I. Giới thiệu về Đồ án Tốt nghiệp Thiết kế và Thi công Hệ thống
Đồ án tốt nghiệp là một trong những yêu cầu quan trọng nhất đối với sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ Điện Tử. Đồ án này không chỉ là bài kiểm tra cuối cùng về kiến thức mà còn là cơ hội để sinh viên áp dụng những lý thuyết đã học vào thực tiễn công nghiệp. Đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống truyền động cơ cấu dán bìa và điều khiển máy dán bìa giấy tự động" được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM dưới sự hướng dẫn của Th.S Tưởng Phước Thọ. Đây là một dự án có tính ứng dụng cao, kết hợp thiết kế cơ khí và điều khiển tự động để tạo ra một giải pháp công nghệ hiện đại cho ngành công nghiệp chế biến giấy.
1.1. Mục tiêu chính của đồ án tốt nghiệp
Mục tiêu chính là thiết kế hệ thống truyền động và cải tiến cơ cấu dán bìa từ kiểu điều khiển pneumatic truyền thống sang điều khiển AC Servo hiện đại. Dự án không chỉ tập trung vào thiết kế mà còn thi công và vận hành máy dán bìa giấy tự động đầy đủ, đảm bảo máy hoạt động ổn định và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của công ty sử dụng.
1.2. Đặc điểm nổi bật của dự án
Đặc điểm nổi bật của đồ án bao gồm ứng dụng công nghệ AC Servo motor tiên tiến, hệ thống điều khiển PLC để tăng độ chính xác, khả năng điều chỉnh vận tốc và vị trí linh hoạt, và hai chế độ hoạt động (tay và tự động). Ngoài ra, máy có khả năng nhận diện vị trí tự động thông qua các cảm biến hiện đại.
II. Thiết kế Hệ thống Truyền động Cơ cấu Dán bìa
Hệ thống truyền động là trái tim của máy dán bìa giấy tự động. Hệ thống này bao gồm động cơ 3 pha để truyền chuyển động nâng-hạ bàn giấy qua bánh răng, và AC Servo motor để điều khiển chuyển động của cơ cấu dán. Việc chọn lựa AC Servo thay vì khí nén mang lại những lợi ích vượt trội như độ chính xác cao hơn, tiêu thụ năng lượng thấp hơn, và khả năng điều khiển tuyệt đối vị trí. Thiết kế cơ cấu trượt được tối ưu hóa để đảm bảo chuyển động mượt mà và giảm rung động trong quá trình hoạt động. Các cảm biến được lắp đặt chiến lược để phát hiện vị trí chính xác của giấy, từ đó điều chỉnh lực dán và tốc độ xử lý phù hợp.
2.1. Cơ cấu truyền động chính
Cơ cấu truyền động chính sử dụng động cơ 3 pha kết hợp với hệ thống bánh răng để tạo chuyển động nâng-hạ bàn giấy ổn định. Công suất động cơ được lựa chọn phù hợp với tải trọng giấy và tốc độ hoạt động mong muốn, đảm bảo máy hoạt động liên tục mà không quá tải hoặc gây hao tổn năng lượng.
2.2. Ứng dụng AC Servo trong điều khiển cơ cấu dán
AC Servo motor được sử dụng để điều khiển chính xác chuyển động của cơ cấu dán bìa. So với khí nén truyền thống, AC Servo cung cấp độ chính xác micrometer, khả năng lặp lại cao, và phản ứng nhanh đối với các lệnh điều khiển từ PLC. Điều này cho phép máy dán giấy ở vị trí chính xác mỗi lần, nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.
III. Hệ thống Điều khiển Máy Dán bìa Giấy Tự động
Hệ thống điều khiển được thiết kế dựa trên PLC (Programmable Logic Controller) và Driver AC Servo, tạo thành một giải pháp điều khiển tích hợp đầy đủ. PLC đóng vai trò như bộ não của máy, nhận tín hiệu từ các cảm biến, nút điều khiển, và công tắc hành trình, sau đó gửi lệnh tương ứng đến Driver AC Servo và các thiết bị ngoại vi khác. Máy hoạt động theo hai chế độ: chế độ tay (manual) cho phép người vận hành test và điều chỉnh, và chế độ tự động (automatic) khi máy hoạt động theo chu kỳ liên tục dựa trên tín hiệu từ băng chuyền. Giao diện điều khiển bao gồm các nút nhấn, công tắc và cảm biến được kết nối trực tiếp với PLC để có thể giám sát và điều chỉnh tham số máy một cách dễ dàng.
3.1. Vai trò của PLC trong hệ thống
PLC là thiết bị điều khiển chương trình xử lý tất cả các logic của máy dán bìa. Nó nhận dữ liệu từ các cảm biến quang, công tắc hành trình, và bộ mã hóa vị trí, sau đó xử lý theo chương trình và gửi tín hiệu điều khiển đến Driver AC Servo. PLC cũng lưu trữ các thông số như tốc độ, vị trí dán, giúp máy có thể lưu nhớ các cấu hình và hoạt động lặp lại chính xác.
3.2. Hai chế độ hoạt động của máy
Chế độ tay (Manual): Người vận hành điều khiển từng bước động tác của máy bằng nút nhấn, phù hợp để test và hiệu chỉnh máy trước khi hoạt động chính thức. Chế độ tự động (Automatic): Máy hoạt động theo chu kỳ liên tục, nhận tín hiệu kích hoạt từ băng chuyền và tự động thực hiện toàn bộ quy trình dán giấy mà không cần can thiệp của con người.
IV. Kết quả Đạt được và Ứng dụng Thực tiễn
Sau quá trình thiết kế, thi công và kiểm tra, nhóm sinh viên đã hoàn thành thành công một máy dán bìa giấy tự động hoạt động theo đúng yêu cầu của công ty TNHH Kỹ Thuật Lê Quân. Kết quả đạt được bao gồm: máy hoạt động ổn định với độ chính xác cao, khả năng xử lý theo hai chế độ (tay và tự động), điều chỉnh linh hoạt vận tốc và vị trí dán. Ứng dụng thực tiễn của dự án đã chứng minh giá trị của automation và servo control trong ngành công nghiệp chế biến giấy. Máy đã giúp tăng hiệu suất sản xuất, giảm chi phí vận hành, cải thiện chất lượng sản phẩm, và giảm chi phí bảo trì so với các hệ thống khí nén truyền thống. Đồ án này là minh chứng cho khả năng áp dụng công nghệ hiện đại trong giải quyết các bài toán thực tế trong công nghiệp Việt Nam.
4.1. Thành tựu và hiệu quả của dự án
Dự án hoàn thành với tất cả các yêu cầu kỹ thuật được đáp ứng. Máy có thể xử lý giấy với độ chính xác ±0.5mm, tốc độ xử lý lên đến 50-100 tờ/phút tùy theo cấu hình. Hiệu quả năng lượng cũng được cải thiện 30% so với hệ thống khí nén. Đặc biệt, tính ổn định của máy trong hoạt động liên tục đã được chứng minh qua test kéo dài 10 giờ không hỏng hóc.
4.2. Các lợi ích kỹ thuật và kinh tế
Lợi ích kỹ thuật: Độ chính xác cao, khả năng lặp lại tuyệt đối, dễ bảo trì. Lợi ích kinh tế: Giảm chi phí vận hành do tiêu thụ điện thấp hơn, giảm chi phí bảo trì vì không cần nạp khí nén thường xuyên, tăng hiệu suất sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm dẫn đến tăng doanh thu.
