Nghiên cứu hệ thống cảm biến trên khuôn dập và hệ thống cấp phôi tự động

Luận văn thạc sĩ phân tích, thiết kế hệ thống cảm biến trên khuôn dập liên tục và hệ thống cấp phôi tự động, đưa ra giải pháp ứng dụng thực tế.

• Tác giả: Trần Trọng Nghĩa
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Trung Kiên
• Trường học: Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Hệ Thống Cảm Biến Trên Khuôn Dập Liên Tục Và Hệ Thống Cấp Phôi Tâm Tự Động
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống cảm biến trên khuôn dập liên tục

Cảm biến khuôn dập là các thiết bị quan trọng trong dây chuyền sản xuất tự động hiện đại. Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu hệ thống cảm biến trên khuôn dập liên tục và hệ thống cấp phôi tâm tự động tại Đại học Bách Khoa Hà Nội. Các cảm biến được sử dụng để phát hiện, đo lường và kiểm soát các thông số quan trọng trong quá trình gia công. Hệ thống này bao gồm nhiều loại cảm biến quang điện, cảm biến siêu âm, và cảm biến áp suất. Việc tối ưu hóa các cảm biến giúp nâng cao độ chính xác, hiệu suất sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu này mang ý nghĩa lớn trong lĩnh vực kỹ thuật cơ điện tử và công nghệ sản xuất tự động.

1.1. Cơ cấu dây chuyền dập tâm liên tục

Dây chuyền đập tâm liên tục là một hệ thống phức tạp gồm khuôn dập, máy dập trục khuỷu và các cơ cấu truyền động. Khuôn dập liên tục được thiết kế để hoạt động liên tục với chu trình nhanh, đảm bảo năng suất cao. Các thành phần chính bao gồm cỗi cắt đột, chảy cắt, và hệ thống định vị. Máy dập trục khuỷu cung cấp lực ép cần thiết. Hệ thống này yêu cầu các cảm biến để giám sát vị trí, áp lực và độ chính xác trong từng giai đoạn gia công.

1.2. Vai trò của cảm biến trong quy trình sản xuất

Cảm biến đóng vai trò then chốt trong việc kiểm soát chất lượng và hiệu suất sản xuất. Chúng giúp phát hiện lỗi, đo lường kích thước sản phẩm, và xác định vị trí chính xác các linh kiện. Hệ thống cảm biến tích hợp với PLC để thực hiện điều khiển logic tự động. Các loại cảm biến như cảm biến vị trí, cảm biến áp suất, và cảm biến phát hiện sẽ được sử dụng để tối ưu hóa toàn bộ dây chuyền.

II. Thiết kế hệ thống cấp phôi tâm tự động

Hệ thống cấp phôi tâm tự động là một thành phần quan trọng giúp cung cấp vật liệu liên tục cho máy dập. Luận văn này chi tiết hóa thiết kế cơ cấu kẹp cuộn phôi, cơ cấu dẫn hướng phôi, và máng dẫn hướng. Cơ cấu cấp phôi được điều khiển bởi các xylanh pneumatic và các cảm biến để xác định đường kính cuộn phôi. Mô hình tham chiếu cho thấy chu trình thay phôi và chu trình gia công sản phẩm. Hệ thống này sử dụng cảm biến định vị để đảm bảo phôi được cấp chính xác. Việc thiết kế các cơ cấu này phải đáp ứng yêu cầu độ chính xác cao và độ tin cậy trong quá trình hoạt động liên tục.

2.1. Cơ cấu kẹp và giữ cuộn phôi

Cơ cấu kẹp cuộn phôi sử dụng xylanh điều khiển để giữ chắc cuộn phôi không bị bung ra khi máy hoạt động. Thiết kế này bao gồm các con lăn được sắp xếp để nắn phôi có chiều dày khác nhau. Cảm biến xác định đường kính cuộn phôi để điều chỉnh áp lực kẹp phù hợp. Việc giữ phôi ổn định là điều kiện cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

2.2. Hệ thống cảm biến trong cấp phôi

Cảm biến phôi trên máy nắn phẳng và cảm biến định vị dải phôi giúp kiểm soát khoảng cách và vị trí phôi. Cảm biến nhận biết phôi trên bộ cấp phôi tự động phát hiện sự có mặt của phôi. Các cảm biến này liên kết với PLC để thực hiện điều khiển logic tự động. Tổng cộng 11 loại cảm biến được sử dụng để giám sát toàn bộ quá trình cấp phôi.

III. Ứng dụng PLC và điều khiển logic trong dây chuyền

PLC (Programmable Logic Controller) là bộ điều khiển có thể lập trình được sử dụng để điều hành toàn bộ dây chuyền đập tâm liên tục. Cấu trúc PLC bao gồm bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ, và các đơn vị nhập/xuất. Chu kỳ quét của PLC hoạt động liên tục để đọc dữ liệu từ các cảm biến, xử lý logic và phát ra các lệnh điều khiển. Hệ thống điều khiển logic được lập trình dựa trên các điều kiện đầu vào từ cảm biến và thực hiện các hành động tương ứng. PLC cung cấp khả năng điều khiển phức tạp, đồng thời giám sát an toàn và tối ưu hóa hiệu suất sản xuất. Tính linh hoạt của PLC cho phép dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển mà không cần sửa đổi phần cứng.

3.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động PLC

PLC gồm ba phần chính: khối vào (input), khối xử lý (processor) và khối ra (output). Chu kỳ quét PLC diễn ra theo quy trình: đọc dữ liệu từ cảm biến, thực hiện chương trình logic, ghi dữ liệu ra các actuator. Tốc độ quét ảnh hưởng đến khả năng phản ứng của hệ thống. Cảm biến cung cấp tín hiệu đầu vào để PLC xác định trạng thái hiện tại.

3.2. Chương trình điều khiển và xử lý tín hiệu cảm biến

Chương trình hoạt động tổng quát quản lý toàn bộ dây chuyền bao gồm khởi động, thay phôi, gia công và dừng. Xử lý tín hiệu từ cảm biến bao gồm lọc tạp âm và xác thực dữ liệu. PLC sử dụng các logic gate để kết hợp tín hiệu từ nhiều cảm biến nhằm đưa ra quyết định điều khiển chính xác.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Luận văn này đã hoàn thành nghiên cứu chi tiết về hệ thống cảm biến và cấp phôi tự động trong dây chuyền đập tâm liên tục. Các kết quả bao gồm thiết kế cơ cấu, lựa chọn cảm biến phù hợp, mô phỏng hệ thống, và xây dựng chương trình điều khiển PLC. Mô phỏng đã chứng minh tính khả thi của thiết kế và hiệu suất hoạt động. Hệ thống cảm biến được thiết kế để đáp ứng yêu cầu độ chính xác cao, độ tin cậy cao trong môi trường sản xuất công nghiệp. Ứng dụng thực tiễn tại các nhà máy sản xuất cho thấy cảm biến giúp nâng cao năng suất từ 15-20%, giảm lỗi sản phẩm và tối ưu hóa chi phí vận hành. Nghiên cứu này tạo cơ sở cho việc phát triển các hệ thống dập tâm liên tục hiện đại.

4.1. Mô phỏng và xác thực kết quả

Mô phỏng hệ thống được thực hiện để xác thực tính đúng đắn của thiết kế cảm biến và cơ cấu cấp phôi. Kết quả mô phỏng cho thấy cảm biến hoạt động chính xác, phản ứng nhanh chóng với các thay đổi. Sai số trong phát hiện vị trí và kích thước được kiểm soát trong giới hạn cho phép. Các bài kiểm tra độ tin cậy của cảm biến trong điều kiện hoạt động liên tục cho kết quả đạt tiêu chuẩn.

4.2. Khuyến nghị và phương hướng phát triển

Để nâng cao hiệu suất thêm, nên tích hợp cảm biến AI để phát hiện lỗi tinh vi. Sử dụng cảm biến công nghệ mới có độ nhạy cao hơn. Phát triển giao diện giám sát dữ liệu thực thời từ cảm biến. Tối ưu hóa chương trình PLC để giảm thời gian chu kỳ, nâng cao năng suất sản xuất toàn diện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỎNG QUAN ĐÈ TÀI.1 Dây chuyển đập lên tục 1 111 Khuôn đậpliêntục 1 LL2 May dap true khuju .3 18 co can cap va dinh hing phôi 10 1.2 Cam bién va ửng dụng trong dây chuyên đập tắm liên tục. Ứng dựng cảm biển trong dây chuyển đập tâm liên tục 13 13 Bêxứlýtinhiều và điểu khiểnlogie.1 Khai nigm PLC 16 1. Cau tao, nguyén ly hoat déng va phan loại 16 1.3 Ung dung cita PLC trong công nghiệp.

LỂ CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU.1 5ø đồ hoạt động của hệ thẳng 20 2.2 Thiếtkế môhình cơsớ.21 Thiết kế khuôn đập.2 ‘Tinh lye dap, chon may dap phi hop. Xác định thông số hệ co cầu cấp phôi liên tục.3 Thiết kế rác cơ câu đáp ứng hoại động mô hình nghiên cứu.31 _ Cơ cầu kẹp và giữ cuộn phôi.2 Cơ cầu đẫn hưởng phổi.4 Thiết kể hệ thống cảm biến 31 2.41 Cảm biển xác định đường kính cuồn phổi.2 Cảm biến phổi trên máy nàn phẳng.43 _ Câm biến độvõng đải phổi 32 2.4 Cảm biến nhận biết phỏi trên bộ cấp phổi tự động.5 Câm biến phối trong ving làm việc của máy đập. 34 246 Cảm biến định vị dải phôi 34 2.7 Cảm biến nhận biết phơi thoátra.48 _ Cảm biến phát hiện tâm gạt phôi.49 _ Cảm biến nhận biết sàn phẩm 36 2.410 Câm biến vũng an foam ula may tip 37 2.411 Cảm biến hành trình xylạnh 37 DANH MỤC HÌNH VE Hình 1.1 Sơ đề dây chuyển tự động đập tâm liên tục hà hà — Liinh 1.2 Kết cân của khuôn đập liên tục.

Bo bà woe Hình 1.3 Chi tiết bồn rửa bát và khuôn đập bồn rửa bát.4 Khuôn đập liên tục siator trong động cơ điện Hình 1.5 Mồ hình Khuôn dập bản lễ cửa Hình 1.6 Các dạng cuồng khuôn.7 Trụ và bạc đến hướng bỉ tòivà loạisi thường 0).8 Phuong phap bé tri 2 trụ đẫn hướng tréo (a) và 4 tru dẫn hướng (b} xà Đy CƠ Hình 1.9 Chày cắt đội.10 Kết câu chảy cắt có vai.11 Chảy cắt có vai số đây phôi Llinh 1.12 Chay cat có vai có vất chống xoay.13 Chây cắt bắt bằng bulong không có đẩy phôi.14 Chảy cất bắt bằng bulong chày có đẫy phổ.15 Kết cần phần làm việc côi cắt đột Hình 1.16 Cổi cắt đột có vai.17 Cỗi cất đội không van § Tình I.18 Sơ đỗ phân loại thiết bi đập tạo hình.19 Cầu tạo của máy ép trục khuju khan uy Hình 1.20 Sơ đỏ cắp phôi trong đầy chuyền đập tắm.31 Máy nhà cuộn tự động có xe tiếp phối Llinh 1.22 Máy nắn phẳng phôi tâm - i Hình 1.23 Bồ cấp phối tự đồng bằng khí nén.24 Bộ cắp phỏi tự động bằng bằng trục lãn.25 Xguyên lý hoạt đông của cảm các loại cảm biển quang điện 13 Hình 1.26 Xguyênlý hoạt động của cán biển siểu ẩm.27 Câm biểu äp suất.28 Cảm biển ving ứng-dng trong di 18 Hình 1.29 Cầu tạo của bộ PLC. keo eeooeoo TỔ Hình 1.30 Chu kỹ quét cúa PLC.] Chương trình hoại động tổng quái 20 Llinh 2.2 Chu trình thay phôi 2 Hình 2.3 Chu trình gia công sản phẩm.4 Mô lánh tham chiếu + Hình 2.5 Sơ đồ quy trình thiết kế khuôn liên tuc 24 Hình 2.6 Sơ đô bố trí con lăn trên máy nắn phẳng,.7 Các con lần đặt sơng song đề nắn tâm có chiều đáy† > 4 mm.8 Các cơn lăn đặt nghiêng để nắn lâm cỏ chiều đày 1< 4 mm 27 Linh 2.9 Cơ cần kẹp cuên phổi - 78 Hình 2.10 Cơ cổu giữ phôi không bị bung ra khi máy nhà hoạt động.11 Cựn xylanh điều khiến tay con lấn giữ cuộn phôi 29 Hình 2.12 Máng dẫn hướng phôi đi vào may nan phẳng.13 Trục lăn cỗ định hưởng cúa đái phối vào máy nắn phẳng.14 Dẫn hướng phối từ mày nan phẳng vào bộ cấp phôi lự động.15 Cảm biển đo đường kính cuộn phỏi và cảm biến đo chiêu dày đãi phôi Tinh 2.16 Sử dụng cản biển siêu âm xác định độ võng dõi phôi 33 Hình 2.17 Sử dụng 2 cấp cảm biến ánh sảng để xác định vùng vững làm việc của dải phối 34 Hình 2.18 Sử dụng cám biển quang phát hiệnn phôi trên bộ cấp phôi tự động và trong ving lam việc của máy đập.19 Sử dụng cám biến tiệm cân định vị đái phôi trực tiếp.20 Sử dụng cảm biển tiêm cân định vị giản tiếp thông qua ghết dink vi.31 Cảm biển nhận biết phoi 35 Liinh 2.22 Irường hợp có đi vật ngần không cho tắm gạt phôi đi xuống 36 Hình 2.23 Sử dụng cám biến quang điện nhận biết sán phẩm đi ra.24 Sử dụng cảm biến vùng nhhên biết sản phẩm di ra.5 Vị trí cảm biển vừng an toàn trên mày dập 37 Hình 2.26 Cam biến từ gắn trân xyianh. co se sec.37 Sơ đỗ PLC AC/DŒ/Rly.28 Sơ đô đâu nỗi mút nhân vào PLC: 38 Hình 2.29 Sơ đỗ đấu đây cảm biến số.30 Đâu nói cảm biển NPN với PLC kiểu sourcing.31 Sơ đỗ đầu nổi dâm biển analog voi PLC 4ö Ilinh 2.32 So 46 dau néi PLC với van điện từ 40 Hình 2.33 Giản đồ thời gian mô tá hoạt động của các lệnh Timner.34 Giản dỗ dễ hoạt dộng của lậnh CTU (a) vã CTD ().1 Táo dụng truyền nhiệt của lá tân nhiệt trong bô tần nhiệt khí che CPU47 Hinh 3.2 Phương ản gắn heatpips làm cối nguyên công cuỗi trên khuôn dip liên tục 47 Hình 3.3 Quá trình dập theo phương án 1.4 Phương án gia công lá tan nhiệt với lễ trên là tan nhiệt Không dược đóng chặt với heatplpe. co e Ho eiereiiddrriseasrssoei.e, 4B DANH MỤC HÌNH VE Hình 1.1 Sơ đề dây chuyển tự động đập tâm liên tục hà hà — Liinh 1.2 Kết cân của khuôn đập liên tục.

Bo bà woe Hình 1.3 Chi tiết bồn rửa bát và khuôn đập bồn rửa bát.4 Khuôn đập liên tục siator trong động cơ điện Hình 1.5 Mồ hình Khuôn dập bản lễ cửa Hình 1.6 Các dạng cuồng khuôn.7 Trụ và bạc đến hướng bỉ tòivà loạisi thường 0).8 Phuong phap bé tri 2 trụ đẫn hướng tréo (a) và 4 tru dẫn hướng (b} xà Đy CƠ Hình 1.9 Chày cắt đội.10 Kết câu chảy cắt có vai.11 Chảy cắt có vai số đây phôi Llinh 1.12 Chay cat có vai có vất chống xoay.13 Chây cắt bắt bằng bulong không có đẩy phôi.14 Chảy cất bắt bằng bulong chày có đẫy phổ.15 Kết cần phần làm việc côi cắt đột Hình 1.16 Cổi cắt đột có vai.17 Cỗi cất đội không van § Tình I.18 Sơ đỗ phân loại thiết bi đập tạo hình.19 Cầu tạo của máy ép trục khuju khan uy Hình 1.20 Sơ đỏ cắp phôi trong đầy chuyền đập tắm.31 Máy nhà cuộn tự động có xe tiếp phối Llinh 1.22 Máy nắn phẳng phôi tâm - i Hình 1.23 Bồ cấp phối tự đồng bằng khí nén.24 Bộ cắp phỏi tự động bằng bằng trục lãn.25 Xguyên lý hoạt đông của cảm các loại cảm biển quang điện 13 Hình 1.26 Xguyênlý hoạt động của cán biển siểu ẩm.27 Câm biểu äp suất.28 Cảm biển ving ứng-dng trong di 18 Hình 1.29 Cầu tạo của bộ PLC. keo eeooeoo TỔ Hình 1.30 Chu kỹ quét cúa PLC.] Chương trình hoại động tổng quái 20 Llinh 2.2 Chu trình thay phôi 2 Hình 2.3 Chu trình gia công sản phẩm.4 Mô lánh tham chiếu + Hình 2.5 Sơ đồ quy trình thiết kế khuôn liên tuc 24 Lời cảm ơn Lời đấu tiền em xin gửi cảm ơn ơn sâu sắc đân Thây PGS.TS Lé Trg Kiên, người đã hưởng dẫn khoa học đã tận tình chí báo và giúp đỡ em trong suốt qua tinh nghiên cứu, thực hiện dé tai. Em cũng xin gứi lời cảm ơn đến các thầy cô trong Dại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tính giảng đạy và tạo mọi điển kiện giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cửu. Xin gửi lời cảm ơn tới Tổng công †y Công nghiệp Công nghệ cao Viettel đã tạo điều kiện cho em có thế học tập và hoàn thành khóa học.

Xin cảm ơn những người thản yêu trong gia đình đánh cho sm sự quan tâm, đỏng viên, khích lẻ trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu để em hoàn thảnh luận văn. 'Tóm tắt nội dung luận văn 3) Mục tích nghiền cứu của luận vấn Nghiên cứu hệ thông cảm biển tự động hóa trên 3 đối tượng Phối — Khuôn Mày khi sử dựng khuôn liền tục tạo hình phôi tắm nhằm giúp nhận biết sự có bắt thường trên ba đổi tượng này và dừng máy khẩn cấp để tránh thiệt hại trong sản xuất b) Đối tượng, phạm vi nghiên cửu - Đối tượng nghiên cứu của luận văn là thiết kê hệ thông cảm biến và lập trình chương trình điều khiển PLC giùp hệ thống máy dập liên tục nhận biết và xử lý các lỗi liên quan đến quá trình gia ông sân phẩm. - Phạm vi nghiền cửu cúa luận văn tập trung vào nghiên cửu các loại cảm biển phú. hợp cho hệ thông đập, thiết kế chương trình điền khiển PLC đề xử lý tín hiệu từ cáo cảm biển.

Đánh giá khả năng ứng dụng của hệ thống cảm bin va PLC vio máy dập liên hoàn. ©) Các nội dung chính Tuần văn gầm 03 chương vôi nội đụng nhất ga: - Chương 1: Tổng quan đề tải, nêu tổng quan lý thuyết của để tải - Chương 2: Xây đựng rô bình lổng quát chớ nghiền ứn cửu - Chương 3: Ứng đụng thiết kế hệ thông câp phổi liên tục và đập tự đông cho lá tắn nhiệt CPƯ 4) Phương pháp nghiên cứu Két hop nghiên cứu lý thuyết vã nghiên cửu mô phỏng. -Nghuiên cửu tý thuyết. Nghiên cứu mỗ hình tổng thể hệ thông cảm biên tự đông hóa trên 3 đồi tượng khi dập phôi tắm trên khuôn liên tục và thiết lập hệ thẳng.

-Nghién cửa mô phông: Xây đựng tiến hành thiết kế tình toán và mô phỏng hê thông ©) Kết hận Luận văn đã đạt được một số kết quả quan trọng sau: - Thiết Tập mô hình nghiên cửu tổng quát cho hệ cảm biến trên hệ thông cập phôi tầm tự động vả dập liên lục. - Xây đựng sơ đồ điều khiển cho mô hình nghiên cửn - Ung dung phan mém NX và 11A-portal thiết kế hê thông cám biển tự động hóa cấp phời lâm và đập liên tục HỌC VIÊN Ky va hi rb ho tia MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỎNG QUAN ĐÈ TÀI.1 Dây chuyển đập lên tục 1 111 Khuôn đậpliêntục 1 LL2 May dap true khuju .3 18 co can cap va dinh hing phôi 10 1.2 Cam bién va ửng dụng trong dây chuyên đập tắm liên tục. Ứng dựng cảm biển trong dây chuyển đập tâm liên tục 13 13 Bêxứlýtinhiều và điểu khiểnlogie.1 Khai nigm PLC 16 1.

Cau tao, nguyén ly hoat déng va phan loại 16 1.3 Ung dung cita PLC trong công nghiệp. LỂ CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU.1 5ø đồ hoạt động của hệ thẳng 20 2.2 Thiếtkế môhình cơsớ.21 Thiết kế khuôn đập.2 ‘Tinh lye dap, chon may dap phi hop. Xác định thông số hệ co cầu cấp phôi liên tục.