Chương 1 và 2 giới thiệu về nội dung đề tài và trình bày tổng quan về Hệ thống dập tự động. Chương 3, 4 và 5 trình bày về các thành phần cấu tạo chính của Hệ thống điều khiển. Chương 6 và 7 trình bày quá trình hoạt động của toàn hệ thống và vấn đề lập trình cho máy dập NC. Chương 8 trình bày quá trình thử nghiệm và đánh giá hệ thống.
3 Luan van Chương 2 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.
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,… 4 Luan van Chương 2 2.2 Các module của một Hệ thống dập tự động Một hệ thống dập tự động bao gồm: 2.1 Khuôn dập - Chức năng: Nhận lực từ máy dập và trực tiếp biến dạng kim loại trong lòng khuôn tạo ra sản phẩm Hình 2.2 Máy dập - Chức năng: Nâng đỡ khuôn, tạo ra lực dập cung cấp cho khuôn để khuôn làm việc.2: Máy dập thủy lực 2.3 Máy cấp phôi - Chức năng: Nạp phôi vào khuôn dập đều đặn theo chu trình dập của máy (phôi cuộn hoặc phôi rời). Có thể hoạt động bằng khí nén hoặc bằng điện. 5 Luan van Chương 2 Hình 2.3: Máy cấp phôi tự động 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.3 Các phương pháp điều khiển tự động 2.1 Hệ thống cơ cấu cơ khí - Sử dụng các cơ cấu cơ khí như cam, bánh răng, thanh răng, lò xo, trục khủy v.
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 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. để xây dựng các mạch chuẩn theo tầng hoặc theo bước dựa trên giản đồ tự động cho sẵn.
6 Luan van Chương 2 - 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.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. 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.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. 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.
7 Luan van Chương 3 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 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 35 lện đơn. Thời gian thực hiện tất cả các lệnh là 1 chu kỳ máy, ngoại trừ lệnh rẽ nhánh 2 Tốc độ hoạt động: - Ngõ vào xung clock tần số 20Mhz - Chu kì thực hiện lệnh là 200ns 8 Luan van Chương 3 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 Dãy điện áp hoạt động từ 2V đến 5.5V 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 Có bộ định thời giám sát (Watchdog Timer- WDT) dùng dao động trong chip 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 Dòng hoạt động: - 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 35 chân I/O cho phép lựa chọn hướng độc lập Có module so sánh tương tự 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 module capture, compare và điều chế xung PWM Có thể lập trình trên bo ISP thông qua 2 chân Có module truyền dữ liệu nối tiếp đồng bộ MSSP hỗ trợ chuẩn truyền 3 dây SPI, chuẩn I2C ở 2 chế độ chủ và tớ. 9 Luan van Chương 3 3.2 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 10 Luan van Chương 3 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: + H1H2H3H4 = 0111: C1C2C3C4 = 0111 => Đã nhấn nút 1 C1C2C3C4 = 1011 => Đã nhấn nút 2 C1C2C3C4 = 1101 => Đã nhấn nút 3 C1C2C3C4 = 1110 => Đã nhấn nút UP + H1H2H3H4 = 1011: C1C2C3C4 = 0111 => Đã nhấn nút 4 C1C2C3C4 = 1011 => Đã nhấn nút 5 C1C2C3C4 = 1101 => Đã nhấn nút 6 C1C2C3C4 = 1110 => Đã nhấn nút DOWN 11 Luan van Chương 3 + H1H2H3H4 = 1101: C1C2C3C4 = 0111 => Đã nhấn nút 7 C1C2C3C4 = 1011 => Đã nhấn nút 8 C1C2C3C4 = 1101 => Đã nhấn nút 9 C1C2C3C4 = 1110 => Đã nhấn nút MENU + H1H2H3H4 = 1110: C1C2C3C4 = 0111 => Đã nhấn nút ADD C1C2C3C4 = 1011 => Đã nhấn nút 0 C1C2C3C4 = 1101 => Đã nhấn nút BACK C1C2C3C4 = 1110 => Đã nhấn nút ENT 3.3 Màn hình LCD 16x2 Hình 3.6: Màn hình LCD 16x2 Sơ đồ 3.