Đồ án Thiết kế và chế tạo hệ thống vận chuyển dây điện (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và chế tạo hệ thống vận chuyển dây điện (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN DÂY ĐIỆN GVHD: ThS. NGUYỄN XUÂN QUANG SVTH: LÂM NHỰT KHANG MSSV: 11146238 SVTH: HỒ TIẾN DŨNG MSSV: 11146228 SVTH: VŨ XUÂN TRỊNH MSSV: 11146268 SVTH: PHAN THANH HẢI MSSV: 11146038 S K L 0 0 4 2 6 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN DÂY ĐIỆN Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. NGUYỄN XUÂN QUANG Sinh viên thực hiện: LÂM NHỰT KHANG MSSV: 11146238 HỒ TIẾN DŨNG MSSV: 11146228 VŨ XUÂN TRỊNH MSSV: 11146268 PHAN THANH HẢI MSSV: 11146038 Lớp: 111463 Khoá: 2011 - 2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2016
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện Tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Xuân Quang Sinh viên thực hiện: Lâm Nhựt Khang MSSV: 11146238 Hồ Tiến Dũng MSSV: 11146228 Vũ Xuân Trịnh MSSV: 11146268 Phan Thanh Hải MSSV: 11146038 1. Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN DÂY ĐIỆN 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: . . . . . . 3. Nội dung chính của đồ án: . . . . . . . . . . 4. Các sản phẩm dự kiến . . . . 5. Ngày giao đồ án: 6. Ngày nộp đồ án: TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ i
4. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống vận chuyển dây điện. - GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Quang - Họ tên sinh viên: Lâm Nhựt Khang - MSSV: 11146238 Lớp: 111463 - Địa chỉ sinh viên: 258 quốc lộ 13, P. Hiệp Bình Chánh, Q. Thủ Đức, TPHCM - Số điện thoại liên lạc: 0938253053 - Email: lamkhang93@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 6 tháng 1 năm 2016 Ký tên ii
5. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn thầy ThS. Nguyễn Xuân Quang, thầy đã đồng ý làm giáo viên hƣớng dẫn cho nhóm. Trong quá trình thực hiện đồ án này, thầy đã thƣờng xuyên nhắc nhở, quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm thực hiện hoàn thành đúng tiến độ đồ án. Bên cạnh đó, thầy đã hỗ trợ, tạo môi trƣờng thuận lợi, đƣa ra những lời nhận xét góp ý giúp nhóm có định hƣớng đúng đắn hơn khi thực hiện đề tài, quyết điṇ h rất lớn đến sƣ ̣ thành baị của đề tài và tƣ̀ đó chúng em đa ̃ rút ra đƣơc̣ nhiều kinh nghiêṃ quý báu cho bản thân mình trong từng công đoạn thực hiện đồ án, tuy nhiên do kiến thƣ́ c của chúng em vâñ còn có giới haṇ ,mƣ́ c đô ̣hiểu biết vâñ còn hạn hẹp,các số liệu chƣa thực sự chính xác lắm , nên trong quá trình làm đồ án không thể tránh khỏi nhƣ̃ng sai xót có thể xảy ra .Chúng em rất mong có thể đƣợc quý thầy cô đóng góp và chỉ bảo thêm. Nhóm cũng xin chân thành cảm ơn tới tất cả quý thầy cô trong Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, quý thầy cô trong Bộ môn Cơ điện tử đã mang lại cho nhóm những kiến thức nền tảng nhất, đồng thời quý thầy cô đã giúp đỡ nhiệt tình khi nhóm thực hiện gặp những khó khăn trong học tập cũng nhƣ đƣa ra các giải pháp định hƣớng cho nhóm giải quyết vấn đề. Lời cảm ơn tiếp theo, nhóm em chân thành gửi đến Trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện và cung cấp cơ sở vật chất trong quá trình thực hiện đề tài. Môṭ lần nƣ̃a chúng em xin chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện Lâm Nhựt Khang Hồ Tiến Dũng Vũ Xuân Trịnh Phan Thanh Hải iii
6. TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀO CHẾ TẠO HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN DÂY ĐIỆN Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực. Đặc biệt là lĩnh vực tự động hóa quy trình sản xuất trong công nghiệp. Quyết định lớn đến tiềm lực và thế mạnh của công ty. Thúc đẩy ngƣời kỹ sƣ không ngừng nổ lực trao dồi kiến tức công nghệ kỹ thuật để ứng dụng đƣa những sáng chế máy móc, hệ thống tự động vào môi trƣờng công nghiệp. Chính vì thế nhóm quyết định nghiên cứu thực hiện đề tài thiết kế và chế tạo hệ thống vận chuyển dây điện trong công nghiệp. Hệ thống vận chuyển dây điện đƣợc thiết kế để giải quyết vấn đề tự động quy trình sản xuất công nghiệp của công ty. Giảm bớt sức lao động nhƣ khiêng vác, đẩy xe trƣớc đây. Hệ thống gồm những thanh trƣợt đƣợc mắc lên trần cao bằng xy lanh, dựa vào sự chênh lệch của hai xy lanh ở hai đầu thanh trƣợt mà cụm trƣợt có thể di chuyển qua lại trên thanh trƣợt. Trong cụm trƣợt là cơ cấu nâng hạ gắn với thanh móc, thanh móc có tác dụng treo giữ bộ dây điện từ trạm làm việc này qua trạm làm việc kế tiếp. Hệ thống sử dụng PLC để lập trình, điều khiển cho toàn bộ hệ thống thông qua remote với các nút nhấn qua lại lên xuống. Sinh viên thực hiện Lâm Nhựt Khang Hồ Tiến Dũng Vũ Xuân Trịnh Phan Thanh Hải iv
7. ABSTRACT DESIGN AND MANUFACTURE ELECTRIC WIRE TRANSPORTATION SYSTEM Now aday, the development of scientist in every fields.specially, the automaticaly of production process in the industry. Effect directicaly to the potentiality and capability of the company. Leveraging the engineer try to learn techniques technology of knowledge to bring it into the machinery devising and the automatic system in the industrial environment. So my group decided study the topic " design and manufacture electric wire transportation system". The transport of electric wire is designed to solved the problem automatic the production process of the company . Reducing workforce carried. The system insist of punch slide which is could move around. Inside the yaw acervulus are the fabric elevater stick with the hook, the agency of the hook is kept all electric wire from this port to next the next port. The system used PLC to programming and controlling for all system thought the remote with the button. v
8. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG BIỂ U viii DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ ix DANH MỤC TƢ̀ VIẾT TẮT xii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Tính cấ p thiết củ a đề tài 1 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu 2 1.4.2 Phạm vi nghiên cƣ́ u 2 1.5. Phƣơng pháp nghiên cƣ́ u 2 1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận 2 1.5.2 Các phƣơng pháp nghiên cƣ́ u cu ̣thể 2 CHƢƠNG 2: TỔ NG QUAN NGHIÊN CƢ́ U ĐỀ TÀI 4 2.1 Giớ i thiêụ 4 2.2 PLC Mitsubishi 4 2.2.1 PLC Mitsubishi 4 2.2.2 PLC Mitsubishi FX2N-80MR 4 2.3 Đặc tính của hệ thống và kết cấu của hệ thống 5 2.4 Một số dây truyền vận chuyển sản phẩm tự động hiện nay 6 2.4.1 Băng chuyền sản xuất 6 2.4.2 Băng tải xích treo 7 2.4.3 Robot công nghiệp 8 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 3.1 Hệ thống khí nén 10 3.2 Cơ sở lý thuyết 11 3.2.1 Công thức và đơn vị đo của các đại lƣợng cơ bản 11 3.2.2 Nguyên lý truyền động 12 3.2.3 Cơ cấu chấp hành 12 3.2.4 Bậc tự do 14 3.2.5 Lực ma sát 16 3.2.6 Lý thuyết bền 18 3.2.7 Phƣơng pháp điều khiển lập trình tuần tự 20 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 22 4.1 Yêu cầu của hệ thống 22 4.2 Sơ đồ của hệ thống 23 4.3 Lựa chọn và tính toán cơ cấu 24 4.3.1 Chọn cơ cấu giữ vật 24 4.3.2 Thiết kế móc treo 25 4.3.3 Thanh treo móc 26 4.3.4 Chọn cơ cấu nâng hạ 27 4.3.5 Tính toán chọn xy lanh nâng 28 4.3.6 Lựa chọn cơ cấu vận chuyển 34 vi
9. 4.3.7 Thiết kế cơ cấu vận chuyển 35 4.3.8 Tính toán cơ cấu vận chuyển 37 4.3.9 Thiết kế cơ cấu phanh 43 4.4 Các chi tiết trong hệ thống 44 4.4.1 Cơ cấu giữ vật 44 4.4.2 Cơ cấu nâng hạ 45 4.4.3 Cơ cấu vận chuyển 49 4.4.4 Cơ cấu phanh 52 4.4.5 Hệ thống hoàn chỉnh 53 CHƢƠNG 5: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 54 5.1. Quy trình hoạt động của hệ thống 54 5.1.1 Yêu cầu điều khiển của hệ thống 54 5.1.2 Chế độ hoạt động 54 5.2 Lƣu đồ thể hiện quy trình hoạt động của hệ thống 58 5.3 Lựa chọn bộ điều khiển hệ thống 59 5.4. Lựa chọn cảm biến 64 5.4.1 Cách vận hành của cảm biến cảm ứng 65 5.4.2 Cách đấu dây cảm biến cảm ứng với PLC 65 5.4.3 Cách đấu dây cảm biến với tải 65 5.4.4 Hình dạng cảm biến cảm ứng dùng trong hệ thống 66 5.5. Relay điện từ 67 5.6 Van điện từ 68 5.7 Công tắc từ 69 5.8 Nút nhấn tự phục hồi 70 5.9 Sơ đồ điện của hệ thống 71 5.10 Bảng điều khiển và tủ điện 76 CHƢƠNG 6: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THỰC TẾ 79 6.1 Hệ thống ngoài thực tế 79 6.2 Thông số hệ thống 71 6.3 Thực nghiệm và kết quả 81 CHƢƠNG 7 : KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂ N 82 7.1. Kết quả đạt đƣơc̣ 82 7.2. Ƣu nhƣơc̣ điểm và đề xuất cải thiện 82 7.2.1 Ƣu điểm 82 7.2.2 Nhƣơc̣ điểm 83 7.2.3 Đề xuấ t cải thiêṇ 83 7.3. Hƣớ ng phát triển củ a đề tài 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC I I vii
10. DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 4.1: Hành trình của các xylanh 29 Bảng 4.2: Thông số của các xylanh 29 Bảng 4.3: Các loại cơ cấu vận chuyển 34 Bảng 4.4: Thông số vật liệu 37 Bảng 4.5: Bảng quy cách sản phẩm thép không gỉ vuông và chữ nhật 42 Bảng 5.1: Bảng chú thích PLC FX2N-80MR 62 viii
11. DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Trang Hình 2.1 : PLC Mitsubishi FX2N-80MR 5 Hình 2.2 : Mô hình hệ thống vận chuyển trên Solidworks 5 Hình 2.3: Băng chuyền sản xuất 6 Hình 2.4: Dây chuyền sử dụng tải xích treo 7 Hình 2.5: Rây băng tải và xích 8 Hình 2.6: Dây chuyền sản xuất sử dụng robot 9 Hình 3.1: Hệ thống điều khiển khí nén 10 Hình 3.2: Nguyên lý truyền động của khí nén 12 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển và các phần tử 12 Hình 3.4: Xylanh tác động kép 13 Hình 3.5: Tháo rời chi tiết pít tông thanh truyền 14 Hình 3.6:Chuyển động của trục cầu trên ô tô 14 Hình 3.7: Bậc tự do trong không gian và mặt phẳng 15 Hình 3.8 : Quy ƣớc vẽ khớp 16 Hình 3.9: Lƣợt đồ khâu pít tông thanh truyền 16 Hình 4.1: Bộ dây điện cần vận chuyển qua các bàn 22 Hình 4.2: Sơ đồ hệ thống 23 Hình 4.3: Thiết kế móc treo 25 Hình 4.4: Thiết kế thanh treo móc 26 Hình 4.5: Thanh treo đã gắn móc 26 Hình 4.6: Cơ cấu vít me 27 Hình 4.7: Nâng hạ cáp sử dụng động cơ 27 Hình 4.8: cơ cấu nâng hạ hình bình hành 28 Hình 4.9: Sơ đồ khoảng cách lúc làm việc 30 Hình 4.10: Chiều dài xylanh 30 Hình 4.11: Cơ cấu hình bình hành thử nghiệm 31 Hình 4.12: Sơ đồ cơ cấu hình bình hành 31 Hình 4.13: Sơ đồ khoảng cách các cơ cấu khi xylanh đi hết hành trình 32 Hình 4.14: Sơ đồ khoảng cách các cơ cấu khi xylanh đi vào hết 33 Hình 4.15: Các khâu động của cơ cấu 33 Hình 4.16: Các khâu bậc 5 của cơ cấu 33 Hình 4.17 : Thanh trƣợt 35 Hình 4.18: Thanh nối chữ U 35 Hình 4.19: Cụm xylanh treo thanh trƣợt 36 Hình 4.20: Hộp trƣợt 36 Hình 4.21: Cơ cấu vận chuyển 37 Hình 4.22: Sơ đồ thể hiện các lực tác dụng lúc xylanh nâng thanh ray lên 38 Hình 4.23: Lƣợt đồ cơ cấu hình bình hành 1 39 Hình 4.24: Lƣợt đồ cơ cấu di chuyển 1 39 Hình 4.25: Lƣợt đồ cơ cấu hình bình hành 2 40 Hình 4.26: Lƣợt đồ cơ cấu di chuyển 2 40 Hình 4.27: Sơ đồ phân bố lực và moment 41 Hình 4.28: Mô hình hệ thống 43 ix
12. Hình 4.29: Sơ đồ lực phanh 43 Hình 4.30: Móc mica 44 Hình 4.31: Thành treo móc 45 Hình 4.32: Cơ cấu dẫn hƣớng 1 45 Hình 4.33: Cơ cấu dẫn hƣớng 2 46 Hình 4.34: Cơ cấu dẫn hƣớng 46 Hình 4.35: Thanh inox 10×40×350 47 Hình 4.36: Thanh inox 10×40×750 47 Hình 4.37 :Cơ cấu hình bình hành 47 Hình 4.38 : Cơ cấu hình bình hành gắn xy lanh 47 Hình 4.39: Cơ cấu nâng hạ 48 Hình 4.40: Khớp nối cơ cấu nâng hạ 48 Hình 4.41: Cơ cấu dẫn hƣớng 1 49 Hình 4.42: Cơ cấu dẫn hƣớng 2 49 Hình 4.43: Cơ cấu dẫn hƣớng 50 Hình 4.44: Cơ cấu dẫn hƣớng đã gắn xylanh 50 Hình 4.45: Khớp chữ U 51 Hình 4.46: Khớp chữ U đã lắp vào cơ cấu dẫn hƣớng 51 Hình 4.47: Cơ cấu vận chuyển đã gắn vào thanh ray 51 Hình 4.48: Cơ cấu vận chuyển và thanh ray 52 Hình 4.49 : Cơ cấu thắng cơ bản 52 Hình 4.50: Cơ cấu thắng gắn vào hộp trƣợt 52 Hình 4.51: Cơ cấu thắng 53 Hình 4.52: Mô hình hệ thống hoàn chỉnh 53 Hình 5.1: Lƣu đồ quy trình hoạt động của hệ thống 58 Hình 5.2: PLC FX0S- 30MR 59 Hình 5.3: PLC FX0N – 40MR 60 Hình 5.4: PLC FX1S - 30MR 60 Hình 5.5: FX2NC – 32MT 61 Hình 5.6: Cấu trúc bên ngoài của PLC FX2N-80MR 62 Hình 5.7: Mô hình và kích thƣớc PLC FX2N-80MR 63 Hình 5.8: Mô hình và kích thƣớc FX2N – 16EX 65 Hình 5.9 : Sơ đồ vận hành cảm biến cảm ứng 65 Hình 5.10: Đấu dây cảm biến cảm ứng NPN với PLC 66 Hình 5.11 : Đấu dây cảm biến cảm ứng PNP với PLC 66 Hình 5.12: Đấu dây cảm biến cảm ứng với tải 66 Hình 5.13: Cảm biến cảm ứng 67 Hình 5.14: Relay điện từ 68 Hình 5.15: Cấu tạo van điện từ 5/2 68 Hình 5.16: Nguyên lý hoạt động của van điện từ 5/2 69 Hình 5.17: Van điện từ 5/2 69 Hình 5.18: Cấu tạo công tắc từ 69 Hình 5.19: Công tắc từ 70 Hình 5.20 : Cấu tạo nút nhấn tự phục hồi 70 Hình 5.21: Nút nhấn tự phục hồi 75 Hình 5.22: Sơ đồ điện hệ thống 76 Hình 5.23: Tủ điện của hệ thống 77 x
13. Hình 5.24: Bộ nguồn 24VDC 77 Hình 5.25: Bảng điều khiển trạng thái auto/manual và reset 78 Hình 5.26: Remote điều khiển 78 Hình 6.1: Cơ cấu thanh ray 79 Hình 6.2: Cơ cấu phanh 79 Hình 6.3: Cơ cấu nâng hạ 80 Hình 6.4 Tổng thể hệ thống 80 xi
14. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PLC Programmable Logic Controller TTƢS Trạng Thái Ứng Suất BTD Bậc Tự Do xii
15. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài: Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong mọi lĩnh vực, những ứng dụng của tự động hóa vào các quy trình sản xuất đã đáp ứng đƣợc nhu cầu của con ngƣời, các tập đoàn công ty sản xuất trên thế giới, giải quyết đƣợc phần lớn công việc cần sức ngƣời trƣớc kia. Mỗi sản phẩm đƣợc sản xuất ra đều trải qua rất nhiều công đoạn, mỗi công đoạn là một quy trình lập đi lập lại để đảm bảo cho cả quy trình sản xuất đƣợc liên tục, sản phẩm đƣợc đồng nhất và phải đạt đƣợc chỉ tiêu nhất định. Các công ty, nhà máy xí nghiệp luôn hƣớng tới tự động hóa các công đoạn để gia tăng năng xuất, sự ổn định và cũng giảm đƣợc phần nào gánh nặng nhân lực. Các nhà máy xí nghiệp tại Việt Nam hiện nay luôn đặc mục tiêu tự động hóa quy trình sản xuất của mình, thay thế những phƣơng thức sản xuất cũ sử dụng nhiều nhân công. Sản phẩm đƣợc vận chuyển từ trạm này qua trạm khác, từ khu vực này qua khu vực khác bằng những phƣơng pháp khác nhau. Tùy vào hình dạng sản phẩm, khu vực gia công chế tạo, môi trƣờng làm việc mà đƣa ra những hƣớng giải quyết cho từng trƣờng hợp. Ở đây khi nhóm đến nghiên cứu tại công ty Yazaki, sản phẩm của công ty là bộ dây dẫn điện trên ô tô đƣợc đặt hàng bởi những hãng xe lớn nhƣ: Toyota, Mazda, Suzuki, Mitsubishi .v.v Quy trình sản xuất để ra đƣợc sản phẩm cuối cùng trải qua nhiều công đoạn, mỗi công đoạn bao gồm nhiều khu vực, mỗi khu vực lại có nhiều trạm nhỏ hơn. Để vận chuyển bộ dây điện giữa các trạm với nhau vẫn chƣa đƣợc tự động, còn sử dụng xe kéo, ngƣời vác. Vì thế yêu cầu đặt ra là phải thiết kế một hệ thống tự động vận chuyển bộ dây điện giữa các trạm giải quyết vấn đề tự động hóa dây chuyền sản xuất, gia tăng sản lƣợng của công ty, tạo dựng niềm tin với các đối tác. 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: − Vâṇ dụng đƣợc những kiến thức khoa học của bản thân để đaṭ đƣợc mục tiêu và ứng dụng thành quả nghiên cứu giải quyết vấn đề tự động hóa dây chuyền của công ty. − Hệ thống tự động mới ứng dụng vào sẽ giúp cho cả quy trình sản xuất đƣợc ổn định, trơn tru hơn. Qua đó làm gia tăng số lƣợng sản phẩm hằng ngày của công ty làm ra. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: − Đọc và nghiên cứu tài liệu về PLC dòng PLC FX2N-80MR của hãng Mitsubishi, cách sử dụng và kết nối với các thiết bị ngoại vi. − Cài đặt và sử dụng phần mềm Melsoft GX Developer V8.0 để lập trình cho PLC Mitshubishi, nhận các tín hiệu từ nút nhấn, cảm biến tác động các tín hiệu cho xy lanh − Sử dụng phần mềm GX simulator V7 mô phỏng khí nén và PLC − Tìm hiểu và ứng dụng phần mềm vẽ thiết kế kỹ thuâṭ SolidWorks 2014 để thiết kế cơ khí, xuất bản vẽ kỹ thuâṭ cũng nhƣ tính toán, lắp ghép, mô phỏng cho hệ thống. 1
16. 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu: − PLC Mitsubishi FX2N-80MR − Phần mềm lập trình PLC Mitsubishi Melsoft GX Developer V8.0 − Phần mềm thiết kế kỹ thuâṭ SolidWork 2014. − Hệ thống khí nén: máy nén khí, xy lanh, van, cảm biến từ và các cơ cấu truyền động cơ khí. − Phần mềm mô phỏng khí nén GX simulator V7. 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu: − Nghiên cứu và thiết kế hệ thống vận chuyển dây điện trong công ty Yazaki. − Hệ thống hoạt động đƣợc cả hai chế độ tự động và bằng tay, sử dụng remote điều khiển cho các tay móc dây điện di chuyển lên xuống qua lại. − Hệ thống vận chuyển dây điện hoạt động trong môi trƣờng nhà xƣởng. − Thời gian hoàn thành hệ thống là 3 tháng. 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu : 1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận: Dựa trên vấn đề đặt ra từ công ty với các phƣơng thức nghiên cứu có sẵn từ đó rút ra phƣơng pháp nghiên cƣ́ u riêng cho đồ án , tham khảo và tƣ ̣ đúc kết tƣ̀ kinh nghiêṃ của bản thân để có thể đƣa ra đƣợc phƣơng pháp tối ƣu cũng nhƣ các phƣơng thƣ́ c thiết kế cho hệ thống. Xét hệ thống cần nâng hạ sản phẩm và vận chuyển qua lại nhóm sử dụng phƣơng pháp tính toán lý thuyết của xy lanh, cơ cấu nâng hạ tính toán chiều dài so với bàn làm việc của trạm. độ chênh lệch giữa hai đầu thanh trƣợt để cụm trƣợt có thể di chuyển qua lại dễ dàng. 1.5.2 Cơ sở phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể − Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến thiết kế, chế tạo hệ thống cơ khí, các tài liệu về thiết bị điện, tài liệu về hệ thống khí nén. − Tìm hiểu về PLC, đặc biệt PLC Mitsubishi và sử dụng phần mềm để lập trình và mô phỏng. − Tham khảo từ nhiều nguồn khác nhau : các đồ án các khóa trƣớc , tài liệu trên Internet, và sự tham vấn trực tiếp của các thầy chuyên ngành thuộc Bộ môn Cơ điện tử . − Phƣơng pháp phân tích : dựa trên các kết quả thực nghiệm so sánh lại với yêu cầu đề ra và kết luâṇ giải quyết đƣợc các vấn đề gì , chƣa giải quyết đƣợc gì và cách khắc phục 2
17. − Phƣơng pháp thiết kế và tính toán trên lý thuyết , áp dụng kiểm tra bằng thực nghiệm: Tính toán lựa chọn cơ cấu dựa trên yêu cầu đặt ra , đƣa ra các thông số thiết kế và sử dụng phần mềm Solidworks để thiết kế , xuất bản vẽ gia công. − Phƣơng pháp lâp̣ kế hoac̣ h : lâp̣ kế hoac̣ h cụ thế cho từng công việc , đề ra các mục tiêu nhỏ cần hoàn thành và hoàn thành t rong thời gian bao lâu , dự trù các phƣơng án dự phòng, chi phí thời gian cho từng phƣơng án , báo cáo tiến độ , những khó khăn và cách giải quyết liên tục. 3
18. CHƢƠNG 2: TỔ NG QUAN NGHIÊN CƢ́ U ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu: Đề tài hƣớng tới một phƣơng thức điều khiển hệ thống tự động . Do đó để tạo ra đƣợc một sản phẩm hoàn thiện theo mục đích đặt ra của đề tài thì ngƣời thực hiện cần phải tập trung nghiên cứu chủ yếu đến đối tƣợng , PLC Mitsubishi là một đối tƣợng giữ vai trò trung tâm trong việc liên kết và xử lý tín hiệu từ các đối tƣợng khác. Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất. Các quá trình sản xuất sử dụng quá nhiều lao động sống rất dễ mất ổn định về giờ giấc, về chất lƣợng gia công và năng suất lao động, gây khó khăn cho việc điều hành và quản lý sản xuất. Các quá trình sản xuất tự động cho phép loại bỏ các nhƣợc điểm trên. Đồng thời tự động hóa đã thay đổi tính chất lao động, cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, nhất là trong các khâu độc hại, nặng nhọc, có tính lặp đi lặp lại nhàm chán, khắc phục dần sự khác nhau giữa lao động trí óc và lao động chân tay. 2.2 PLC Mitsubishi : 2.2.1 PLC Mitsubishi : − Hãng Mitsubishi là một tập đoàn hàng đầu trên thế giới về tự động hóa trong công nghiệp. Bộ điều khiển PLC của Mitsubishi rất đa dạng về chủng loại, các phiên bản sau kế thừa các phiên bản trƣớc , dần dần chúng trở nên hoàn thiện hơn về công nghệ, đáp ứng đƣợc các yêu cầu khắt khe khác nhau trong công nghiệp . − PLC dòng FX đƣợc nhà sản xuất Mitsubishi Electric đƣa ra thị trƣờng vào năm 1981, với chất lƣợng vƣợt trội và độ tin cậy tuyệt đối đã đƣợc chứng minh. Đến nay dòng sản phẩm PLC FX Series có mặt hầu nhƣ khắp nơi trên thế giới , trong tất cả các ứng dụng công nghiệp, tự động hóa − Sổ tay và tài liệu có ngôn ngữ dễ đọc dễ hiểu . − Khả năng tƣơng thích giữa các hệ thống tƣơng đƣơng ,và loại PLC khác của cùng nhà sản xuất. − Phƣơng pháp lập trình dễ dàng và thích hợp với các điều khiển ứng dụng . 2.2.2 PLC Mitsubishi FX2N-80MR : − Đây là một trong những dòng PLC có tính năng mạnh nhất trong dòng FX. Tốc độ xử lý đƣợc tăng cƣờng, thời gian thi hành các lệnh cơ bản giảm xuống cỡ 0.08us đáp ứng đƣợc về mặt thời gian ra một sản phẩm yêu cầu trong công nghiệp. − Số lƣợng I/O để điều khiển là 48 ngõ vào và 32 ngõ ra , số lƣợng ngõ vào ít hơn ngõ ra nên vệc mua một PLC có đủ số ngõ vào không mang lại lợi ích kinh tế , vì vậy nhóm chọn PLC FX2N-80MR với 40 ngõ vào , và 40 ngõ ra , kết hợp với module FX2N-16EX tích hợp tổng cộng 16 ngõ vào là một lựa chọn thích hợp . 4
19. − FX2N-80MR có kích thƣớc 285x87x90, phù hợp với không gian lắp đặt nhỏ hẹp. − Bộ nhớ của FX2N là 8Kstep, bộ nhớ RAM có thể mở rộng đến 16Kstep cho phép thực hiện các bài toán điều khiển phức tạp. − FX2N-80MR hỗ trợ đƣợc hầu hết các câu lệnh, các hàm, điều mà những dòng PLC của Mitsubishi trƣớc đó ít nhiều đều gặp trở ngại. Hình 2.1 : PLC Mitsubishi FX2N-80MR 2.3 Đặc tính của hệ thống và kết cấu của hệ thống : Hệ thống vận chuyển bộ dây điện giữa các trạm sử dụng thanh trƣợt đƣợc treo lên cao bởi 2 xy lanh ở 2 đầu. Di chuyển giữa thanh là cụm trƣợt sử dụng cơ cấu nâng hạ nối với thanh móc. Nhờ sự chên lệch giữa 2 đầu thanh trƣợt khi điều khiển xy lanh ở 2 đầu thanh trƣợt mà cụm trƣợt có thể di chuyển qua lại và điều khiển xy lanh trong cơ cấu nâng hạ để thanh móc di chuyển lên xuống. Các tín hiệu từ nút nhấn, cảm biến đƣợc PLC xử lý và tác động các cơ câu chấp hành van, xy lanh. Hình 2.2 : Mô hình hệ thống vận chuyển trên Solidworks 5
20. Kết cấu của hệ thống gồm những phần chính sau : + Thanh ray bắt ngang nối giữa 2 cụm. + Khung dây treo dùng để móc sản phẩm và trƣợc trên thanh ray bằng hộp trƣợt di chuyển đến cụm khác + Hộp trƣợc đƣợc thiết kế bằng những vòng bi ,nên giảm đƣợc sự ma sát lớn + Xy lanh dùng để dẩn hƣớng , và nâng hạ khung dây treo . + Các cảm biến đƣợc dùng để nhận biết hành trình đi của khung dây treo 2.4 Một số dây truyền vận chuyển sản phẩm tự động hiện nay: 2.4.1 Băng chuyền sản xuất  Giới thiệu băng chuyền sản xuất Băng chuyền sản xuất đƣợc thiết kế với bộ khung thép cao cấp hoặc khung nhôm định hình. Với cấu trúc vững chắc có khả năng chịu trọng tải lớn và chống va đập tốt. Băng chuyền sản xuất đang là sự lựa chọn hàng đầu của nhiều công ty,xí nghiệp tại Việt Nam. Hình 2.3: Băng chuyền sản xuất  Thông số kỹ thuật băng chuyền sản xuất Chiều dài băng chuyền : 1.000-20.000 ( mm) Chiều rộng băng : 350-800 (mm) Chiều cao : 400-1.200 (mm) Kết cấu khung băng tải: Khung nhôm định hình 20×40, 40×60,40×80, hoặc bằng inox , thép sơn tĩnh điện. 6
21. Dây băng tải Dây PVC & PU chiều dày 1-5 (mm) màu xanh , màu sẫm hoặc màu trắng, khả năng chống tĩnh điện của hãng Sampla(Italia), Ammerral (Hà Lan) , Esbelt ( Tây Ban Nha ) Động cơ giảm tốc (sew motor) : hãng Japan, Italia  Ƣu điểm của hệ dẫn động băng tải là: Băng tải cấu tạo đơn giản, bền Có khả năng vận chuyển vật liệu theo hƣớng nằm ngang, nằm nghiêng ( hay kết hợp cả hai) với khoảng cách lớn Làm việc êm, năng suất tiêu hao không lớn.  Bên cạnh đó, băng tải còn có một số Hạn chế nhƣ: Khuyến nghị nên chạy tốc độ trung bình - không cao, Độ nghiêng băng tải nhỏ ( < 240 ) Không vận chuyển đƣợc theo hƣớng đƣờng cong ( cần bố chí thêm động cơ và khung băng để đổi hƣớng  Đặc điểm làm việc của băng tải là: Thiết bị vận liên tục luôn tì đè lên con lăn. vì vậy thƣờng xuyển kiểm tra bảo dƣỡng con lăn. Làm việc đƣợc nhờ lực ma sát giữa bề mặt đai và tang dẫn - con lăn Uu điểm vận chuyển hàng rời nhƣ cát, đá răm, than, than đá từ bến bãi lên tầu, xà lan. 2.4.2 Băng tải xích treo : Băng tải xích treo đƣợc sử dụng nhiều trong các ngành công nhiệp nặng nhƣ ô tô, vận chuyển sắt thép. Các phiên bản khác còn đƣợc sử dụng trong các nhà máy, xƣởng không có nhiều diện tích. Hình 2.4: Dây chuyền sử dụng tải xích treo 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4