Thiết kế và chế tạo bộ điều khiển lập trình máy dập CNC 20 tấn

Mục tiêu của nghiên cứu - Chế tạo bộ điều khiển lập trình hoàn chỉnh cho máy dập phục vụ cho công việc nghiên cứu - Lắp ráp hoàn chỉnh máy dập phục vụ cho việc nghiên cứu và thực tập củ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ÐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH MÁY DẬP CNC 20 TẤN

MÃ SỐ: T2014-76

Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 - 2014

S 0 9

S KC 0 0 5 5 9 5

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH



BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH MÁY DẬP CNC 20 TẤN

NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

TT Họ và tên

Đơn vị công tác và lĩnh vực chuyên môn

Nội dung nghiên cứu

cụ thể được giao Chữ ký

01 TẠ NGUYỄN

MINH ĐỨC

Bộ môn CNTĐ, Khoa CKM

Thiết kế và tính toán

bộ điều khiển lập trình máy dập

Trang

PHẦN MỞ ĐẦU viii

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu tài trong và ngoài nước viii

2 Tính cấp thiết viii

3 Mục tiêu của nghiên cứu viii

4 Cách tiếp cận viii

5 Phương pháp nghiên cứu: viii

6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu viii

7 Nội dung nghiên cứu viii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1

1.3 Mục đích và nội dung nghiên cứu 2

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.5 Phương pháp nghiên cứu 3

1.6 Kết cấu của đề tài 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DẬP TỰ ĐỘNG 4

2.1 Hệ thống tự động trong công nghiệp 4

2.2 Các module của một Hệ thống dập tự động 5

2.3 Các phương pháp điều khiển tự động 6

CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ - LINH KIỆN QUAN TRỌNG TRONG HỆ THỐNG 8

3.1 Vi điều khiển PIC 16F887 8

3.2 Bàn phím ma trận 8x8 10

3.3 Màn hình LCD 16x2 12

3.4 Họ FET IRF540 VÀ IRFP460 13

3.5 Động cơ bước 15

3.6 Công tắc hành trình 15

3.8 Relay điện từ 19

3.9 Khối kích AC (Solid State Relay – relay tiếp điểm bán dẫn) 20

3.10 Controller Unit ANLY PU-NC 21

CHƯƠNG 4: CÁC CƠ CẤU PHỤC VỤ ĐIỀU KHIỂN – VẬN HÀNH 22

4.1 Cơ cấu điều khiển hành trình dập 22

4.2 Cơ cấu định hướng phôi trên khuôn 23

4.3 Cơ cấu lấy sản phẩm 24

4.4 Cơ cấu kích xả và kích dừng xả phôi cuộn 25

CHƯƠNG 5: CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 26

5.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển máy dập NC 26

5.2 Mạch Driver động cơ bước 27

5.3 Mạch Driver van thủy lực 28

5.4 Mạch giao tiếp Máy dập – Máy cấp phôi 29

5.5 Mạch nguồn xung cho Vi điều khiển 30

5.6 Mạch nguồn chỉnh lưu 12V – 24V 30

5.7 Hệ thống điện điều khiển trên máy dập NC 31

5.8 Hệ thống điện điều khiển trên máy cấp phôi 36

5.9 Hệ thống điện điều khiển trên máy xả cuộn 39

CHƯƠNG 6: QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 42

6.1 Quá trình hoạt động của máy dập NC 42

6.2 Quá trình hoạt động của máy cấp phôi 42

6.3 Quá trình hoạt động của máy xả cuộn 43

CHƯƠNG 7: GIẢI THUẬT VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY DẬP NC 44 7.1 Lưu đồ giải thuật và phân tích lưu đồ giải thuật 44

7.2 Cấu trúc chương trình 46

7.3 Chương trình hoàn chỉnh 46

8.1 Thử nghiệm – đánh giá máy dập NC 74

8.2 Thử nghiệm – đánh giá máy cấp phôi 74

8.3 Thử nghiệm – đánh giá máy xả cuộn 75

8.4 Thử nghiệm – đánh giá toàn bộ hệ thống tự động 75

8.5 Kết quả đạt được 75

KẾT LUẬN- ĐỀ NGHỊ 76

Đơn vị: CKM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

TẤN

- Mã số: T2014-76

- Chủ nhiệm: Tạ Nguyễn Minh Đức

- Cơ quan chủ trì: Khoa Cơ Khí Chế tạo máy

- Thời gian thực hiện: 01/2014 đến 12/2014

2 Mục tiêu:

- Chế tạo bộ điều khiển lập trình hoàn chỉnh cho máy dập phục vụ cho công việc nghiên cứu

3 Tính mới và sáng tạo:

4 Kết quả nghiên cứu: Bo mạch điều khiển tự động hoàn chỉnh

5 Sản phẩm: Bo mạch điều khiển tự động hoàn chỉnh

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

Làm tài liệu tham khảo phục vụ cho đào tạo ngành cơ khí chế tạo máy, công nghệ tự động

Ngày tháng năm

Trưởng Đơn vị

(ký, họ và tên, đóng dấu) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên)

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information:

Project title: DESIGN AND MANUFACTURE A SET OF DRIVE AND

CONTROLLER FOR CNC STAMPING MACHINE

Code number: T2014-76

Coordinator: Ta Nguyen Minh Duc

Implementing institution: faculty of Mechanical Engineering

Duration: from January, 2014 to December, 2014

A fully set of drive and controller for CNC stamping machine

6 Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:

Be the documentation for students in some areas such as mechanical engineering and automation technology

2 Tính cấp thiết

- Hiện nay các loại sản phẩm thép dạng tấm rất đa dạng và phong phú Tuy nhiên, quy trình chế tạo sản phẩm dập tấm vẫn chưa được nghiên cứu chuyên sâu và hiệu quả

- Máy cho việc tham khảo trong một số môn học “Ứng dụng CAE trong thiết kế”,

“Thiết kế sản phẩm dập”, “Công nghệ gia công sản phẩm dạng tấm”, CNC”

“CAD/CAM Máy thực tế phục vụ cho việc thực tập của sinh viên

3 Mục tiêu của nghiên cứu

- Chế tạo bộ điều khiển lập trình hoàn chỉnh cho máy dập phục vụ cho công việc nghiên cứu

- Lắp ráp hoàn chỉnh máy dập phục vụ cho việc nghiên cứu và thực tập của sinh viên

4 Cách tiếp cận

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và thiết kế bộ điều khiển máy dập CNC 20 tấn

5 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp tham khảo tài liệu

- Phương pháp tiếp cận các loại máy có nguyên lý tương tự

- Phương pháp mô hình hóa trên máy tính

6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Thiết kế bo mạch điều khiển

- Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế bo mạch điều khiển tự động máy dập

7 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan các máy dập vả thiết bị điều khiển

- Nghiên cứu việc thiết kế máy dập

- Nghiên cứu việc tính toán và lập trình máy

- Thử nghiệm và chỉnh sửa

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1.Tính cấp thiết của đề tài

Nền công nghiệp hiện đại sẽ gắn liền với nhiều máy móc và trang thiết bị ngày cũng hiện đại hơn Tự động hóa là một mảng điều khiển không thể thiếu trong lĩnh vực này

Ngành công nghiệp nặng phát triển luôn đòi hỏi phải gắn liền với phát triển khoa học

kỹ thuật và công nghệ Dập là một công nghệ cần thiết trong thời đại ngày nay, những sản phẩm dập kim loại đa dạng với nhiều hình dạng, chủng loại để phục vụ cho nhiều nhu cầu khác nhau Công nghệ dập có một vai trò quan trọng góp phần tạo ra những chi tiết máy móc hỗ trợ thêm cho công nghệ tiện, phay, bào truyền thống Để đạt tính chuyên môn hóa trong sản xuất sản phẩm dập thì phải tiến hành tự động hóa các khâu trong sản xuất từ việc thiết kế cơ khí cho tới hệ thống điện, điện tử, lập trình, điều khiển thông minh, … Tất cả để đạt được năng xuất cao

Căn cứ trên những yêu cầu về năng suất cũng như độ chính xác, tiết kiệm thời gian

và chi phí nhân công đồng thời đảm bảo an toàn trong quá trình sản suất đòi cần thiết phải

có một hệ thống dây chuyền tự động, chính xác và liên lục Hệ thống dập tự động có khả năng điều khiển hành trình dập, thay đổi thời gian và chu kỳ dập linh hoạt kết hợp với hệ thống cấp phôi tự động ra đời nhằm đáp ứng những yêu cầu trên

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Cùng với tiến trình toàn cầu hóa, xu hướng các quốc gia xích lại với nhau về kinh tế nói chung cũng như việc chuyển giao công nghệ, máy móc nói riêng đó chính là hình thức các công ty đa quốc gia: công ty mẹ ( nhà sản xuất ) – công ty con (nhà phân phối) Hiện nay, tại Việt Nam chưa có công ty nào sản xuất và chế tạo dây chuyền máy ép thủy lực mà chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài Trong hoàn cảnh nước ta đang trên đường phát triển nền kinh tế công nghiệp, nhu cầu sử dụng máy móc là rất lớn và đa dạng Tuy nhiên,lâu nay thị trường này vốn thuộc về các nhà sản xuất máy móc thiết bị nước ngoài với rất nhiều ưu thế về công nghệ và kinh nghiệm, đã tạo ra sự chi phối về giá cả cũng như mẫu mã kích thước của sản phẩm Chính điều này đã tạo ra sự lãng phí trong việc sử dụng máy móc hoặc

là sự không dung hòa về kích thước của chi tiết gia công và kích thước của máy Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật là trường chuyên đào tạo các ngành cơ khí, ví dụ: như cơ điện tử, công nghê tự động, chế tạo ô tô, cơ khí động lực, … vì thế cần có hệ thống máy móc tự động hóa để đảm bảo sinh viên được tiếp xúc, và thực hành các loại máy móc hiện đại, giúp cho sinh viên có vốn kiến thức cơ bản trước khi ra trường đồng thời giúp cho nhà trường ngày càng phát triển trong lĩnh vực dạy học

1.3 Mục đích và nội dung đề tài

1.3.1 Mục đích:

Hiện nay Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ thuật đã có một số máy móc như máy ép nhựa, máy tiện CNC, máy pháy CNC hiện đại, hoạt động hoàn toàn tự động và một số loại máy móc khác, tuy nhiên vẫn đang cần có một hệ thống máy dập tự động hoàn thiện cùng

hệ thống cấp phôi tự động nhằm phục vụ giảng dạy và quảng bá công nghệ đến khách hàng tiềm năng Bên cạnh đó việc chọn lựa mua các loại máy dập thủy lực trên thị trường là không kinh tế Vì vậy mục đích của đề tài này là thiết kế và chế tạo thiết bị điều khiển máy dập NC cùng hệ thống cấp phôi tự động nhằm giải quyết nhu cầu cấp bách nêu trên

1.3.2.Nội dung

Đề tài: Thiết kế và chế tạo thiết bị điều khiển của máy dập NC và hệ thống cấp phôi tự động

gồm những phần sau:

suất, mạch điều khiển của máy dập NC

cấp phôi

 Thiết kế, chế tạo phần vỏ, panel điều khiển, thi công mạch điện, cảm biến của máy xả phôi cuộn

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:

 Hệ thống thủy lực trên máy dập

sử dụng trong điều khiển tự động – giao tiếp, hiển thị

 Phần mềm thiết kế, tính toán, mô phỏng điện – điều khiển, thủy lực, khí nén

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:

động và tự động hoàn toàn, giao tiếp với các module khác

máy dập NC

 Tính năng máy nhả cuộn: vận hành bằng tay, hoặc tự động hoàn toàn độc lập theo chu kỳ

1.5 Phương pháp nghiên cứu

1.6 Kết cấu của công trình nghiên cứu

Nghiên cứu bao gồm 8 chương, trong đó:

tự động

 Chương 3, 4 và 5 trình bày về các thành phần cấu tạo chính của Hệ thống điều khiển

cho máy dập NC

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DẬP TỰ ĐỘNG 2.1 Hệ thống tự động trong công nghiệp

Trong công nghiệp yêu cầu về tự động hóa ngày càng tăng Từ các máy công tác cho đến dây chuyền sản xuất đòi hỏi luôn cần hệ thống điều khiển điều khiển và vận hành cho dây chuyền làm việc Điểm nổi bật của hệ thống điều khiển là khả năng đáp ứng cao với điều kiện làm việc, để đạt được điều đó thì phải có một bộ não để xử lí mọi việc tạo nên một trung tâm xử lí (MCU) Trung tâm điều khiển ấy có thể được tạo nên từ nhũng bộ vi xử lí, vi điều khiển, hay PLC,…

Để thực hiện được nhiệm vụ điều khiển do bộ xử lí trung tâm đưa ra thì có thể điều khiển bắng các mạc điện tử, bằng rơ le, khởi động từ hoặc thực hiện bằng chương trình nhớ

Và ngày nay sự phát triển mạnh khoa học kỹ thuật, nước ta đã và đang xây dựng ngày càng nhiều nhà máy da dạng về công nghệ Hàng loạt các nhà cung cấp công nghệ đã

và đang phát triển nhiều thiết bị, chương trình để giám sát và điều khiển dây chuyền sản xuất thay thế dần các phương pháp điều khiển bằng tay như các module điều khiển lập trình

cỡ nhỏ Zen, Logo, các PLC (Programable Logic Control)… cùng với các Panel có giá thành

hạ, dễ sử dụng giúp việc điều khiển ngày càng nhanh và dễ Điều này có một ý nghĩa rất lớn quyết định đến sự phát triển kinh tế, nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm, đáp ứng phần lớn nhu cầu của người tiêu dùng Tự động hóa quá trình sản xuất đã và đang được ứng dụng rộng rãi vào các ngành sản xuất, từng bước thay thế dần sức lao động của con người qua các thiết bị điều khiển nhỏ gọn, giá thành hạ nhưng rất hiện đại nhằm nâng cao hiệu quả, tiết kiệm được thời gian đã đem lại không ít hiệu quả về kinh

tế đòi hỏi cần có một đội ngũ cán bộ kỹ thuật lành nghề, sử dụng thành thạo thiết bị để khai thác có hiệu quả trong sản xuất Tất nhiên, các Viện, Trường Đại học, Cao đẳng, Trung tâm dạy nghề v.v phải là nơi đầu tiên đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật trên với sự hỗ trợ của các thầy, cô, sách vở v.v Việc tìm hiểu cách sử dụng những thiết bị mới để điều khiển và giám sát quy trình sản xuất là yêu cầu tất yếu

Hệ thống điều khiển cho máy dập cũng có thể được tự động hóa, và đạt độ chính xác cao, khả năng đáp ứng trong công nghiệp tốt là đòi hỏi phải có một trung tâm điều khiển với tốc độ xử lí cao và chính xác, và ta cũng có thể thực hiện bằng chương trình nhớ kết hợp những với khối xử lí bằng mạch điện tử như vi xử lí, vi điều khiển, PLC,…

Hình 2.3: Máy cấp phôi tự động

2.2.4 Máy xả cuộn – đối với phôi dải liên tục

- Chức năng: Giữ cuộn phôi và xả phôi cho máy cấp phôi vừa đủ đều đặn theo chu kỳ

Hình 2.4: Máy xả cuộn

2.3 Các phương pháp điều khiển tự động

2.3.1 Hệ thống cơ cấu cơ khí

- Sử dụng các cơ cấu cơ khí như cam, bánh răng, thanh răng, lò xo, trục khủy v.v

để thực hiện các công đoạn tự động hóa trên máy móc

- Ưu điểm: hoạt động đơn giản, tin cậy, không cần lập trình

- Nhược điểm: chỉ có thể áp dụng đối với các công việc đơn giản, ít chu trình; sửa chữa, thay đổi chế độ làm việc khó khăn do phải gia công thay đổi các chi tiết cơ khí

2.3.2 Hệ thống điện – khí nén – thủy lực thuần túy

- Sử dụng các thiết bị, phần tử điện – khí nén – thủy lực thuần túy như các loại Relay, timer, counter, công tắc hành trình, cảm biến, các loại van v.v để xây dựng các mạch chuẩn theo tầng hoặc theo bước dựa trên giản đồ tự động cho sẵn

- Ưu điểm: hoạt động tin cậy, chính xác, không cần lập trình, dễ thay đổi chế độ làm việc do chỉ cần thay đổi cách kết nối các phần tử trong hệ thống; giá thành thấp

- Nhược điểm: chưa thật sự thuận lợi cho việc thay đổi chế độ làm việc một cách linh hoạt, chỉ áp dụng cho các công việc không quá phức tạp

2.3.3 Hệ thống điện – khí nén – thủy lực điều khiển bằng PLC/MCU

- Sử dụng kết hợp các thiết bị, phần tử điện – khí nén – thủy lực thuần túy như các loại Relay, timer, counter, công tắc hành trình, cảm biến v.v với các phần tử điều khiển khả trình như PLC hay MCU trong hệ thống tự động

- Ưu điểm: hoạt động tin cậy, chính xác, dễ dàng thay đổi chế độ làm việc; có khả năng thực hiện các công việc phức tạp trong khi hệ thống mạch điện được lắp đặt đơn giản

- Nhược điểm: giá thành cao; đòi hỏi lao động có trình độ cao

2.3.4 Hệ thống SCADA

- Sử dụng kết hợp các thiết bị, phần tử điện – khí nén – thủy lực thuần túy như các loại Relay, timer, counter, công tắc hành trình, cảm biến v.v với các phần tử điều khiển khả trình như PLC hay MCU trong hệ thống tự động được quản lý chặc chẽ bởi máy tính và màn hình giao tiếp HMI

- Ưu điểm: hoạt động rất tin cậy, rất chính xác, cho phép điều khiển, vận hành thuận tiện đồng thời có thể theo dõi trạng thái các phần tử trong hệ thống một cách nhanh và chính xác

- Nhược điểm: giá thành rất cao, đòi hỏi kỹ sư có chuyên môn cao; chỉ áp dụng trong sản xuất quy mô công nghiệp

CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ - LINH KIỆN QUAN TRỌNG

TRONG HỆ THỐNG 3.1 Vi điều khiển PIC16F887

Hình 3.1: Vi điều khiển PIC16F887

3.1.1 Cấu hình của vi điều khiển PIC16F887

Hình 3.2: Cấu hình Vi điều khiển PIC16F887

 Đặc điểm thực thi tốc độ cao CPU RISC là:

 Có nhiều nguồn ngắt

 Có 3 kiểu định địa chỉ trực tiếp, gián tiếp và tương đối

 Cấu trúc đặc biệt của vi điều khiển

 Bộ dao động nôi chính xác

 Có chế độ ngủ để tiết kiệm công suất

 Tầm nhiệt độ làm việc theo chuẩn công nghiệp

 Có mạch reset khi có điện

 Có bộ định thời chờ ổn định điện áp khi mới có điện

 Có mạch tự đông reset khi phát hiệ nguồn điện cấp bị sụt giảm, cho phép lựa chọn bằng phần mềm

 Đa hợp ngõ vào reset với ngõ vào có điện trở kéo lên

 Có bảo vệ code đã lập trình

 Bộ nhớ Flash cho phép xóa và lập trình 10000 lần

 Bộ nhơ Eeprom cho phép xóa và lập trình và có thể tồn tại trên 40 năm

 Cấu trúc nguồn công suất thấp

 Chế độ chờ

- 11uA ở tần số hoạt động 32Khz, sử dụng nguồn 2V

- 220uA ở tần số hoạt động 4MHz, sử dụng nguồn 2V

 Bộ định thời khi hoạt động tiêu thụ 1,4uA, điện áp 2V

 Cấu trúc ngoại vi

 Có bộ chuyển đổi tương tự sang số

 Có timer 0: 8 bit định thời đếm xung ngoại

 Có timer 1

 Có timer 2

 Có thể lập trình trên bo ISP thông qua 2 chân

SPI, chuẩn I2C ở 2 chế độ chủ và tớ

3.1.2 Khảo sát sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F887

Sơ đồ 3.3: Sơ đồ chân của PIC16F887

3.2 Bàn phím ma trận 4x4

Hình 3.4: Bàn phím ma trận 4x4

Sơ đồ 3.5: Cấu tạo bên trong và cách kết nối bàn phím ma trận 4x4 với Vi điều khiển

- Phương pháp quét bàn phím sử dụng Vi điều khiển và điện trở kéo lên:

Sử dụng vòng lặp xuất mức 0 ra 1 hàng (H), đọc mức logic ở cột(C) để lấy input:

- Tập lệnh thao tác trên LCD:

 LCD_INIT(); - thiết lập kết nối với LCD

 Điện áp DC dẫn tối đa VDS = 100V

 Dòng DC dẫn tối đa ID = 22A

3.4.1.3 Kết nối

Sơ đồ 3.9: Sơ đồ kết nối IRF540

3.4.1 IRFP460

Hình 3.10: IRFP460 và ký hiệu chân

3.4.2.1 Chức năng

- Dùng áp DC nhỏ để đóng ngắt dòng DC rất lớn ứng dụng trong đóng ngắt relay, động cơ, van điện DC, v.v hoặc dùng trong điều xung PWM điều khiển động cơ bước hoặc tốc độ động cơ trơn

3.4.2.2 Các thông số định mức

 Điện áp DC dẫn tối đa VDS = 500V

 Dòng DC dẫn tối đa ID = 20A

3.4.2.3 Kết nối

Sơ đồ 3.11: Sơ đồ kết nối IRFP460

- Nguyên lý làm việc:

Khi cấp điện dương cho dây chung, 4 dây còn lại lần lượt nối xuống âm theo thứ tự 1->2->3->4, cứ mỗi lần nối, rotor động cơ quay 1 bước (1.8deg) Muốn động cơ quay ngược lại, cần cấp xung theo chiều ngược lại 4->3->2->1

Khoảng thời gian giữ 2 lần đổi xung là 1 chu kỳ xung, chu kỳ xung càng nhỏ thì động cơ quay càng nhanh

3.6 Công tắc hành trình

Hình 3.13: Công tắc hành trình

Công tắc hành trình là công tắc dùng để chuyển đổi trong các mạch điều khiển theo tín hiệu ”hành trình” của cơ cấu điều khiển ( ví dụ như bàn máy), nhằm tự động hóa điều khiển hành trình hoặc tự động ngắt điện ở cuối hành trình để bảo đảm an toàn

Đặc điểm của công tắc hành trình là các tiếp điểm của nó có thể đóng hay mở các bộ phận di động của máy thực hiện một hành trình nhất định

Nếu công tắc hành trình dùng để chuyển đổi mạch ở các vị trí cuối hành trình của cơ cấu điều khiển, ta gọi nó là công tắc cuối hành trình Nguyên lí làm việc của hai loại như nhau và trong nhiều trường hợp có thể thay thế cho nhau

 Phân loại và cấu tạo

Tùy theo két cấu, công tắc hành trình và cuối hành trình có thể chia thành: kiểu ấn, kiểu đòn, kiểu quay,…

Hình 3.14: Cấu tạo công tắc hành trình kiểu ấn

Bộ phận chính của công tắc hành trình là khung cách điện (khung đế), trên đó có lắp các tiếp điểm thường hở và thường đóng, tiếp điểm liên động Loại này thường lắp ở cuối hành trình của cơ cấu cần điều khiển

3.7 Cảm biến quang Fotek SU-07X và Omron EE-SX672

3.7.1 Fotek SU-07X

Hình 3.15: Cảm biến quang SU-07X

3.7.1.1 Cấu tạo:

Cảm biến gồm 1 đầu phát và 1 đầu thu được đặt bên trong vỏ nhựa, ở giữa có khe hở

để vật cản quang đi qua

Sơ đồ 3.16: Cấu tạo cảm biến SU – 07X

3.7.1.2 Nguyên lý làm việc

Khi có vật cản quan g đi qua khe hở, Phototransistor kích dẫn chân Out nối xuống

âm trong chế độ NPN, thông dòng đi qua Tải cho phép Tải làm việc

EE-SX672 được dùng trong các ứng dụng phát hiện vật, phát hiện khoảng cách, đo,

đếm sản phẩm, v.v Tải mà cảm biến đóng ngắt có thể là cuộn dây relay, van, đèn báo hoặc

có thể là tín hiệu vào PLC hoặc Vi điều khiển

Hình 3.19: Kết cấu chung của rơle điện từ

Khi cho dòng điện xoay chiều hay một chiều qua cuộn dây làm phát sinh lực điện từ trong trong lõi sắt hút phần ứng (nắp từ động) Lực từ này đủ lớn thắng lực cản trong lò xo nên nắp từ di chuyển Khi đó tiếp điểm thường mở 1-4 đóng lại và tiếp điểm thường đóng 1-

2 mở ra Khi ngắt dòng điện qua rơ le nhờ vào lò xo nên các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu

Rơle điện từ có nhiều loại nhưng được dùng rông rãi nhất trong các mạch điều khiển truyền dòng điện của máy công tác là rơ le điện từ dòng điện, rơ le điện từ điện áp và rơ le trung gian Xét đến rơle trung gian là loại rơ le khuếch đại tín hiệu điều khiển thường nằm ở

vị trí giữa hai rơ e khác nhau Rơle trung gian thường là rơle điện từ

Hình 3.20: Rơle điện từ

Rơ le trung gian có loại 4 tiếp điểm,2 tiếp điểm Có loại dùng cho mạch điện điều khiển với chế độ làm việc dài hạn và ngắn hạn lăp lại,có điện áp xoay chiều với các cấp 12,

24, 36, 127, 220, 380, 400 và 500V tần số thao tác lên đến 2000 lần/giờ và tuổi thọ khoảng

3 triệu lần đóng mở Dòng điện cho phép qua tiếp điểm 12A

Rơ le trung gian xoay chiều còn có loại dùng cho chế độ làm việc dài hạn, và cho phếp làm việc trong chế độ ngắn hạn lặp lại với tần số thao tác 600 lần/ giờ

Rơ le trung gian dùng dòng điện một chiều có các cấp điện áp 12, 24, 48,… Dòng điện cho phếp chạy qua tiếp điểm tùy thuộc vào công dụng từ 1÷ 8A Nó có thể điều chỉnh thời gian từ 0.07÷ 0.11s

3.9 Khối kích AC (Solid State Relay – relay tiếp điểm bán dẫn)

Hình 3.21: Solid State Relay – relay tiếp điểm bán dẫn

Sơ đồ 3.22: Cấu tạo bên trong của SSR

- Solid State Relay (SSR) là một loại khí cụ điện có chức năng hoạt động tương tự relay điện từ thông thường, dùng dòng 5-30VDC/5-20mA để kích đóng ngắt điện áp đến 250VAC bằng tiếp điểm bán dẫn Ưu điểm của SSR so với loại relay điện từ thông thường

là tần số đóng ngắt cao hơn, có thể lên đến 60Hz mà không gây nhiễu các thiết bị điện tử khác do không sinh ra tia lửa điện khi đóng ngắt

3.10 Controller Unit ANLY PU-NC

Hình 3.23: Controller Unit ANLY PU-NC và sơ đồ chân kết nối

- Controller Unit ANLY PU-NC là thiết bị điện chuyên dụng kết hợp với các loại cảm biến, công tắc hành trình để thực hiện đóng ngắt một cơ cấu chấp hành khác thông qua tiếp điểm của một relay điện từ nội bên trong Với ưu điểm thiết kế nhỏ gọn, hoạt động tin cậy, phù hợp với hầu hết các loại cảm biến và thiết thị đo đếm khác, Controller Unit ANLY PU-NC được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, dây chuyền công nghiệp từ đơn giản đến phức tạp

CHƯƠNG 4: CÁC CƠ CẤU PHỤC VỤ ĐIỀU KHIỂN – VẬN HÀNH

4.1 Cơ cấu điều khiển hành trình dập

4.1.1 Các phần tử của cơ cấu

4.1.1.1 Bộ đo khoảng cách dùng cảm biến quang và thanh cản quang lắp trên pen thủy lực

Hình 4.1: Bộ đo khoảng cách sử dụng cảm biến quang

4.1.1.2 Bộ truyền vít me – đai ốc bi

Hình 4.2: Bộ truyền vít me – đai ốc bi

- Thông số bộ truyền: Bước trục vít: 10mm/vòng; Đường kính trục vít: 12mm;

Chiều dài trục vít: 600mm

4.1.1.3 Động cơ bước

Hình 4.3: Động cơ bước

4.1.2 Nguyên lý làm việc của cơ cấu

- Khi có lệnh từ bộ phận điều khiển, động cơ bước sẽ quay trục vít me điều chỉnh độ cao của cảm biến quang ở vị trí cần thiết Trong quá trình dập, khi thanh cản quang trên pen thủy lực đi qua rãnh trên cảm biến quang, cảm biến quang sẽ xuất tín hiệu về cho bộ phận điều khiển báo hết hành trình dập

4.2 Cơ cấu định hướng phôi trên khuôn

Hình 4.4: Cơ cấu định hướng phôi trên khuôn

4.3 Cơ cấu lấy sản phẩm

Hình 4.5: Cơ cấu lấy sản phẩm

Hình 4.6: Quá trình lấy sản phẩm

Hình 4.7: Thùng chứa sản phẩm rơi ra

4.4 Cơ cấu kích xả và kích dừng xả phôi cuộn

4.4.1 Cơ cấu kích xả phôi cuộn

Hình 4.8: Cơ cấu kích xả phôi cuộn

- Hoạt động: Khi máy cấp phôi kéo căng phôi, dải phôi sẽ làm thanh gạt bật lên, giải phóng công tắc hành trình (bị tác động ở trạng thái tự do), gửi tín hiệu về mạch điện điều khiển tiến hành quay trục tang nhả phôi

4.4.1 Cơ cấu kích dừng xả phôi cuộn

Hình 4.9: Cơ cấu kích dừng xả phôi cuộn

- Hoạt động: Khi tang quay đúng 1 vòng, thanh cản quang lắp trên trục tang sẽ chắn vào khe của cảm biến quang, gửi tín hiệu về mạch điện điều khiển để dừng tang, tang sẽ dừng khi thanh cản quang vừa ra khỏi khe của cảm biến

CHƯƠNG 5: CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 5.1 Mạch điều khiển

Sơ đồ 5.1: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển máy dập NC

Hình 5.2: Mạch điều khiển máy dập NC thực tế

5.2 Mạch Driver động cơ bước

Sơ đồ 5.3: Sơ đồ nguyên lý mạch Driver động cơ bước

Hình 5.4: Mạch Driver động cơ bước thực tế

5.3 Mạch Driver van thủy lực

Sơ đồ 5.5: Sơ đồ nguyên lý mạch Driver van thủy lực

Hình 5.6: Mạch Driver van thủy lực thực tế

5.4 Mạch giao tiếp Máy dập – Máy cấp phôi

Sơ đồ 5.7: Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp Máy dập – Máy cấp phôi

Hình 5.8: Mạch giao tiếp Máy dập – Máy cấp phôi thực tế

5.5 Mạch nguồn xung cho Vi điều khiển

Hình 5.9: Mạch nguồn xung cho Vi điều khiển

5.6 Mạch nguồn chỉnh lưu 12V – 24V

Hình 5.10: Mạch nguồn chỉnh lưu 12V – 24V

5.7 Hệ thống điện điều khiển trên máy dập NC

5.7.1 Các phần tử trong hệ thống

5.7.1.1 Bảng điều khiển

Sơ đồ 5.11: Sơ đồ điện bảng điều khiển Máy dập NC

Hình 5.12: Bảng điều khiển Máy dập NC thực tế