Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong công nghệ gia công kim loại và chế tạo máy, nhiệt luyện đóng vai trò cốt lõi nhằm nâng cao cơ tính, đặc biệt là độ cứng và tính chống mài mòn cho các chi tiết cơ khí. Phương pháp tôi cao tần dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ là giải pháp hiệu quả cho phép gia nhiệt nhanh bề mặt kim loại mà vẫn duy trì độ dẻo dai ở phần lõi. Tuy nhiên, tại thời điểm nghiên cứu, các hệ thống máy tôi cao tần tích hợp cơ cấu cấp phôi và dẫn động tự động chủ yếu chỉ xuất hiện tại các nhà máy, tập đoàn công nghiệp quy mô lớn. Đối với các dòng máy tôi cao tần cỡ nhỏ hoặc di động phục vụ sản xuất vừa và nhỏ, việc định vị phôi và di chuyển vòng dây cảm ứng dọc theo chiều dài trục vẫn phải thực hiện thủ công thông qua đồ gá bằng tay. Thao tác tay không đảm bảo được sự đồng đều về tốc độ nung và khoảng cách dịch chuyển, dẫn đến chất lượng lớp tôi không ổn định, tỷ lệ phế phẩm cao và tiêu tốn nhiều thời gian thử nghiệm.

Xuất phát từ thực tế đó, nhóm nghiên cứu thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã thực hiện đề tài "Thiết kế và chế tạo cơ cấu truyền động cho vòng cảm ứng của máy tôi cao tần" nhằm ứng dụng công nghệ tự động hóa vào quá trình nhiệt luyện, thay thế hoàn toàn thao tác thủ công, nâng cao năng suất và đảm bảo độ chính xác lặp lại của chất lượng bề mặt chi tiết sau khi tôi.

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được phân công trong nhóm gồm:

  1. Lựa chọn động cơ truyền động: Tìm hiểu đặc tính kỹ thuật, tính toán tải trọng và lựa chọn dòng động cơ phù hợp cho cơ cấu trục vít nâng hạ vòng cảm ứng.
  2. Thiết lập hệ thống điều khiển: Lựa chọn bộ điều khiển trung tâm thích hợp với động cơ và lập trình logic vận hành cho hệ thống.
  3. Thiết kế giao diện người - máy (HMI): Xây dựng giao diện màn hình cảm ứng để giám sát và điều khiển tốc độ, vị trí di chuyển của động cơ.
  4. Lắp đặt hệ thống an toàn và phụ trợ: Thiết kế các mạch bảo vệ, bố trí công tắc hành trình, thiết bị đóng cắt và hệ thống làm nguội phôi.
  5. Nhiệm vụ tích hợp chung: Khảo sát và thiết kế lại khung máy trên phần mềm 3D; gia công hoàn thiện bộ phận kẹp trục định vị; chế tạo cáp truyền thông; đấu nối toàn bộ mạch điện điều khiển và tiến hành thực nghiệm tôi thử trên mẫu trục thép C45.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là cơ cấu truyền động trục vít - đai ốc mang vòng dây cảm ứng nung cao tần, động cơ bước 5 pha, bộ điều khiển lập trình PLC và màn hình cảm ứng HMI. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc cải tiến kết cấu khung máy sẵn có, thiết kế mạch điều khiển truyền động tịnh tiến cho vòng cảm ứng và kiểm nghiệm thực tế trên các chi tiết dạng trục bằng thép C45 trong môi trường xưởng thực hành cơ khí.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Đồ án xây dựng dựa trên sự giao thoa giữa lý thuyết nhiệt luyện kim loại và kỹ thuật điều khiển tự động hóa cơ điện tử:

  • Cơ sở lý thuyết nhiệt luyện kim loại:

    • Quá trình tôi thép đòi hỏi nung nóng chi tiết vượt quá nhiệt độ tới hạn trên giản đồ trạng thái hợp kim sắt - cacbon ($Fe-C$) để chuyển biến hoàn toàn tổ chức sang Austenit ($\gamma$), sau đó làm nguội nhanh với tốc độ lớn hơn tốc độ nguội tới hạn để thu được tổ chức Mactenxit có độ cứng cao.
    • Các điểm và đường tới hạn được áp dụng gồm: điểm $A_1 = 727^\circ\text{C}$ (đường PSK, chuyển biến Peclit $\rightarrow$ Austenit), đường $A_3 = 727 - 911^\circ\text{C}$ (đường SG, chuyển biến Ferit $\rightarrow$ Austenit đối với thép trước cùng tích) và đường $A_{cm} = 727 - 1147^\circ\text{C}$ (đường SE, hòa tan Xementit II vào Austenit đối với thép sau cùng tích).
    • Nguyên lý tôi cao tần sử dụng dòng điện xoay chiều (AC) tần số cao chạy qua cuộn cảm ứng bằng ống đồng (có nước làm mát bên trong), tạo ra từ trường biến thiên nồng độ cao ở lớp bề mặt phôi nhờ hiệu ứng bề mặt (skin effect), sinh ra dòng điện xoáy Fu-cô nung nóng nhanh lớp vỏ kim loại.

  • Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động và khí cụ điện:

    • Khái niệm tự động hóa chu kỳ gia công và nguyên lý cơ khí hóa các chuyển động phụ trợ.
    • Cấu trúc và nguyên lý làm việc của bộ điều khiển logic khả trình (PLC): cấu trúc bộ vi xử lý, các loại bộ nhớ (RAM có pin nuôi CMOS, EPROM, EEPROM), hệ thống Bus (Address Bus, Data Bus, Control Bus truyền song song 8-bit ở chu kỳ quét đồng bộ với xung nhịp 1,8 MHz). Tập lệnh lập trình Bit-Logic (NO, NC, Out, Set, Reset, tiếp điểm sườn lên P, sườn xuống N), bộ định thời (Timer TON, TONR với giá trị đặt PT tối đa 32767), bộ đếm (Counter CTU, CTUD) và các hàm xử lý toán học, so sánh, di chuyển dữ liệu (Move).
    • Thiết bị giao tiếp người - máy (HMI): phân loại HMI trên nền máy tính cá nhân (SCADA), HMI chuyên dụng nhúng và các biến thể di động.
    • Khí cụ điện phụ trợ: Contactor đóng cắt mạch công suất, Aptomat (Circuit Breaker - CB) bảo vệ ngắn mạch và quá tải, công tắc hành trình giới hạn cơ khí, bộ nguồn Adaptor chuyển đổi 220V AC sang 24V DC và súng đo nhiệt độ hồng ngoại từ xa.

  • Phương pháp nghiên cứu thực tế:

    • Phương pháp thiết kế có sự trợ giúp của máy tính (CAD/CAM): Ứng dụng phần mềm Creo để xây dựng mô hình 3D toàn bộ kết cấu máy tôi, mô phỏng không gian lắp ráp, phát hiện va chạm và tối ưu hóa bệ gá trước khi gia công.
    • Phương pháp so sánh, lựa chọn kỹ thuật: So sánh đặc tính động học và kinh tế giữa động cơ bước và động cơ servo; giữa PLC công nghiệp và vi điều khiển; giữa HMI hiện đại và bảng điều khiển nút bấm truyền thống.
    • Phương pháp thực nghiệm chế tạo và kiểm nghiệm: Gia công cơ khí các chi tiết đồ gá, đấu nối mạch điện, lập trình tải mã điều khiển và vận hành tôi thử nghiệm trực tiếp trên mẫu thép C45.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế và chế tạo bao gồm hai phần chính: cơ khí truyền động và tủ điều khiển tự động.

+-------------------------------------------------------------------+
|                        MÀN HÌNH HMI DELTA                         |
|                    (Giao diện vận hành cảm ứng)                   |
+---------------------------------+---------------------------------+
                                  | Cáp RS232 (COM DB9)
                                  v
+-------------------------------------------------------------------+
|                        PLC SIEMENS S7-200                         |
|                  (Xử lý logic, phát xung điều khiển)              |
+---------------------------------+---------------------------------+
                                  | Tín hiệu xung / chiều (Pulse/Dir)
                                  v
+-------------------------------------------------------------------+
|                        DRIVER ĐỘNG CƠ BƯỚC                        |
+---------------------------------+---------------------------------+
                                  | Dòng công suất 5 pha
                                  v
+-------------------------------------------------------------------+
|                      ĐỘNG CƠ BƯỚC MD5-HF14                        |
+---------------------------------+---------------------------------+
                                  | Truyền động quay
                                  v
+-------------------------------------------------------------------+
|                       CƠ CẤU TRỤC VÍT ME                          |
|         (Tịnh tiến vòng cảm ứng dọc theo phôi thép kẹp khối V)    |
+-------------------------------------------------------------------+

1. Phân tích và lựa chọn giải pháp phần cứng

Dựa trên yêu cầu công nghệ truyền động trục vít với tốc độ dịch chuyển chậm, mô-men giữ lớn và độ chính xác định vị cao, nhóm nghiên cứu đã tiến hành so sánh để đưa ra phương án phần cứng tối ưu:

Hạng mục so sánh Phương án A Phương án B Phương án lựa chọn và lý do
Động cơ truyền động Động cơ bước (Step Motor): Điều khiển vòng hở, mô-men giữ tại chỗ lớn ở tốc độ thấp, giá thành rẻ, không cần bộ mã hóa phức tạp. Động cơ Servo: Điều khiển vòng kín, tốc độ rất cao, độ phản hồi vị trí tức thời, giá thành đắt, mạch điều khiển phức tạp. Chọn Động cơ bước MD5-HF14 (Autonics 5 pha): Đảm bảo mô-men kéo ổn định, độ phân giải góc bước mịn, đáp ứng chính xác tốc độ tịnh tiến chậm khi tôi và tối ưu chi phí.
Bộ điều khiển trung tâm Bộ điều khiển lập trình PLC: Độ bền công nghiệp cao, chống nhiễu điện từ trường cực tốt, tích hợp sẵn module I/O, độ tin cậy vận hành liên tục. Vi điều khiển (MCU/Vi xử lý): Kích thước nhỏ, chi phí thấp, nhưng độ ổn định công nghiệp kém, dễ bị nhiễu từ trường cao tần làm treo chip. Chọn PLC Siemens S7-200: Chịu được môi trường phát xung cao tần công suất lớn, độ ổn định cao, lập trình thuận tiện trên máy tính qua phần mềm Step 7.
Giao diện điều khiển Màn hình cảm ứng HMI hiện đại: Đồ họa trực quan, dễ thay đổi thông số trực tiếp trên màn hình, lưu trữ nhiều chế độ chạy. HMI truyền thống (Nút nhấn, công tắc, đèn báo): Cồng kềnh, không hiển thị trực quan thông số chiều dài và tọa độ di chuyển. Chọn Màn hình HMI Delta DOP-B05: Màn hình màu cảm ứng chuyên dụng, kết nối trực tiếp với PLC qua cổng COM, cho phép cấu hình linh hoạt các màn hình chức năng.

2. Triển khai phần cứng cơ khí và điện điều khiển

  • Cải tạo cơ khí khung máy: Nhóm tiến hành tháo dỡ các chi tiết không cần thiết trên bộ khung cũ làm cản trở hành trình của vòng cảm ứng. Bộ phận kẹp gá phôi ban đầu thiếu an toàn và độ chính xác thấp được thay thế bằng hệ thống đồ gá khối V định tâm, giúp kẹp chặt phôi trục thẳng đứng và đồng trục với vòng cảm ứng. Hộp nhôm bảo vệ được chế tạo riêng để cách ly các mạch điều khiển khỏi nhiệt độ cao và nước làm mát.
  • Lắp đặt hệ thống làm nguội: Thiết kế đường ống cấp nước làm nguội trực tiếp ngay phía dưới cuộn cảm ứng để hạ nhiệt nhanh bề mặt kim loại sau khi đạt nhiệt độ tôi.
  • Đấu nối truyền thông và an toàn:
    • Chế tạo cáp truyền thông RS232 chuyên dụng nối giữa cổng giao tiếp của PLC Siemens S7-200 và cổng COM (chuẩn DB9 đực) của HMI Delta DOP-B05 bằng cáp 8 ruột bọc kim chống nhiễu.
    • Sử dụng cáp USBACAB230 để nạp chương trình từ máy tính vào PLC và cáp nạp chuyên dụng cho HMI.
    • Bố trí hệ thống bảo vệ gồm Aptomat (CB), nguồn nuôi chuyển đổi Adaptor 24V DC và 02 công tắc hành trình gắn tại hai điểm giới hạn trên - dưới của trục vít nhằm tự động ngắt động cơ khi cơ cấu vượt quá hành trình cho phép.

3. Thiết kế phần mềm và giao diện vận hành

  • Lập trình PLC (Step 7 - Micro/WIN): Xây dựng thuật toán phát xung điều khiển driver động cơ bước, xử lý logic chuyển động tịnh tiến thuận/nghịch, tính toán quy đổi số xung tương ứng với chiều dài hành trình thực tế của trục vít và quản lý tín hiệu dừng khẩn cấp từ công tắc hành trình.
  • Thiết kế giao diện HMI (DOPSoft): Thiết lập 04 màn hình làm việc trực quan:
    1. Màn hình chính (Home): Hiển thị tổng quan hệ thống, trạng thái kết nối và các nút chuyển hướng sang các chế độ điều khiển.
    2. Màn hình điều khiển bằng tay (Jog): Cung cấp các nút nhấn điều khiển vòng cảm ứng di chuyển lên/xuống từng bước để căn chỉnh vị trí ban đầu của phôi.
    3. Màn hình chạy tự động (Auto): Kích hoạt chu trình nung tôi tự động từ điểm bắt đầu đến điểm kết thúc theo thông số đã cài đặt.
    4. Màn hình điều khiển theo vị trí chỉ định: Cho phép người vận hành nhập trực tiếp giá trị chiều dài đoạn trục cần tôi (tính bằng milimet), hệ thống sẽ tự tính toán số xung để dẫn động vòng cảm ứng dừng chính xác tại tọa độ mong muốn.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan

Trình bày tính cấp thiết của việc áp dụng tự động hóa vào sản xuất cơ khí nhằm giảm giá thành và nâng cao chất lượng chi tiết máy. Nêu rõ ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài trong việc cải thiện điều kiện lao động tại xưởng nhiệt luyện. Xác định mục tiêu thiết kế, chế tạo thành công một máy tôi cao tần điều khiển được tốc độ nhanh/chậm và vị trí lên/xuống thông qua màn hình cảm ứng HMI. Phân định rõ nhiệm vụ của từng thành viên và thống nhất phương pháp nghiên cứu thiết kế tổng thể trên phần mềm Creo 3D trước khi chế tạo thực tế.

Chương II: Cơ sở lý thuyết

Hệ thống hóa toàn bộ các kiến thức lý thuyết nền tảng phục vụ đề tài:

  • Phân tích quá trình phát triển từ cơ khí hóa đến tự động hóa chu kỳ gia công và vai trò của hệ thống CAD/CAM.
  • Giới thiệu cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy tôi cao tần và cấu tạo cuộn dây cảm ứng bằng đồng.
  • Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại động cơ bước (nam châm vĩnh cửu, biến từ trở, hỗn hợp) và động cơ servo; phân tích cơ chế điều khiển nửa bước và vi bước.
  • Cung cấp tổng quan về PLC: cấu trúc phần cứng, nguyên lý quét chương trình, các loại bộ nhớ, sơ đồ xử lý tín hiệu và chi tiết tập lệnh lập trình PLC S7-200 (Bit Logic, Timer TON/TONR, Counter CTU/CTUD, hàm so sánh, di chuyển dữ liệu, hàm số học, hàm logic).
  • Tổng quan về thiết bị HMI, phân loại các dòng HMI trên thị trường và cấu tạo các thiết bị phụ trợ (Contactor, công tắc hành trình, nguồn 24V DC, Aptomat CB, súng đo nhiệt độ hồng ngoại).
  • Trình bày lý thuyết nhiệt luyện, giản đồ trạng thái pha $Fe-C$, các tổ chức tế vi (Ferit, Austenit, Xementit, Peclit, Ledeburite), các điểm nhiệt độ tới hạn ($A_1, A_3, A_{cm}$) và phương pháp tôi bề mặt bằng dòng cao tần.

Chương III: Quá trình thực hiện

Mô tả chi tiết quá trình tính toán, lựa chọn thiết bị và chế tạo thực tế:

  • So sánh chi tiết ưu - nhược điểm để đưa ra quyết định chọn động cơ bước 5 pha MD5-HF14 kèm driver điều khiển; chọn PLC Siemens S7-200 và màn hình cảm ứng Delta DOP-B05.
  • Hướng dẫn quy trình lập trình PLC bằng phần mềm Step 7 - Micro/WIN và phương pháp nạp chương trình qua cáp USBACAB230.
  • Trình bày quá trình thiết kế giao diện HMI trên phần mềm DOPSoft, cấu hình 4 màn hình chức năng (Home, Jog, Auto, Vị trí chỉ định).
  • Hướng dẫn chi tiết kỹ thuật hàn nối cáp truyền thông RS232 sử dụng đầu cổng COM đực DB9 và cáp 8 ruột chống nhiễu giữa PLC và HMI.
  • Thuyết minh quá trình gia công cơ khí: chỉnh sửa khung máy, chế tạo hộp nhôm bảo vệ mạch, làm lại khối V kẹp phôi định tâm, tích hợp hệ thống vòi phun nước làm nguội và đấu nối toàn bộ mạng điện điều khiển 24V DC/220V AC.

Chương IV: Kết quả đạt được

Trình bày kết quả thử nghiệm vận hành hệ thống:

  • Kiểm tra khả năng đáp ứng của bộ điều khiển: động cơ bước hoạt động ổn định, tịnh tiến êm dọc trục vít me, thay đổi tốc độ mượt mà và dừng chính xác tại vị trí cài đặt trên HMI.
  • Đánh giá kết quả thực nghiệm tôi thép: Tiến hành nung tôi thử nghiệm trên mẫu trục thép C45. So sánh trực quan hình thái bề mặt mẫu thép C45 trước và sau khi tôi (bề mặt sau khi tôi có màu xám sẫm đặc trưng của tổ chức Mactenxit bề mặt, độ cứng tăng rõ rệt, lớp tôi phân bố đều dọc theo chiều dài cài đặt).
  • Giới thiệu hình ảnh tổng thể máy tôi cao tần sau khi hoàn thiện lắp ráp.

Chương V: Kết quả và kiến nghị

Đánh giá toàn diện mức độ hoàn thành đồ án so với mục tiêu ban đầu; khẳng định nhóm đã hoàn thành việc thiết kế, chế tạo cơ cấu truyền động và làm chủ quy trình điều khiển tự động vòng cảm ứng. Đề xuất các kiến nghị cải tiến kỹ thuật cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm nâng cao tính thẩm mỹ và độ an toàn công nghiệp.

Kết quả và đóng góp thực tiễn

  1. Kết quả kỹ thuật đạt được:

    • Chế tạo hoàn chỉnh hệ thống truyền động cơ điện tử tích hợp cho vòng cảm ứng của máy tôi cao tần, bao gồm cơ cấu trục vít - đai ốc, động cơ bước 5 pha Autonics MD5-HF14, bộ điều khiển PLC Siemens S7-200 và màn hình HMI Delta DOP-B05.
    • Xây dựng thành công bộ chương trình điều khiển trên PLC và giao diện HMI với 4 chế độ vận hành linh hoạt (Home, Chạy bằng tay Jog, Chạy tự động Auto, Chạy theo chiều dài vị trí chỉ định).
    • Gia công cải tiến đồ gá kẹp trục dạng khối V, chế tạo hộp nhôm cách ly bảo vệ mạch điện và tích hợp hệ thống cấp nước làm nguội nhanh.
    • Thử nghiệm nung tôi thành công trên phôi trục thép C45, khắc phục triệt để hiện tượng quá nhiệt cục bộ hoặc nung không đều do thao tác tay gây ra.

  2. Đóng góp của đề tài:

    • Tự động hóa thành công chuyển động tịnh tiến của cuộn cảm ứng trên các dòng máy tôi cao tần cỡ nhỏ, mang lại giải pháp công nghệ giá thành thấp nhưng nâng cao đáng kể năng suất và tính ổn định chất lượng cho các xưởng cơ khí quy mô vừa và nhỏ.
    • Cung cấp tài liệu hướng dẫn kỹ thuật chi tiết về phương pháp ghép nối truyền thông RS232 giữa hai dòng thiết bị công nghiệp phổ biến khác hãng (PLC Siemens S7-200 và HMI Delta DOP-B05), đóng vai trò tài liệu tham khảo thực tế cho các dự án điều khiển máy công cụ.

Hạn chế và hướng phát triển

Dựa trên các đánh giá và đề xuất tại Chương V của đồ án, các hạn chế kỹ thuật hiện tại và hướng nghiên cứu mở rộng gồm:

  • Hạn chế kỹ thuật:

    • Hệ thống khung máy và cụm truyền động chưa có vỏ bọc kín hoàn toàn, dễ bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn và tia nước bắn trong quá trình tôi - làm nguội.
    • Màn hình cảm ứng HMI mới được lắp trên giá đỡ tạm, chưa có hộp đựng chuyên dụng đạt tiêu chuẩn bảo vệ công nghiệp.
    • Bộ phận gá kẹp phôi khối V hiện tại mới chỉ phù hợp tối ưu cho một khoảng đường kính trục nhất định, việc đổi phôi có kích thước quá lớn hoặc hình dạng phức tạp vẫn cần điều chỉnh cơ khí.
    • Chưa tích hợp cảm biến nhiệt độ hồng ngoại vào vòng điều khiển kín (Closed-loop control) để tự động điều chỉnh tốc độ dịch chuyển của vòng cảm ứng theo nhiệt độ tức thời của phôi.

  • Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp:

    • Thiết kế và gia công vỏ bọc kim loại/nhôm bao kín toàn bộ thân máy và hộp bảo vệ chuyên dụng cho màn hình HMI nhằm tăng độ bền và tính thẩm mỹ công nghiệp.
    • Cải tiến cơ cấu kẹp phôi khối V thành bộ gá vạn năng tự định tâm điều chỉnh nhanh, hỗ trợ đa dạng kích thước và biên dạng chi tiết.
    • Nghiên cứu tích hợp cảm biến đo nhiệt độ không tiếp xúc truyền tín hiệu Analog trực tiếp về PLC để tự động hóa hoàn toàn việc duy trì dải nhiệt độ tôi tối ưu cho từng mác thép khác nhau.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này là nguồn tư liệu thực hành giá trị cho:

  • Sinh viên ngành Cơ khí, Cơ điện tử và Tự động hóa: Tham khảo phương pháp tiếp cận thiết kế hệ thống cơ điện tử hoàn chỉnh từ khâu dựng hình 3D (Creo), chọn thiết bị (động cơ bước, PLC, HMI, CB, contactor) đến đấu nối điện và lập trình thực tế.
  • Người làm đề tài về tích hợp truyền thông công nghiệp: Tham khảo sơ đồ chân cáp kết nối RS232 giữa PLC Siemens S7-200 và HMI Delta DOP-B05, cùng cấu trúc chương trình mẫu trên Step 7 - Micro/WIN và DOPSoft.
  • Kỹ thuật viên xưởng nhiệt luyện: Ứng dụng giải pháp tự động hóa chi phí thấp để cải tạo, nâng cấp các máy tôi cao tần thủ công sẵn có tại cơ sở sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao nhóm tác giả lựa chọn động cơ bước MD5-HF14 thay vì động cơ Servo?
Trả lời: Do cơ cấu truyền động của máy tôi sử dụng trục vít me để tịnh tiến vòng cảm ứng với tốc độ chậm, đòi hỏi mô-men giữ lớn để duy trì vị trí nung ổn định và không yêu cầu tốc độ quay quá cao như các máy cắt gọt CNC. Động cơ bước 5 pha MD5-HF14 đáp ứng đầy đủ độ chính xác góc bước, mô-men tải lớn ở tốc độ thấp, vận hành đơn giản và có chi phí đầu tư thấp hơn nhiều so với động cơ servo.

2. Phương thức truyền thông giữa PLC Siemens S7-200 và màn hình HMI Delta DOP-B05 được thực hiện như thế nào?
Trả lời: Nhóm nghiên cứu đã tự chế tạo cáp truyền thông chuẩn RS232 sử dụng cáp 8 ruột bọc kim chống nhiễu, hàn nối với hai đầu cổng COM chuẩn DB9 đực theo sơ đồ chân kết nối tương thích giữa cổng truyền thông của PLC Siemens và HMI Delta.

3. Giao diện HMI của hệ thống được lập trình với các màn hình chức năng nào?
Trả lời: Giao diện HMI được thiết kế trên phần mềm DOPSoft gồm 04 màn hình: (1) Màn hình chính (Home) chuyển đổi chế độ; (2) Màn hình chạy bằng tay (Jog) để nhích chuyển từng bước; (3) Màn hình chạy tự động (Auto) thực hiện toàn bộ chu trình nung tôi; (4) Màn hình chạy theo vị trí chỉ định cho phép nhập chiều dài cần tôi tính bằng milimet.

4. Mác thép nào được nhóm sử dụng để thực nghiệm nung tôi và kết quả quan sát bề mặt ra sao?
Trả lời: Nhóm sử dụng mẫu trục thép C45 để tôi thử nghiệm. Kết quả bề mặt trục sau khi tôi có sự chuyển biến màu sắc đồng đều sang xám sẫm đặc trưng của tổ chức Mactenxit, lớp nung phân bố đều dọc thân trục và độ cứng được tăng cường rõ rệt so với trước khi nhiệt luyện.

5. Nhóm nghiên cứu đề xuất những giải pháp an toàn nào cho hệ thống?
Trả lời: Hệ thống được trang bị Aptomat (CB) bảo vệ ngắn mạch/quá tải, nguồn chuyển đổi 24V DC cách ly an toàn, 02 công tắc hành trình giới hạn cơ khí trên - dưới để ngắt động cơ khẩn cấp chống kẹt trục vít, hộp nhôm bảo vệ mạch điện điều khiển và vòi phun nước làm nguội trực tiếp sau vùng nung.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và chế tạo cơ cấu truyền động cho vòng cảm ứng của máy tôi cao tần" đã giải quyết thành công bài toán tự động hóa quá trình di chuyển vòng nung nhiệt luyện, thay thế hoàn toàn thao tác điều khiển thủ công kém ổn định. Công trình kết hợp chặt chẽ giữa thiết kế cơ khí 3D trên Creo, hệ thống truyền động trục vít dùng động cơ bước 5 pha và bộ điều khiển công nghiệp PLC S7-200 tích hợp màn hình cảm ứng HMI Delta. Kết quả thực nghiệm trên thép C45 chứng minh tính khả thi, độ chính xác định vị và hiệu quả nâng cao chất lượng nung tôi bề mặt, tạo tiền đề vững chắc cho việc hoàn thiện và ứng dụng vào thực tế sản xuất.