Nghiên cứu chế tạo mô hình cáp phôi và gia công tự động điều khiển bằng PLC

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 28 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÔ HÌNH CẤP PHÔI VÀ GIA CÔNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC CONSTRUCTION OF MODEL EMPRYOS AND PROCESS AUTOMATICALLY CONTROLED WITH PLC SVTH: Lê Chánh Thông, Nguyễn Anh Tú, Phạm Quốc Vương Lớp 05C1A, Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa GVHD: ThS. Trần Ngọc Hải Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa TÓM TẮT Hiện nay, dây chuyền cấp phôi tự động kết hợp với gia công tích hợp nhiều nguyên công để chế tạo chi tiết máy được sử dụng ngày càng nhiều, đặc biệt là ở các nước có nền công nghiệp phát triển tiên tiến và hiện đại. Hệ thống cấp phôi tự động và gia công tích hợp là một hệ thống hiện đại, nó làm tăng độ chính xác cao cho chi tiết gia công và hoàn thiện sản phẩm một cách nhanh nhất, và đảm bảo an toàn cho người vận hành. Báo cáo này đưa ra mô hình cấp phôi và gia công tự động điều khiển bằng PLC S7 – 200. ABSTRACT Nowadays, the supply chain automatically empryos combining with the integrated multi - operations processing to create machine parts is being used increasingly, especially in those countries who have advanced and modern industry. The empryos automatically and processing integrated system is a modem system, it increases the accuracy of parts processing and accomplishes products in the fastest way, and keeps safe for operators. This report demonstrates the model empryos and process automatically controled with PLC S7 – 200. 1. Đặt vấn đề: Ngày nay, việc sử dụng các dây chuyền, hệ thống để chế tạo sản phẩm không còn là điều mới mẻ đối với các quốc gia trên thế giới. Đối với các nước có nền công nghiệp phát triển thì các hệ thống gia công này được đầu tư thiết kế, trang bị đầy đủ và vô cùng hiện đại, có các kết cấu cơ khí rất chính xác, các robot trong dây chuyền hết sức linh hoạt. Và đặc biệt, công việc điều khiển dây chuyền rất đơn giản, dễ dàng, thuận tiện cho người sử dụng và có thể dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển hoạt động của dây chuyền để chế tạo các chi tiết máy, các sản phẩm khác theo yêu cầu thực tế của thị trường. Quy trình hoạt động của hệ thống là một chu trình liên tục khép kín, từ nguyên công cấp phôi cho đến nguyên công đóng gói sản phẩm đưa vào kho dự trữ hay đưa ra thị trường đều được tự động hóa. Với Việt Nam là một quốc gia có nền công nghiệp đang phát triển, đang cố gắng học hỏi, tiếp cận, kế thừa các công nghệ cao của thế giới. Hiện tại, ở nước ta các máy gia công chính xác như NC, CNC…đang dần dần được các công ty, các trung tâm gia công đưa vào để thay thế các máy gia công truyền thống. Do điều kiện kinh tế, cơ sở vật chất, trình độ con người còn thấp nên các dây chuyền sản xuất tự động công nghệ cao, các dây chuyền gia công tích hợp CIM chưa được sử dụng rộng rãi. Vì vậy chúng còn tương đối mới mẻ, xa lạ với học sinh, sinh viên cũng như các trung tâm gia công, các công ty chế tạo. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 29 Do vậy việc nghiên cứu, chế tạo mô hình cấp phôi và gia công tự động điều khiển bằng PLC là cấp thiết. Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi sẽ giới thiệu về cụm cấp phôi bằng tay máy; các cụm gia công như phay, khoan, tarô; lý thuyết, thuật toán điều khiển và đưa ra mô hình thực tế. Xuất phát từ một chi tiết máy trong thực tế, chúng tôi đã nghiên cứu, chế tạo ra mô hình để gia công chi tiết này. Chi tiết được gia công là “Chi tiết guốc” ở trong bộ kẹp thủy lực. - Chi tiết gia công trên hình 1: 50 ± 0 70 20 6±0.1 6±0.1 5 ±0.2 Hình 1: Chi tiết gia công của mô hình. Chi tiết gia công khá đơn giản dễ chế tạo. Phôi liệu ban đầu có dạng hình hộp chữ nhật, được chế tạo chính xác theo kích thước đã cho. Với mô hình thì ta chọn vật liệu phôi làm bằng nhựa đen, có độ cứng thấp, dễ phay, khoan và tarô, bề mặt gia công của chi tiết phù hợp với yêu cầu kỹ thuật. Chi tiết được tạo ra với các nguyên công sau: Nguyên công 1: Phay 2 mặt bậc bằng 2 dao phay đĩa 3 mặt cắt đạt Rz 20. Nguyên công 2: Khoan lỗ Ø6.5 ở tâm chi tiết. Nguyên công 3: Tarô ren M8. Sau 3 nguyên công cơ bản ta hoàn thành được chi tiết theo yêu cầu của bản vẽ. Xuất phát từ chi tiết thực tế này nhóm sinh viên chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu và chế tạo mô hình cấp phôi và gia công chi tiết tự động điều khiển bằng PLC S7 – 200. 2. Nội dung: - Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống cấp phôi và gia công tự động. - Thiết kế chu trình hoạt động của hệ thống. - Xây dựng thuật toán điều khiển và viết chương trình cho PLC S7 – 200. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 30 2.1. Mô hình cấp phôi và gia công tự động của chúng tôi bao gồm: + Hệ thống cấp phôi : Đĩa mang phôi quay tròn, Tay máy khí nén làm nhiệm vụ bắt lấy phôi ở đĩa mang phôi vận chuyển sang bàn máy để chuẩn bị đi đến các vị trí gia công. Ở đây, phôi được định vị và kẹp chặt trên bàn máy nhờ các pittông khí nén. Pittông kẹp chặt sẽ tiến hành kẹp trong suốt quá trình gia công chi tiết. + Cơ cấu phay: Hai dao phay đĩa 3 mặt cắt được gá cố định trên trục dao với khoảng cách đúng như 2 bậc của chi tiết cần gia công. Trục dao được lắp trên hai gối đỡ và gá chặt trên mô hình, có vị trí phù hợp, chính xác để phay được hai rãnh của chi tiết. Ở đây, dao phay chỉ có một tốc độ cố định. + Cơ cấu khoan: Một đầu khoan được gá đúng vị trí yêu cầu. Cơ cấu tịnh tiến của mũi khoan được sử dụng bằng pittông khí nén. Vận tốc đi xuống này được khống chế bằng van tiết lưu. Chuyển động quay của mũi khoan được tạo ra nhờ dẫn động bằng động cơ. Động cơ chuyển động với một vận tốc cố định. + Cơ cấu tarô: Được thiết kế giống với cơ cấu khoan nhưng chỉ thay đổi động cơ để có được vận tốc thấp phù hợp với tốc độ thực hiện nguyên công tarô. Thay mũi khoan bằng mũi tarô. + Bàn máy: Được dẫn động bằng động cơ và cơ cấu vítme đai ốc bi. Bàn máy mang chi tiết được kẹp chặt đi đến các vị trí gia công để tiến hành gia công. Nhờ các cảm biến được đặt chính xác tại các vị trí gia công để giúp bàn máy dừng đúng vị trí gia công. + Băng tải: Làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm gia công về vị trí kiểm tra, đóng gói hoặc vào kho lưu trữ. 2.2. Xây dựng thuật toán điều khiển: Từ biểu đồ GRAFCET dưới đây ta sẽ viết được chương trình điều khiển cho hệ thống: Nút Start 1 : I0.0 Nút Stop : I0.1 Sensor trên xilanh tay kẹp: I0.2 Sensor dưới xilanh tay kẹp: I0.3 Sensor trái xilanh tay kẹp (qua kẹp): I0.4 Sensor phải xilanh tay kẹp (qua nhả): I0.5 Sensor báo phôi ở đĩa: I0.6 Sensor báo phôi ở bàn máy: I0.7 Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 31 Sensor bàn vít me: I1.0 Sensor tại vị trí khoan: I1.1 Sensor tại vị trí taro: I1.2 Công tắc hành trình ở đầu khoan (dưới): I1.3 Công tắc hành trình ở đầu taro (dưới): I1.4 Nút Start 2 : I1.5 Xilanh lên xuống của tay kẹp: A Xilanh qua lại (xilanh quay): B Xilanh kẹp: C Xilanh sữa định vị: D Xilanh kẹp chặt: E Xilanh khoan: F Xilanh tarô: G Xilanh đẩy sản phẩm: H Động cơ bàn phôi: ĐA Động cơ phay: ĐB Động cơ vít me: ĐC Động cơ Khoan: ĐD Động cơ Tarô thuận: ĐET Động cơ Tarô nghịch: ĐEN Động cơ băng tải: ĐF. 2.3. Thiết kế chu trình hoạt động của hệ thống Hình 3: Mô hình gia công tự động 0 1 2 3 4 5 6 7 ĐA A, ÐA C A B A C I0.0 I0.6 I0.3 t/3/2s I0.2 I0.5, I1.0 I0.3 I0.7 8.1 A I0.2 9.1 B I0.4 8.2 D t/8.2/1s 9.2 D, E t/9.2/3s 10 ĐB, ĐC I1.1 11 ĐC, F, ĐD, ĐB I1.3, t/11/2s 12 F t/12/5s 13 ĐC, ĐD I1.2 14 ĐC, G, ĐET t/15/5s 16 ĐE, E, H, ĐF ĐC t/16/3s I1.0 17.1 ĐF t/16/5s 18 ĐC I0.2, I0.4 + + - + - + + - - - I1.4 15 G, ÐEN 17.1 + +- ++ +- - + -+ - + +- - -- + + + - + - Hình 2: Grafcet của chương trình 1 Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 32 3. Kết luận + Đã chế tạo thành công mô hình cấp phôi và gia công tự động, ứng dụng bộ khả lập trình PLC S7 – 200 , CPU 226 để điều khiển. + Đề tài này có thể làm tài liệu phục vụ cho học tập và nghiên cứu của sinh viên khoa Cơ khí. Đây là một mô hình tổng hợp toàn bộ các đồ án môn học của chuyên ngành chế tạo máy. + Nghiên cứu ứng dụng điều khiển tự động không chỉ cho mô hình cấp phôi và gia công tự động mà còn phát triển với nhiều máy và hệ thống điều khiển khác như hệ thống đóng nắp chai, hệ thống sản xuất xi măng, hệ thống đóng gói, phân loại sản phẩm, hệ thống robot sơn, hàn tự động trong sản xuất, ... + Mô hình nghiên cứu, mô phỏng lại chu trình làm việc của một dây chuyền sản xuất tự động, mô hình hoạt động cho ta thấy được quy trình làm việc khép kín của các hệ thống sản xuất hiện đại. + Hướng phát triển của đề tài này là có thể kết nối giao diện với máy tính để điều khiển, nghiên cứu động lực học của hệ thống. Đề tài này có thể ứng dụng chế tạo thực tế, phục vụ cho quá trình sản xuất. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Lê Văn Tiến, PGS.TS Ninh Đức Tốn, PGS.TS Trần Xuân Việt, Sổ tay Công nghệ chế tạo máy, tập 1-2-3, Nxb Khoa học và Kỹ thuật. [2] PGS. TS Phạm Đắp, PGS. TS Trần Xuân Tùy (1998), Điều khiển tự động trong lĩnh vực cơ khí, tập 1, Nxb Giáo dục. [3] Nguyễn Ngọc Phương (1999), Hệ thống điều khiển bằng khí nén, Nxb Giáo dục. [4] Châu Mạnh Lực, Giáo trình sản xuất tự động, ĐH Bách khoa Đà Nẵng. [5] Richard C.Dorf, University of Calfornia, Robert H.Bishop, The University of Texas at Austin, Morden Control System.