoá đã trở nên kinh tế hơn để có thể thay đổi chân tay Chi phí cao của lao động đang ép các nhà lãnh đạo doanh nghiệp thay thế con người bằng máy móc Bởi vì máy móc có thể sản xuất ở mức cao, việc sử dụng tự động hoá đã làm cho chi phí trên một đơn vị sản phẩm thấp hơn
+ Sự thiếu lao động
Trong nhiều quốc gia phát triển, có sự thiếu hụt lớn lực lượng lao động Chẳng hạn như Tây Đức đã bị ép buộc phải nhập khẩu lao động để làm tăng nguồn cung cấp lao động của mình Việc thiếu hụt lao động cũng kích thích sự phát triển của tự động hoá
+ Xu hướng dịch chuyển của lao động về thành phần dịch vụ
Xu hướng này đặc biệt thịnh hành ở Mỹ vào lúc 1986, tỷ lệ lao động được thuê trong sản xuất 20% Năm 1947, nó vào khoảng 30% Trước năm 2000, ước lượng là đạt con số khoảng 2% Chắc chắn là tự động hoá sản xuất đã tạo ra sự dịch chuyển này Tuy nhiên còn có nhiều sức ép xã hội, đoàn thể chịu trách nhiệm cho xu hướng này Sự phát triển của lực lượng lao động văn phòng được thuê, được chính phủ liên bang, tiểu bang và địa phương đã tiêu thụ
Trang 3một phần lao động mà đáng lẽ đã phải tiêu thụ ở khu vực sản xuất Ngoài ra, còn có xu hướng xem công việc là tẻ nhạt, không có ý nghĩa là bẩn thỉu Quan điểm này đã khiến cho mọi người tìm kiếm việc làm trong thành phần dịch vụ của nền kinh tế ( Chính phủ, bảo hiểm, dịch vụ cá nhân, pháp luật bán hàng …)
+ Sự an toàn
Bằng việc tự động hoá 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 Sự an toàn và thoải mái của công nhân đã trở thành mục tiêu quốc gia với sự ban hành đạo luật sức khoẻ và an toàn nghề nghiệp (1970) Nó cũng là sự tự động hoá
+ Giá nguyên vật liệu cao
Giá cao của nguyên vật liệu tạo ra nhu cầu sử dụng các nguyên vật một cách hiệu quả hơn Việc giảm phế liệu là một trong những lợi ích của tự động hoá
+ Nâng cao chất lượng sản phẩm
Các hoạt động tự động hoá không chỉ sản xuất với tốc độ nhanh hơn so với làm bằng tay mà còn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chính xác đối với các tiêu chuẩn chất lượng
+ Rút ngắn thời gian sản xuất
Tự động hoá cho phép nhà sản xuất rút ngắn thời gian giữa việc đặt hàng của khách hàng và thời gian giao sản phẩm Điều này tạo cho người có ưu thế cạnh tranh trong việc tăng cường dịch vụ khách hàng tốt hơn
+ Giảm bớt phôi liệu đang sản xuất
Lượng hàng tồn kho khi đang sản xuất tạo ra một chi phí đáng kể cho nhà sản xuất vì nó giữ chặt vốn lại Hàng tồn kho khi đang sản xuất không có giá trị Nó không đóng vai trò như nguyên vật liệu hay sản phẩm Tương tự như nhà sản xuất sẽ có lợi khi giảm tối thiểu lượng phôi tồn đọng trong sản xuất Tự động hoá có xu hướng thực hiện mục đích này bởi việc rút ngắn thời gian gia công toàn bộ sản phẩm phân xưởng
+ Tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh, năng suất chất lượng ổn định
Đầu tư vào các dây chuyền tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh hơn so với việc đầu tư đào tạo con người Đồng thời năng suất, chất lượng sản phẩm ổn định Tất cả những nhân tố trên hợp thành một bản đồng ca biến việc tự động hoá sản xuất thành một công cụ hấp dẫn thay cho phương pháp sản xuất bằng tay
+ Nhận xét: : Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm, đồng thời tăng năng suất ta chọn hệ thống lắp ráp tự động đó là một quy luật tất yếu phải xảy ra.
2.Máy tự động
2.1.Khái niệm
Máy tự động là máy hoàn thành được một nhiệm vụ, chức năng nào đó theo một
chương trình đã được lập trình sẵn mà không có sự can thiệp của con người
Trang 42.2 Đặc điểm
Máy tự động được chia làm 2 loại:
- Máy tự động theo chương trình cứng
- Máy tự động khả trình
2.2.1 Máy tự động theo chương trình cứng.
Đó là các máy tự động làm việc theo chương trình đã lập trình sẵn theo các cơ cấu như
cơ cấu cam,dưỡng, cữ chặn, công tắc hành trình… Các máy loại này thường có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, độ chính xác thấp hơn các máy điều khiển số, không có khả năng lập trình được nên khi muốn thay đổi chi tiết sản phẩm chúng ta phải thay đổi lại cơ cấu
2.2.2 Máy tự động khả trình.
Đó là các máy tự động như CN,CNC, DNC So với các máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (dùng cam, cữ chặn, công tắc hành trình…), chúng có tính linh hoạt cao trong công việc lập trình, đặc biệt khi có trợ giúp của máy tính, tiếc kiệm thời gian chỉnh máy, đạt được tính kinh tế cao ngay cả với sản xuất loạt nhỏ, độ chính xác cao, có thể thay đổi lập trình một cách dễ dàng
Trang 52.3 Phương pháp điều khiển
2.3.1 Điều khiển không theo chương trình số
- Dạng thông tin là liên tục, phụ thuộc vào nhau
- Có thể điều khiển bằng cữ hành trình, cữ chặn, điều khiển chép hình
Điều khiển theo cữ chặn, cữ hành trình
+ Ưu điểm:
Kết cấu đơn giản, giá thành hạ
Đặt khống chế các vị trí linh hoạt
Tác động đến các đối tượng điều khiển ( khí nén, thủy lực…)
+ Nhược điểm :Hay va chạm, mài mòn nên độ cứng ~ 50 HRC
+ Ứng dụng trong các chuyển động đơn giản như chuyển động quay chuyển động thẳng …
Điều khiển theo biến dạng cam
Cam là cơ cấu có tâm quay không trùng với tâm hình học của nó và khi quay tạo ra sự thay đổi về bán kính nên sinh ra quá trình điều khiển tương ứng
+ Ưu điểm : cho phép điều khiển chính xác theo quy luật và cho phép kết hợp tối ưu hóa trong quá trình điều khiển
+Nhược điểm : phải thong qua các bộ truyền nếu kết cấu công trình phức tạp, tạo tiếng ồn
Điều khiển chép hình
Là dạng điều khiển tín hiệu liên tục cho phép điều khiển máy móc hệ thống theo quy luật, năng suất độ tin cậy cao tuy nhiên chúng không linh hoạt về mặt công nghệ do đó nó được ứng dụng trong các khu vực sản xuất tạo ra các sản phẩm có kết cấu tiêu chuẩn không thay đổi
2.3.2 Điều khiển theo chương trình số
Trang 6Là dạng điều khiển mà mỗi một thông tin đơn vị ứng với một đại lượng dịch chuyển gián đoạn của cơ cấu chấp hành Đại lượng này cũng gọi là khả năng giải quyết hay giá trị dung
Nó được mô tả :
L=q.n Trong đó: L là đại lượng dịch chuyển cơ cấu chấp hành
q là giá trị xung , n là số lượng tín hiệu xung
Phương pháp điều khiển số cho phép rời rạc hóa tín hiều điều khiển dưới dạng nhị phân Các tín hiệu này được lưu trữ dưới dạng chương trình và được lưu lại
Điều khiển vi xử lí
Cho phép tạo ra hệ thống sản xuất tự động linh hoạt về mặt công nghệ, kỹ thuật
kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo và vận hành
Chỉ áp dụng được những mô hình, máy tự động công suất, kích thước nhỏ
Điều khiển logic khả trình 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 PLC dùng để thay
thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra
Trang 7PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General
Electric, Omron, Honeywell
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 tại các thời điểm
đã lập trình
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:
Modul mở rộng
trình cho các máy tự động Chúng có độ chính xác cao làm việc linh hoạt nhưng khi thay đổi chương trình gia công thì phức tạp khó khan hơn so với phương pháp CNC
Điều khiển CNC :
Viết tắt cho Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) (điều khiển bằng máy tính) – đề
chương trình viết bằng kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G
sau máy công cụ thông thường) Các máy CNC có một máy tính để thiết lập phần mềm để điều khiển chức năng dịch chuyển của máy
cao, tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng gia công, dễ dàng thay đổi lập trình
Nhược điểm.Giá thành chế tạo máy cao hơn,giá mua máy đắt hơn, giá thành bảo
dưỡng, sữa chữa máy cũng cao hơn; Vận hành máy phức tạp hơn, thay đổi người đứng máy khó khăn hơn
Trang 8 Điều khiển DNC :
DNC được viết tắt từ DISTRIBUTED NUMERICAL CONTROL mà ở đó chương trình điều khiển máy CNC được truyền đến một hay nhiều máy CNC từ máy tính Cấu trúc của một hệ thống DNC bao gồm máy CNC, hệ thống truyền dữ liệu cho máy CNC (hệ thống máy tính, cáp truyền dữ liệu, cổng giao diện…)
3.Hệ thống cấp phôi tự động
Trong thực tế hiện nay có rất nhiều nhà máy xí nghiệp được trang bị các hệ thống cấp phôi tự động như hệ thống cấp phôi tự động cho máy khoan,hệ thống cấp phôi tự động cho máy phay… nhằm nâng cao năng suất và đạt chất lượng hiệu quả cao trong quá trình sản xuất
Để đảm bảo yêu cầu của một hệ thống cấp phôi tự động,có nghĩa là phải đảm bảo được việc cung cấp đủ về số lượng phôi cho máy công tác để hệ thống hoạt động một cách liên tục
có tính đến lượng dự trữ,cấp phôi đúng thời điểm với độ chính xác về vị trí và định hướng trong không gian với độ tin cậy cao.Hệ thống cấp phôi đầy đủ cần phải có các thành phần sau đây:
-Phễu chứa phôi hoặc ổ chứa phôi
-Máng dẫn phôi
-Cơ cấu định hướng phôi
-Cơ cấu phân chia phôi
Trang 9-Cơ cấu điều chỉnh tốc độ phôi
-Cơ cấu bắt –nắm phôi khi gá đặt và tháo chi tiết sau khi gia công xong
4.Cơ cấu cấp phôi rời.
4.1.Phân lọai
– Phôi rời
– Phôi thanh
– Phôi cuộn
4 1.1 Theo phương pháp xếp chi tiết trong thùng chứa
- CCCP rời xếp 1 dãy
- CCCP rời xếp nhiều dãy
- CCCP rời xếp hỗn độn
CCCP rời hỗn độn là CCCP hoàn thiện nhất trong số 3 loại trên
4.1.2 Theo phương pháp chuyển động của chi tiết trong máng trữ phôi:
- Tự chạy: do động lực của bản thân chi tiết
- Nửa tự chạy: vừa do trọng lực vừa do
cưỡng bức
- Cưỡng bức: hoàn toàn cưỡng bức
4.1.3 Theo mức độ vạn năng
- Vạn năng
- Vạn năng có điều chỉnh
- Chuyên dùng
Theo dạng chuyển động của cơ cấu vận chuyển phôi từ thùng chứa vào máng trữ phôi, CCCP tự động phân ra thành các loại sau đây.
Chuyển động tịnh tiến qua lại
Chuyển động lắc
Trang 10Chuyển động quay tròn Chuyển động rung
4.1.4.Sơ đồ chung của cơ cấu cấp phơi rời
Cơ cấu gạt trả phôi định
hướng sai về phễu
Máng dẫn
Cơ cấu tách phôi
và gạt phôi Đồ gá
4.1.5.MÁNG DẪN (TRỮ ) PHÔI
Trang 124.1.6.Các cơ cấu tách phôi
Trang 13Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG CẤP PHÔI VÀ CHIẾT RÓT
SẢN PHẨM KEO 502
1.Giới thiệu về hệ thống chiết chất lỏng và nhiệm vụ của đề tài.
1.1.Hệ thống chiết chất lỏng:
Các sản phẩm dưới dạng lỏng sau khi được sản xuất, chế biến cần phải được chứa trong những bình chứa có dung tích nhất định Trong các ngành như ngành dược, ngành sản xuất thực phẩm dưới dạng lỏng, ngành khai thác và chế biến dầu khí thì việc ứng dụng chiết tự động là rất cần thiết, đảm bảo độ chính xác về thể tích, giữ vệ sinh cho sản phẩm, tăng năng suất
1.2.Nhiệm vụ của đề tài:
Trong phạm vi bài tập lớn của nhóm, chúng em được giao nhiệm vụ thực hiện thiết kế hệ thống cấp phôi tự động cho quá trình đóng nắp sản phẩm keo 502.
Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống chiết rót tự động:
- Năng suất : 5000 chai/ giờ.
- Dung tích bình chứa 100 ml.
- Đảm bảo khi chiết không bắn tung toé keo ra phạm vi xung quanh.
- Sử dụng 3 vòi chiết.
- Các chi tiết máy bảo đảm độ bền khi tiếp xúc với keo.
- Trong quá trình chiết, nắp chai được cấp tự động đến các miệng chai.
2.1 Phân tích quy trình của hệ thống.
- Từ yêu cầu kỹ thuật của hệ thống chiết, qua phân tích hệ thống chiết phải gồm có
các bộ phận sau:
- Băng tải vận chuyển chai.
- Cụm định lượng keo (100ml).
- Cụm chiết keo
- Cụm cấp nắp vào miệng chai (sau khi đã được chiết ).
- Cụm đóng nắp.
- Ngoài ra hệ thống cần phải có bộ phận điều khiển, các công tắc hành trình, cảm
biến đếm chai…
