Mô hình hóa và lập trình điều khiển tự động dây chuyền cắt tôn silic

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội --- luận văn thạc sĩ khoa học Mô hình hoá và lập trình điều khiển tự động Dây chuyền cắt tôn silic ngành : công nghệ chế tạo máy

Mô hình hoá và lập trình điều khiển

Tự động dây chuyền cắt tôn silic

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội

-

luận văn thạc sĩ khoa học

Mô hình hoá và lập trình điều khiển tự động

Dây chuyền cắt tôn silic

ngành : công nghệ chế tạo máy

mã số:23.04.3898Phạm minh phúc

Người hướng dẫn khoa học : GS.TS Trần văn địch

2 Cơ sở tiếp cận và những vấn đề cần giải quyết 10 Chương 2: kết cấu, nguyên lý hoạt động của dây chuyền

1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động toàn bộ dây chuyền 12

1.2 Nguyên lý hoạt động của dây chuyền 17

1.2.2 Các bước tạo ra sản phẩm cột bên 18 1.2.3 Các bước tạo ra sản phẩm xà ngang 18 1.2.4 Các bước tạo ra sản phẩm cột giữa 19

2 Cấu tạo - Nguyên lý hoạt động của các máy chính 20 2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy cắt chéo 20 2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy cắt V 21 2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nhả tôn 22 2.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy cấp liệu 24 2.5 Cấu tạo của một số bộ phận quan trọng khác 25

2.5.1 Bộ tải trung gian 25

4.1 Mô hình hoá vè tính toán tham số động học hệ thống 41 4.2 Tổng hợp tham số của bộ điều khiển vị trí 43 4.3 Thiết kế chế tạo phần cứng ghép nối và điều khiển 45 Chương 4: NGUYÊN Lý ĐIềU KHIểN Và CHƯƠNG TRìNH

1 Nguyên lý điều khiển tự động và thiết bị điều khiển PLC 47

1.2 Cấu trúc bên trong của hệ thống PLC 51 1.3 Bộ điều khiển PLC dùng trong dây chuyền 53

1.6 Chu trình làm việc và lưu đồ thuật toán của dây chuyền 58

2 Chương trình điều khiển PLC cho dây chuyền 62

Tµi liÖu tham kh¶o 88

Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t

Danh mục các bảng, hình vẽ, đồ thị

Trang

01 Hình 1.1: Dây chuyền cắt tôn silic tự động

do Astronic (Thụy Sĩ) sản xuất 8

02 Hình 1.2: Dây chuyền cắt tôn silic tự động

03 Hình 1.3: Dây chuyền cắt tôn silic tự động

do Viện IMI sản xuất 9

04 Bảng 2.1: Các máy và các cụm chính trong dây chuyền 12

05 Hình 2.1: Bản vẽ lắp dây chuyền cắt tôn silic tự động 13

06 Hình 2.2: Chu trình làm việc của dây chuyền cắt tôn silic 14

17 Hình 3.1: Chu trình công nghệ cắt trụ giữa 31

18 Hình 3.2: Chu trình công nghệ cắt xà ngang và trụ biên 33

19 Hình 3.3: Tính năng kỹ thuật của dây chuyền sản xuất 36

20 Hình 3.4: Đặc tính điều chỉnh của hệ thống 40

21 Hình 3.5: Cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển 42

23 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống 50

25 Hình 4.2: a) Kiểu hộp đơn ; b) Kiểu module nối ghép 50

28 Hình 4.5: Bộ điều khiển PLC Simantic S7-200 53

29 Hình 4.6: Chu trình làm việc của dây chuyền cắt tôn silic 59

30 Hình 4.7: Lưu đồ thuật toán của dây chuyền cắt tôn silic 60

Mở đầu

Kể từ khi ra đời và phát triển cho tới nay, ngành cơ khí nói riêng và CN CTM nói riêng đã không ngừng phát triển và đạt được những thành tựu vô cùng to lớn Nó đóng một vai trò rất quan trọng trong các chiến lược phát triển kinh tế và KHKT của mỗi quốc gia trên thế giới

Trong giai đoạn hiện nay, do tính chất của việc sản xuất ngày càng tăng, việc thay thế dần sức lao động của con người trong các dây chuyền sản xuất bằng sự hoạt động của máy móc càng được chú trọng Việc tự động hoá các dây chuyền trong sản xuất cơ khí sẽ giúp giải phóng sức lao động của con người, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Qua đó, một nhiệm vụ công nghệ được đặt ra là không ngừng nghiên cứu, phân tích quá trình động học của các dây chuyền, từng bước tiến tới tự động hoá các dây chuyền sản xuất, tìm tòi ra các quy trình công nghệ mới, cải tiến quy trình công nghệ cũ

để phục vụ sản xuất

Ngày nay, cùng với sự phát triển của các máy CNC, các trung tâm gia công, các dây chuyền sản xuất mang tính tự động hoá rất cao thì nhiệm vụ trên càng trở nên quan trọng hơn bao giờ hết Việc tự động hoá từng phần dây chuyền hay tự động hoá toàn bộ dây chuyền một cách hợp lý sẽ hạn chế được thời gian “chết” của máy và đồng thời làm tăng năng suất của cả dây chuyền

Trong phạm vi của luận văn cao học: “Mô hình hoá và lập trình điều

khiển tự động dây chuyền cắt tôn silic“, em xin trình bày các vấn đề cơ bản

sau:

- Kết cấu và nguyên lý hoạt động của dây chuyền

- Phân tích động học và mô hình hoá dây chuyền

- Nguyên lý điều khiển và chương trình điều khiển PLC cho dây chuyền

Em cũng xin được trân trọng cảm ơn GS-TS Trần Văn Địch đã tận tình

hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành tốt chuyên đề này

Chương 1: tổng quan về dây chuyền

cắt lõi tôn silic

1 Phân tích, đánh giá các công trình cắt lõi tôn silic đã có

1.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất của nước ngoài

Trải qua một thời kỳ phát triển không ngừng, các ngành KHKT nói chung cũng CN CTM nói riêng của các nước trên thế giới đã đạt được những thành tựu rất to lớn, đặc biệt là ở các nước tiên tiến Các thiết bị, các dây chuyền sản xuất luôn được cải tiến và hoàn thiện nhằm nâng cao năng suất, chất lượng và hiệu quả sử dụng Thực tiễn sản xuất đã đặt ra cho các nhà khoa học một nhiệm vụ lớn lao đó là phải không ngừng nghiên cứu, không ngừng sáng tạo để tối ưu hoá các thiết bị, máy móc đang có, đồng thời phát minh ra các kết cấu mới, các thiết bị mới mang tính đột phá và có hàm lượng chất xám cao

Trên thế giới, nhất là ở các nước có nền công nghiệp phát triển, các thiết

bị, dây chuyền sản xuất mang tính tự động hoá rất cao Trong những thiết bị

được làm ra để phục vụ cho ngành sản xuất điện, các nước G7, Trung Quốc và Hàn Quốc đã đạt được những thành tựu rất lớn Điều đó cho phép họ có được một thị phần rộng lớn ở hầu khắp các nước trên thế giới

Về mặt hình thức, các dây chuyền kể trên có kết cấu tương đối nhỏ gọn, hiện đại, phù hợp với mức độ sản xuất lớn và trung bình Về mặt công nghệ,

họ đi sâu vào nghiên cứu tối ưu hoá các bộ phận, các cụm chi tiết để từ đó tạo

ra các block, các modul tiêu chuẩn cho từng máy móc cụ thể Không những thế, năng suất, chất lượng cắt cũng không ngừng được nâng cao bằng việc sử dụng các loại vật liệu làm dao khác nhau cộng với các chế độ nhiệt luyện phù hợp để tuổi thọ của dao cắt là tối đa Các bài toán riêng lẻ cũng như những bài toán tích hợp giữa các thông số chế độ cắt, vật liệu làm dao, ma sát-mòn,…đã

được giải quyết một cách chính xác để đem lại sự tối ưu hoá cho toàn bộ dây

chuyền Dưới đây là hình ảnh của dây chuyền cắt tôn silic tự động điều khiển PLC của một số nước:

Hình 1.1: Dây chuyền cắt tôn silic tự động

do Astronic (Thụy Sĩ) sản xuất

Hình 1.2: Dây chuyền cắt tôn silic tự động

do MTM (Canada) sản xuất

Qua một số tài liệu của các nước CHLB Đức, Thuỵ Điển, Nhật Bản, Trung Quốc,…về các thiết bị cắt tôn silic tự động, có thể thấy được là họ có

sự đầu tư nghiên cứu có chiều sâu về sự ảnh hưởng tương quan giữa các nhân

tố dẫn tới việc mòn dao cắt như: vật liệu, chế độ cắt, ma sát,…(ở đây, các nghiên cứu đã chỉ rõ nhiệt độ cắt ít có ảnh hưởng tới lượng mòn dao ở trong

thiết bị này) Từ các kết quả nghiên cứu đó, các nhà khoa học nước ngoài đã

đưa ra được một số vật liệu làm dao phù hợp nhất cũng như các thông số về chế độ cắt và các kết cấu máy tối ưu

Tất cả các nhân tố trên đã tạo ra cho thiết bị một tính cạnh tranh rất cao trên thị trường và đó cũng là nguyên nhân chính trong việc các dây chuyền thiết bị chính phục vụ cho ngành sản xuất điện của nước ta chủ yếu là thiết bị ngoại nhập

1.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất trong nước

Như đã nói ở trên, các thiết bị chính phục vụ cho ngành sản xuất điện chủ yếu nhập từ nước ngoài Điều đó không những tạo ra một sự thất thoát về ngoại tệ mà đồng thời nó còn phản ánh sự yếu kém của chúng ta cả về KHKT cũng như về việc đầu tư nghiên cứu cho lĩnh vực này

Hình 1.3: Dây chuyền cắt tôn silic bán tự động

do Viện IMI sản xuất

Phần lớn các dây chuyền cắt lõi biến thế tôn silic do nước ta sản xuất đều khá thô sơ, thiếu tính đồng bộ và dừng lại ở mức tự động hoá rất thấp Một số dây chuyền (như của Viện IMI ở hình 1.3) đã qua 2, 3 lần sản xuất, cải tiến cũng chỉ dừng lại ở mức độ bán tự động Và điều quan trọng hơn đó là gần

như tất cả các dao cắt nằm trong các dây chuyền này đều nhập từ Đài Loan, Trung Quốc, Nhật Bản,…

ở nước ta, đã có rất nhiều nghiên cứu được thực hiện nhằm tối ưu hoá chế độ cắt cùng với sử dụng các vật liệu làm dao phù hợp để hạn chế tối đa lượng mòn dao, nâng cao năng suất và hiệu quả sử dụng Rất nhiều nghiên cứu

có được kết quả và độ chính xác cao Tuy nhiên, việc ứng dụng rộng rãi cũng như có chiều sâu các nghiên cứu đó trong thực tiễn sản xuất vẫn còn có nhiều hạn chế dẫn tới kìm hãm sự phát triển của lĩnh vực này

Điều đó đặt ra cho chúng ta một thách thức rất lớn trong việc phải nghiên cứu để có thể nắm bắt được những vấn đề cốt lõi nhất trong công nghệ chế tạo dao cắt, tính toán được lượng mòn dao phụ thuộc vào các thông số cắt cũng như vật liệu chế tạo, sản xuất được các loại dao cắt với chất lượng đạt đủ tiêu chuẩn, có thể cung cấp ở trong nước tiến tới xuất khẩu ra thị trường nước ngoài

2 Cơ sở tiếp cận và những vấn đề cần giải quyết

Qua nghiên cứu tìm hiểu những vấn đề cần giải quyết cũng như xuất phát

từ nhu cầu của thực tiễn sản xuất, Viện máy và dụng cụ công nghiệp đã tiến hành thiết kế, chế tạo một dây chuyền cắt lõi biến thế tôn silic điều khiển tự

động PLC thông qua việc kí kết hợp đồng với Nhà máy biến thế Hà Nội Nhiệm vụ đặt ra là dây chuyền này phải hơn hẳn các dây chuyền mà Viện IMI

đã sản xuất trước đó không chỉ bởi sự tối ưu hoá trong các kết cấu máy, sự

đồng bộ hoá giữa các máy trong dây chuyền mà còn ưu việt hơn ở mức độ tự

động

Trong khuôn khổ của luận văn, em không tham vọng đưa vào toàn bộ các vấn đề trong thiết kế và chế tạo dây chuyền mà tập trung đi sâu vào một số vấn đề sau:

- Giới thiệu cấu tạo của toàn bộ dây chuyền, các bộ phận chính trong dây chuyền để từ đó làm nổi bật lên các yêu cầu cần tính toán

- Phân tích động học của dây chuyền, nghiên cứu yêu cầu kỹ thuật của từng thiết bị Đưa ra yêu cầu kỹ thuật và đặc tính của dây chuyền Từ đó tiến hành thiết kế kỹ thuật, thiết kế các thiết bị và hệ thống điều khiển

- Chế tạo phần cứng ghép nối và điều khiển

- Tìm ra các bộ phận cần tự động hoá trong dây chuyền, giới thiệu thiết

bị điều khiển và lập chương trình điều khiển PLC cho dây chuyền Xây dựng chương trình điều khiển và giao diện vận hành người – máy

Chương 2: kết cấu, nguyên lý hoạt động

của dây chuyền Cắt lõi tôn silic tự động

điều khiển plc

1 cấu tạo và nguyên lý hoạt động toàn bộ dây chuyền

1.1 Cấu tạo chung của dây chuyền

Cấu tạo của toàn bộ dây chuyền cắt tôn silic tự động được thể hiện ở hình 2.1 (trang bên)

Bảng 2.1: Các máy và các cụm chính trong dây chuyền

và cột giữa Sản phẩm của dây chuyền được sử dụng cho các loại biến thế từ

250 KVA ữ 2500KVA Đây là các loại biến thế được dùng rộng rãi ở Việt Nam cũng như hầu khắp các nước trên thế giới

Trên cơ sở kế hoạch sản xuất đã lập sẵn cho số lượng sản phẩm trong một

ca, người vận hành dây chuyền sẽ tiến hành cắt ba loại sản phẩm: xà ngang, cột bên và cột giữa Các sản phẩm này sẽ lần lượt được cắt theo thứ tự, khi cắt hết số lượng sản phẩm này sẽ cắt sang sản phẩm khác Tuy cùng được cắt trên một dây chuyền nhưng các sản phẩm nói trên sẽ được tạo ra bởi các máy với

sự tham gia và thứ tự cắt cắt nhau

- Với sản phẩm xà ngang, máy cắt chéo số 1 sẽ cắt trước, sau đó sẽ đến máy cắt V cắt và kết thúc bằng việc máy cắt chéo số 2 sẽ cắt rời sản phẩm ra khỏi cuộn tôn

- Với sản phẩm cột bên, chỉ có sự tham gia của hai máy cắt chéo, máy cắt chéo số 1 sẽ cắt trước và máy cắt chéo số 2 sẽ cắt rời sản phẩm ra khỏi cuộn tôn

- Với sản phẩm cột giữa, máy cắt V sẽ cắt trước, sau đó sẽ đến máy cắt chéo số 1 cắt và kết thúc bằng việc máy cắt chéo số 2 sẽ cắt rời sản phẩm

Như đã nói ở trên, có 3 loại sản phẩm mà dây chuyền có thể tạo ra: xà ngang (hình 2.3a), cột bên (hình 2.3b) và cột giữa (hình 2.3c) Sau khi cắt, các sản phẩm bày sẽ được ghép với nhau để tạo thành lõi biến thế (hình 2.4) Do các sản phẩm sẽ được cắt với rất nhiều loại kích cỡ nên có thể tạo ra các loại biến thế theo một dải công suất khá lớn: 250 KVA ữ 2500KVA

H×nh 2.3: C¸c s¶n phÈm cña d©y chuyÒn

H×nh 2.4: Lâi biÕn thÕ sau khi ghÐp

Dây chuyền bao gồm 10 máy và cụm máy chính Trong đó các máy: máy cắt V, máy cắt chéo, máy nhả tôn và máy cấp liệu là các máy quan trọng trong dây chuyền Năng suất cũng như chất lượng sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào các máy này Chính vì vậy mà trong mục sau của phần này ta sẽ đi tìm hiểu về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của các máy đó Sau đây là một số thông số cơ bản của dây chuyền:

- Chiều rộng cắt tối đa: 400 (mm)

- Chiều dài cắt tối đa: 2000 (mm)

- Chiều dầy cắt: 0,27 ữ 0,37 (mm)

- Đường kính xy lanh: 125 (mm)

- áp suất khí nén: 5 (at)

- Kích thước choán chỗ: 1940 x 11400 x 2725 (mm)

1.2 Nguyên lý hoạt động của dây chuyền

1.2.1 Nguyên lý hoạt động chung

Dây chuyền hoạt động tự động hoàn toàn dựa trên chương trình điều khiển PLC và các cơ cấu chấp hành được tự động hóa ở mức độ tối đa Sản phẩm của dây chuyền được tính toán từ đầu và tạo ra các chương trình con mã hóa Khi cần thiết, người vận hành chỉ việc nhập mã của sản phẩm mà mình muốn tạo ra là dây chuyền có thể tự động chạy theo chương trình đã thiết lập Sau đây là các bước vận hành chính của dây chuyền:

- Cuộn tôn được lắp vào máy nhả tôn (01)

- Kéo đầu cuộn tôn vào trục thu của máy cấp liệu (02)

- Điều khiển bộ tải trung gian (08) cho phù hợp với kích cỡ tôn cần cắt

- Nhập mã chương trình và kiểm tra lại các thông số trước khi khởi động

- Cuộn tôn được máy cấp liệu (02) đưa đi qua các bộ tải trung gian để tới các máy cắt chéo (04, 05) và máy cắt V (03) Tại đây, dải tôn được cắt thành sản phẩm theo chương trình

- Sau khi cắt xong, sản phẩm được các con lăn kẹp chặt và phóng ra băng tải đầu ra (06) và ra bàn xếp sản phẩm (7) Sản phẩm được công nhân thu bằng tay và chuyển tới các công đoạn lắp ghép tiếp theo

- Tất cả các công đoạn trên đều được điều khiển bởi duy nhất một người vận hành Điều đó cho thấy được mức độ tự động rất cao của dây chuyền cũng như giảm thiểu tối đa số lượng nhân công cần thiết (5 ữ6 công nhân

ở các dây chuyền vận hành bằng tay) mà năng suất vẫn gấp 15ữ20 lần

1.2.2 Các bước tạo ra sản phẩm cột bên

Hình 2.5: Sản phẩm cột bên

Để tạo ra cột bên, ta cần sử dụng lưỡi cắt của 2 máy cắt chéo đặt đối xứng gương với nhau Sau khi dải tôn silic được máy cấp liệu đưa vào dây chuyền, đầu tiên, dao cắt của máy cắt chéo số 1 (nằm phía sau dây chuyền) sẽ cắt bỏ phần vật liệu (1), sau đó dao cắt của máy cắt chéo số 2 sẽ cắt tiếp nhát còn lại Phần sản phẩm cột bên sẽ được cơ cấu phóng phôi qua băng tải đầu ra

để đưa ra bàn xếp sản phẩm Phần dải tôn (2) sẽ được máy cấp liệu đẩy tiếp lên để cắt tiếp sản phẩm cột bên khác

1.2.3 Các bước tạo ra sản phẩm xà ngang

Hình 2.6: Sản phẩm xà ngang

Về cơ bản, các bước để tạo ra xà ngang cũng gần giống với xà bên Nó chỉ khác là ngoài việc sử dụng 2 máy cắt chéo thì còn phải dùng thêm một máy cắt V đặt ở phía trước Sau khi dải tôn silic được máy cấp liệu đưa vào dây chuyền, đầu tiên, dao cắt của máy cắt chéo số 1 (nằm phía sau dây chuyền) sẽ cắt bỏ phần vật liệu (1), sau đó dải tôn sẽ được kéo lùi lại tới vị trí cần cắt của máy cắt V, dao cắt của máy cắt V sẽ cắt bỏ đi phần vật liệu (3) Tiếp theo, dải tôn lại được đẩy lên tới vị trí của máy cắt chéo số 2, dao cắt của máy cắt chéo số 2 sẽ cắt tiếp nhát còn lại Phần sản phẩm xà ngang sẽ được cơ cấu phóng phôi qua băng tải đầu ra để đưa ra bàn xếp sản phẩm Phần dải tôn (2) sẽ được máy cấp liệu đẩy tiếp lên để cắt tiếp sản phẩm xà ngang khác

1.2.4 Các bước tạo ra sản phẩm cột giữa

Hình 2.7: Sản phẩm cột giữa

Cột giữa là sản phẩm có sơ đồ cắt và các bước thực hiện phức tạp nhất

Nó cũng sử dụng cả 2 máy cắt chéo và máy cắt V Sau khi dải tôn silic được máy cấp liệu đưa vào dây chuyền, đầu tiên, dải tôn sẽ được đưa tới vị trí cần cắt của máy cắt V, dao cắt của máy cắt V sẽ cắt bỏ đi phần vật liệu (1) và (2) Sau đó, dải tôn sẽ được đẩy lên tới vị trí của máy cắt chéo số 1, dao cắt của máy cắt chéo số 1 (nằm phía sau dây chuyền) sẽ cắt bỏ phần vật liệu (3) Tiếp theo, dải tôn lại được kéo trở lại vị trí của máy cắt chéo số 2, dao cắt của máy cắt chéo số 2 sẽ cắt tiếp nhát còn lại Phần sản phẩm xà ngang sẽ được cơ cấu phóng phôi qua băng tải đầu ra để đưa ra bàn xếp sản phẩm Phần dải tôn (4)

sẽ được máy cấp liệu đẩy tiếp lên để cắt tiếp sản phẩm cột giữa khác

2 Cấu tạo - Nguyên lý hoạt động của các máy chính

2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy cắt chéo

Hình 2.8: Máy cắt chéo

Máy cắt chéo là một trong hai loại máy quan trọng nhất của dây chuyền cùng với máy cắt V Nó mang dao cắt để trực tiếp cắt sản phẩm nên có ảnh hưởng lớn tới chất lượng của sản phẩm Hai máy cắt chéo được bố trí đối xứng nhau trong dây chuyền Các bộ phận chính của máy cắt chéo bao gồm:

Khi khởi động, khí nén có áp suất 5at được cấp vào một trong 2 xy lanh D125 Xy lanh đẩy thanh răng chuyển động thẳng làm quay bánh lệch tâm gắn trục có bánh răng ăn khớp với thanh răng Khi thanh răng thực hiện hết một hành trình tịnh tiến thì bánh lệch tâm cũng quay được một vòng, dao cắt trên thực hiện một lần cắt và nâng dao Sau đó, xy lanh còn lại tiếp đục đẩy thanh răng ngược lại để thực hiện lần cắt tiếp theo Cụm dẫn hướng hai bên làm bằng ray dẫn hướng bi để đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình chuyển động lên xuống của dao cắt Hai lò xo gắn với đế gá dao trên có tác dụng tạo ra xung lực khi cắt, hạn chế tối đa ba via

2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy cắt V

Hình 2.9: Máy cắt V

Như đã nói ở trên, máy cắt V là một trong hai loại máy quan trọng nhất của dây chuyền cùng với máy cắt chéo Nó có 2 dao cắt được gá vuông góc với nhau với dung sai là ±30’ Các bộ phận chính của máy cắt chéo bao gồm:

- 01: Cụm dẫn động thẳng

2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nhả tôn

Hình 2.9 là cấu tạo của máy nhả tôn:

- 10: Cụm đế máy

Hình 2.10: Máy nhả tôn

Máy bao gồm hai cuộn tôn được lắp đối xứng với nhau để khi hết cuộn này có thể quay 180° để sử dụng ngay cuộn tôn khác trong khi thay thế cuộn tôn đã hết, hạn chế rất nhiều thời gian dừng máy để thay thế cuộn tôn Đây chính là một trong những sự cải tiến so với dây chuyền bán tự động trước đây Cụm gá bung (03), (04) có tác dụng kẹp chặt 2 cuộn tôn (7), (8) bằng xylanh khí nén với khoảng dao động kích thước lõi cuôn tôn khá lớn (200mm) Hai

động cơ (01), (02) dùng để dẫn động cụm gá bung thông qua một bộ truyền bánh răng (5), (6) có tỷ số truyền 1/5 Cụm trục quay (09) có tác dụng quay bàn máy khi cần thay thế cuộn tôn Trong bản vẽ lắp của dây chuyền Ta thấy

có sự xuất hiện của hố bù tôn Đây chính là kết cấu để chứa lượng tôn nhả ra của máy nhả tôn bởi lượng tôn đó luôn đòi hỏi phải đủ cho máy cấp liệu

2.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy cấp liệu

Hình 2.11: Máy cấp liệu

Hình 2.10 là cấu tạo của máy cấp liệu:

- 01: Cụm sensor cảm biến

Dải tôn cần cắt được hai trục thu trên (04) và dưới (05) kéo vào băng dẫn thông qua cụm trục dẫn tôn (07) Các truyền động này được dẫn động bởi 2 cơ cấu dẫn động (08), (09) thông qua bộ truyền bánh răng côn Cụm khớp kẹp tôn (02) có tác dụng tạo lực ma sát ổn định giữa bánh dẫn và dải tôn Cụm sensor-datrict (01) sẽ làm việc khi dây chuyền gặp sự cố, tôn bị phồng lên chạm vào datrict, tín hiệu sẽ được truyền đến bộ điều khiển để thực hiện lệnh dừng khẩn cấp (Emergency stop)

2.5 Cấu tạo của một số bộ phận quan trọng khác

2.5.1 Bộ tải trung gian (tải phôi và vận chuyển sản phẩm)

Hình 2.12: Bộ tải trung gian

Chương III Mô hình hoá

dây chuyền cắt tôn silic

1 phần mở đầu

1.1 Tầm quan trọng của sản phẩm

Máy biến áp có một vai trò quan trọng trong việc chuyển tải điện năng

đến các khu công nghiệp, đến các hộ dùng điện và đến mọi miền đất nước Nhu cầu về chất lượng và số lượng của các máy biến áp có dung lượng từ 250KVA đến 2500KVA phục vụ cho ngành điện là khá lớn và khá cao trong

đó chỉ tiêu về hao tổn năng lượng trên máy biến áp phải đạt mức thấp nhất cho phép theo TCVN và TC quốc tế quy định Chỉ tiêu này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố trong đó phải kể đến những yếu tố chính sau:

- Chất lượng vật liệu cấu tạo lõi biến áp và chất lượng gia công vật liệu lõi biến áp (độ đồng đều về độ dầy, bề rộng, chiều dài của thanh ghép lõi, chất lượng các mép cắt chéo, mép cắt khuyết khẩu V…)

- Dạng kết cấu tạo hình lõi biến áp mà nhà thiết kế, chế tạo lựa chọn

Nhà thiết kế lựa chọn kết cấu của lõi biến áp nào đều nhằm đạt được hai mục đích sau:

- Giảm thiểu đến mức thấp nhất khe hở trong mạch từ vì đây là một trong những nguyên nhân chính gây ra tổn thất năng lượng trên máy biến áp Đồng thời phải giảm được hao phí vật liệu, nâng cao hiệu quả kinh doanh cho các nhà sản xuất

- Phải phù hợp với công nghệ sản xuất loạt vừa và lớn trên những dây chuyền tự động linh hoạt (tự động mềm), có thể thay đổi kích cỡ, tải trọng theo yêu cầu của thị trường

Hiện nay, hai dạng kết cấu lõi được sử dụng rộng rãi nhất là:

- Dạng khung được quấn ép liên tục từ cuộn phôi thanh Ưu điểm lớn nhất của dạng khung lõi này là khe hở trong mạch từ rất nhỏ do đó thất thoát

năng lượng trên máy biến áp là rất nhỏ so với các máy biến áp có dạng khung khác có cùng công suất Ưu điểm lớn thứ hai của dạng khung này là hiệu suất

sử dụng vật liệu trong chế tạo cao (vì không phải cắt bỏ một phần vật liệu để tạo hình các thanh ghép lõi) và do vậy tiết kiệm được nhiều vật liệu, góp phần hạ giá thành sản phẩm Hạn chế lớn nhất của dạng khung này là công nghệ lồng quấn các quận dây đồng sơ - thứ cấp vào lõi rất phức tạp, đòi hỏi phải co thiết bị chuyên dùng Hiện nay loại thiết bị chuyên dùng này đã có (nhập ngoại) nhưng nó chỉ mới đáp ứng được cho các loại lõi biến thế có dung lượng nhỏ từ 150KVA trở xuống, còn các cỡ có dung lượng lớn từ 250KVA trở lên thì vẫn chưa có

- Dạng khung được cắt và ghép lại theo phương pháp Step-lap từ những thanh rời (xà, trụ bên, trụ giữa) (xem bản thiết kế sản phẩm) Ưu điểm lớn nhất của dạng khung lõi này là việc hạn chế khá nhiều khe hở trong mạch từ, cũng có nghĩa là giảm thiểu được tổn thất năng lượng trên máy biến thế ở mức cho phép mà vẫn tạo thuận lợi cho việc lồng ghép các cuộn dây đồng sơ - thứ cấp vao lõi Việc chế tạo hàng loạt các thanh thành phần dùng để ghép lõi có thể dễ dàng thực hiện được trên các dây chuyền tự động cắt Step-lap theo chương trình định trước có năng suất cao, phù hợp với công nghệ sản xuất hàng loạt các máy biến áp cỡ lớn có dung lượng từ 250KVA đến 2500KVA và lớn hơn Chính vì lẽ đó, phần lớn các nhà máy sản xuất máy biến áp cỡ lớn

đều áp dụng phương pháp cắt Step-lap để chế tạo máy biến áp

1.2 Khảo sát thực tế

Qua thực tế khảo sát tại 4 cơ sở sản xuất máy biến áp lớn là Công ty Chế tạo máy biến áp ABB với dây chuyền công nghệ nhập khẩu của CHLB Đức, Công ty Chế tạo Điện cơ Hà Nội, Công ty Chế tạo máy biến áp HANAKA –

Từ Sơn – Bắc Ninh với thiết bị nhập của Trung Quốc và Công ty CP Chế ttạo máy biến áp Hà Nội, chúng tôi nhận thấy rằng tuy về mặt thiết bị công nghệ

có chỗ khác nhau, nhưng về quy trình công nghệ tự động cắt Step-lap về cơ bản vẫn giống nhau Chúng tôi đã định hướng nghiên cứu theo phương pháp mô phỏng có chọn lọc theo quy trình công nghệ và thiết bị công nghệ của những dây chuyền này sao cho phù hợp với điều kiện chế tạo trong bước với giá thành thấp, ít phải nhập ngoại nhiều với chất lượng tương đương

1.3 Phương pháp cắt Step-lap

Trong từng cấp của thanh ghép (phân biệt theo chiều rộng B của thanh) cắt tạo hình các chi tiết phải tuân theo nhóm và theo một trình tự định trước Sau khi đạt được số lượng, máy cắt sẽ được tự động điều chỉnh vị trí để cắt tiếp nhóm sau cho đến khi đạt được tổng số lượng

Ví dụ: Với máy biến áp 1600KVA, thanh trụ giữa có B = 190mm có 4

nhóm thanh với A = 3mm, 9mm, 10mm, 15mm Mỗi nhóm có số lượng khác nhau, ở đây A là khoảng cách theo bề rộnggiữa hai đỉnh nhọn ở hai đầu thanh Khi cắt xong nhóm 1 máy tự động điều chỉnh sang cắt nhóm 2 và cứ thế cho

đến hết số lượng thì tự động dừng lại Khi ghép các thanh để tao khung lõi biến áp cũng phải tuân theo một trình tự nhất định theo hướng dẫn của thiết

kế, nghĩa là phải theo từng cấp bề rộng, từng nhóm thanh tương ứng và từng lớp một sao cho cạnh bên của thanh (trong cùng cấp) trùng khít với nhau, mối

ghép khung phải phẳng, khít và mối ghép của lớp sau không được trùng với

mối ghép của lớp trước (khoảng cách giữa chúng đúng bằng A) Cách ghép này hạn chế được rất nhiều khe hở mạch từ

2 Xác lập quy trình công nghệ cắt Step-lap

Đây là bước quan trọng đàu tiên của tiến trình nghiên cứu bởp vì nó là cơ

sở cho việc xác lập những yêu cầu kỹ thuật, những thông số cơ bản cho việc thiết kế hệ điều khiển 2D trên nền PLCm cho việc biên soạn phần mềm điều khiển, đồng thời nó cũng là cơ sở cho việc xác lập các yêu cầu, các thông số

kỹ thuật cho việc thiết kế một dây chuyền tự động sản xuất các thanh lõi biến

áp mà trên đó ứng dụng hệ điều khiển này

Qua khảo sát thực tế quy trình công nghệ cắt tại 4 cơ sở sản xuất lớn là Công ty chế tạo máy biến thế ABB, Công ty cổ phần chế tạo máy biến thế Hà Nội, Công ty chế tạo máy biến thế HANAKA Từ Sơn Bắc Ninh và Công ty chế tạo điện cơ Hà Nội, chúng tôi đã tiến hành phân tích so sánh ưu, nhược

điểm quy trình công nghệ được áp dụng trên các dây chuyền và đi đến kết luận: Quy trình công nghệ cắt Step-lap thanh ghép lõi máy biến áp về cơ bản

là giống nhau, chỗ khác biệt chỉ thể hiện ở phần lựa chọn dạng kết cấu của thiết bị mà thôi

Quy trình công nghệ cắt Step-lap thanh ghép lõi máy biến áp bao gồm các bước sau:

- Trình tự các bước công nghệ cắt Step-lap liên hợp cho hai thanh xà và thanh tụ bên

- Trình tự các bước công nghệ cắt Step-lap cho thanh trụ giữa

Cùng với quy trình này, chúng tôi cũng đã xác lập được các công thức kinh nghiệm tính toán các trị số định vị cắt theo chiều dài để giúp cho việc lâp trình phần mềm cho quá trình cắt:

* Các công thức tính toán trong chu trình cắt trụ giữa:

- Thông số hình học của máy:

+ L – Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai dao cắt chéo 1CC và 2CC

+ F – Khoảng cách giữa tâm dao CV và hai tâm của dao 1CC, 2CC

+ D2 – Khoảng cách lùi để cách đầu tôn

- Các thông số của sản phẩm:

+ S – Bề rộng của dải tôn

+ L3 – Chiều dài của sản phẩm

+ A - Độ lệch của đỉnh sản phẩm so với đường tâm

- Các thông số tính toán trung gian:

+ L0 – Khoảng cách giữa dao 1CC và 2CC theo đường tâm của dải tôn

+ T – Khoảng cách giữa 2 nhát đột CV

A L

T S L

3

;

0 = + = −

+ T1 – Khoảng di chuyển của tôn từ nhát đột CV đến nhát đột 1CC

+ T2 - Khoảng di chuyển của tôn từ nhát đột CV đến nhát đột 2CC

3 2

0 2

; 2

0

L F T A

L F

+ D2 – Khoảng cách lùi để dao 1CC cắt đầu tôn

+ D3 – Khoảng cách lùi để dao cắt CV cắt nhát đầu tiên CV1

+ C1, C2, C3 - Đếm số nhát cắt của dao CV, 1CC, 2CC

+ Xt1, Xt2, Xt3, Xt4 – Khoảng cách chiều dài thực đo được tính từ sau các nhát cắt CV1, CV2, CV3, CV4

* Các công thức tính toán trong chu tình cắt xà ngang và trụ biên:

- Thông số hình học của máy:

+ L – Khoảng cách nhỏ nhất giữa 2 dao cắt chéo 1CC và 2CC

+ F – Khoảng cách giữa tâm dao CV và tâm 2 dao 1CC và 2CC

- Các thông số của sản phẩm:

+ L1 – Chiều dài theo đường tâm của xà ngang

+ L2 – Chiều dài theo đường tâm của trụ biên

+ S – Bề rộng của dải tôn

- Các thông số tính toán trung gian:

+ L0 – Khoảng cách giữa 2 dao 1CC và 2CC theo đường tâm dải tôn

2

0 2

; 2 2

0 1

2

L

L F

+ D1 – Khoảng lùi để thực hiện nhát đột Cv đầu tiên (CV1)

2 2 1

0 2 1

L L

L F

+ Xt1, Xt2, Xt3 – Khoảng cách chiều dài thực đo được tính từ sau các nhát cắt

CV1, CV2, CV3

3 Xác lập yêu cầu kỹ thuật

3.1 Yêu cầu công nghệ của sản phẩm

Dây chuyền cắt chéo tôn silic là một sản phẩm ứng dụng thiết bị điều khiển PLC nhằm thực hiện công nghệ cắt Step-lap trong ngành công nghiệp chế tạo lõi máy biến thế Điều này không chỉ có ý nghĩa trong việc nâng cao năng suất của dây chuyền mà còn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong việc nâng cao chất lượng của sản phẩm biến áp Đảm bảo độ đồng đều của các lá thép, giảm thiểu khe hở trong mạch từ, đồng nghĩa với việc giảm thiểu đáng

kể tổn thất năng lượng trên máy biến áp, giảm chi phí vật liệu, nâng cao hiệu quả cho các nhà sản xuất Sản phẩm của dây chuyền được biểu diễn chi tiết trong bảng “Tính năng kỹ thuật của dây chuyền sản xuất”:

- Năng suất của dây chuyền đạt: 25 – 50 sản phẩm / phút

- Tốc độ cấp phôi liệu lớn nhất đạt 120 m/phút

Ngoài ra, hệ thống điều khiển PLC còn có nhiều tính năng kỹ thuật thuận tiện cho người sử dụng, vận hành và lập trình đơn giản, dễ dàng thay thế sửa chữa và đặc biệt nó là hệ thống mở để người sử dụng có thể dễ dàng mở rộng chức năng của thiết bị, nối ghép các thiết bị với các thiết bị khác, để có thể

điều khiển đồng bộ và tự động hoá hoàn toàn dây chuyền sản xuất máy biến

áp

3.2 Yêu cầu về điều khiển

Bài toán điều khiển được đặt ra là:

- Điều khiển đồng bộ hoạt động của các thiết bị trong dây chuyền gồm: dao cắt CV, dao cắt chéo 1CC và 2CC, hệ thống cấp phôI liệu, hệ thống nhả tôn, hệ thống định vị dảI tôn và hệ hống thu nhận sản phẩm

- Điều khiển vị trí chính xác 2 trục toạ độ cho hệ thống cấp phôI liệu (trục X) và vị trí của dao cắt CV (trục Y)

- Tự động điều chỉnh việc nhả tôn từ lô nhả tôn

- Tự động dừng khi đủ số lượng sản phẩm