CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 1. Giới thiệu đề tài 1. Lý do chọn đề tài và tính thiết yếu. Hiện nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vì vậy việc ứng dụng các kỹ thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo ra những sản phẩm có năng suất, chất lượng cao, mà giá thành chấp nhận được ngày càng trở nên cần thiết, đặc biệt đối với những nước đang phát triển như Việt nam.
Đóng góp vào sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ trong thời gian gần đây, tự động hoá sản xuất có vai trò rất quan trọng. Dây chuyền sản xuất của các đơn vị sản xuất, lắp đặt thiết bị trong các khu công nghiệp từ trước tới nay đều sử dụng nhân công. Điều đó đã và đang khiến cho tiến độ sản xuất bị kiềm chế do năng suất của nhân công là có hạn. Hiện nay nhiều công ty công nghiệp đang tiến hành tự động hóa quá trình sản xuất.
Tuy nhiên, chi phí mua và đem các hệ thống tự động hóa về từ nước ngoài là không hề rẻ, điều đó tạo ra vấn đề khó khăn không ít cho các công ty công nghiệp nhỏ. Nhận biết được vấn đề trên, Bản thân em nhìn nhận thấy tiến độ hàng hóa đã và đang là một vấn đề tiên quyết trong lĩnh vực tự động hóa quá trình sản xuất. Nhằm đóng góp vào việc giải quyết vấn đề trên, chúng em thấy rằng xử lý sản phẩm ngay trên băng chuyền sẽ tăng hiệu suất tự động hóa sản xuất một cách khá đáng kể, ngoài ra còn tiết kiệm được diện tích sản xuất không hề nhỏ. Mà để xử lý sản phẩm ngay trên băng tải điều thiết yếu và quan trọng nhất là điều khiển đồng bộ vị trí và tốc độ 2 trục.
Qua những vấn đề nêu trên, Bản thân đã chọn đề tài “ Nghiên cứu và thiết kế cơ cấu chuyển động đồng bộ 2 trục điều khiển bằng PLC ”. - Máy cắt lia đồng bộ. - Đồng bộ xử lý ảnh trên băng chuyền. - Những dây chuyền sản xuất sử dụng đồng bộ.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài. - Nghiên cứu phương án thiết kế hệ thống đồng bộ. - Hoàn thành bản vẽ 3D. - Gia công mô hình cơ khí.
- Thiết kế và xây dựng mạch điều khiển. - Thử nghiệm, đánh giá và rút ra kinh nghiệm từ kết quả. - Lập bản báo cáo đề tài. - Hoàn thiện đề tài.
Yêu cầu đặt ra Bảng 1. Yêu cầu đặt ra STT Yêu cầu đặt ra Tầm quan trọng 1 Đồng bộ vị trí và tốc độ 2 trục chính xác 30% 2 Cơ khí chính xác, đẹp mắt 20% Thiết kế mạch điều khiển và mạch động lực chính 3 20% xác và hợp lý 4 Vẽ mô hình 3D 10% 5 Thử nghiệp, đánh giá kết quả 20% 3 do an 1. Công trình liên cứu liên quan Máy cắt lia đồng bộ MR-MQ100 của hãng Mitsubishi Electronics Hình 1. 1 Máy cắt lia đồng bộ MR-MQ100 của hãng Mitsubishi Electronics Máy cắt lia của Shanghai Sihua Hình 1.
2 Máy cắt lia của hãng Shanghai Sihua. 4 do an CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Lưu đồ hoạt động : Servo trục B băng chuyền chạy khi cấp nguồn Sensor nhận tín hiệu False có phôi đưa vào True Servo trục A chạy nhanh đưa đầu chỉ về vị trí phôi Đồng bộ vị trí và Hết hành trình servo tốc độ 2 motor sao trục A đưa đầu chỉ cho đầu chỉ luôn chỉ vào vị trí phôi về vị trí Home Hình 2. Lưu đồ hoạt động 5 do an 2.
Các loại động cơ sử dụng trong đồng bộ điều khiển - Hiện nay trên thị trường có rất nhiều các loại động cơ chia thành nhiều nhánh nhỏ lẻ. Trong bài báo cáo này sẽ tập hợp 4 loại động cơ cơ bản và được sử dụng rộng rãi nhất đó là Động cơ điện 1 chiều, Động cơ điện xoay chiều, Động cơ bước và Động cơ Servo. - Nguyên lý hoạt động chung của các loại motor là hoạt động dựa trên cơ sở lý thuyết điện và từ trường : các cực cùng dấu đẩy nhau và các cực khác dấu hút nhau. Chiều quay được xác định bởi từ trường Stator, mà từ trường này là do dòng điện chạy qua lõi cuộn dây gây nên.
Khi hướng của dòng thay đổi thì cực từ trường cũng thay đổi theo gây nên chuyển động đảo chiều của động cơ. Động cơ điện 1 chiều (Direct-Current Motor) - Khái niệm : Động cơ điện 1 chiều là loại động cơ sử dụng nguồn điện áp một chiều (điện áp DC) có chức năng quay liên tục. - Cấu tạo : Gồm có 3 phần chính stator (phần cảm), rotor (phần ứng), và phần cổ góp - chỉnh lưu. - Ưu điểm : Sử dụng trong nhiều môi trường làm việc. Dễ dàng thay đổi tốc độ. Khả năng làm việc trong môi trường quá tải. - Nhược điểm : Vận hành kém độ chính xác. 6 do an Không đảm bảo an toàn tuyệt đối trong các môi trường khắc nghiệt dễ cháy nổ hoặc rung chấn. - Ứng dụng của động cơ một chiều : Ứng dụng của động cơ điện 1 chiều cũng rất đa dạng và hầu hết trong mọi lĩnh vực của đời sống.
Trong tivi, trong đài FM, ổ đĩa DC, máy in- photo, máy công nghiệp, đặc biệt trong công nghiệp giao thông vận tải, và các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn (vd: trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện. Động cơ xoay chiều - Khái niệm : Động cơ điện 1 chiều là loại động cơ sử dụng nguồn điện áp một chiều ( điện áp DC ). - Cấu tạo : Động cơ xoay chiều có cấu tạo gồm 2 thành phần chính là Stator và Rotor. - Ưu điểm : Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng. Sử dụng nguồn điện trực tiếp k cần chỉnh lưu. Khả năng điều khiển tốc độ quay đa dạng. Kết cấu bền vững, khả nặng chịu tải tốt. Giá thành thấp hơn động cơ một chiều. - Nhược điểm : Mô men khơi động nhỏ, k thể ứng dụng trong nhiều trường hợp đặc biệt. 7 do an Tiêu tốn điện năng hơn động cơ một chiều. - Ứng dụng của động cơ xoay chiều : Dân Dụng: Ngày nay động cơ điện một pha được dùng trong hầu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ dùng trong lò vi sóng để chuyển động đĩa quay, máy giặt, quạt điện. Công nghiệp: Công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ, khai khoáng, dầu mỏ, máy móc công nghiệp, cần trục điện. Công nghệ thông tin động cơ điện xoay chiều thường thấy nhất trong các thiết bị máy tính: Động cơ điện được sử dụng trong các ổ cứng, ổ quang (chúng là các động cơ bước rất nhỏ). Động cơ bước - Khái niệm : Động cơ bước là loại động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay.
- Cấu tạo : Động cơ bước bao gồm 4 cuộn dây Stator được sắp xếp theo cặp đối xứng qua tâm và Rotor nam châm vĩnh cửu nhiều răng. - Ưu điểm của động cơ bước : Giá thành rẻ. Có thể điều khiển mạch hở mà không cần tín hiệu phản hồi. Duy trì mô men tốt. Mô men xoắn cao ở tốc độ thấp. Chi phí bảo dưỡng thấp. 8 do an Định vị chính xác. - Nhược điểm của động cơ bước: Động cơ làm việc không đều, đặc biệt khi ở tốc độ thấp. Kích cỡ hạn chế. Tiêu thụ dòng điện không phụ thuộc vào tải. Làm việc ồn. Mô men giảm theo tốc độ. Không có tín hiệu phản hồi nên hay xảy ra sai số. - Ứng dụng của động cơ bước: Các máy CNC. Điều khiển Robot. Động cơ Servo - Khái niệm : Trong kỹ thuật điều khiển, động cơ servo, đôi khi được gọi tắt là servo, là một thiết bị tự động có sử dụng lỗi cảm biến phản hồi âm để điều chỉnh hành động của một cơ cấu. Nó thường bao gồm một bộ mã hóa (encoder) đi kèm bên trong hoặc cơ cấu phản hồi vị trí khác để đảm bảo đầu ra đạt được hiệu quả mong muốn. Có 2 loại động cơ servo: Động cơ servo AC, động cơ servo DC 9 do an Hình 2.
Động cơ Servo + Động cơ servo AC: Ưu điểm: Điều khiển tốc độ tốt, điều khiển trơn tru trên toàn bộ vùng tốc độ, hầu như không dao động, hiệu suất cao hơn 90%, ít nhiệt, điều khiển tốc độ cao, điều khiển vị trí chính xác cao (tùy thuộc vào độ chính xác của bộ mã hóa). Mô-men xoắn, quán tính thấp, tiếng ồn thấp, không có bàn chải mặc, bảo trì miễn phí (đối với môi trường không có bụi, nổ). Nhược điểm: Điều khiển phức tạp hơn, các thông số ổ đĩa cần phải điều chỉnh các thông số PID để xác định nhu cầu kết nối nhiều hơn. + Động cơ servo DC: Ưu điểm: Kiểm soát tốc độ chính xác, đặc điểm tốc độ mô-men xoắn rất khó, nguyên tắc điều khiển đơn giản, dễ sử dụng, giá rẻ. Nhược điểm: Chổi than cho giới hạn tốc độ, sức đề kháng bổ sung, dẫn đến các hạt mài mòn (môi trường không có bụi không thích hợp). 10 do an - Ứng dụng : Ứng dụng trong ngành điện - điện tử: Máy lắp là thiết bị lắp các linh kiện điện tử ví dụ như các chip LSI lên trên bảng mạch, cần tới tốc độ cao và độ chính xác cao. Các servo AC thỏa mãn yêu cầu này. Ứng dụng trong ngành sản xuất thực phẩm, đồ uống: Nhu cầu về quy trình thực phẩm chất lượng cao và an toàn hơn ngày càng tăng, vì vậy, động cơ servo thường được sử dụng như là giải pháp cho nhiều lĩnh vực, ngay cả đối với quy trình thực phẩm. Ứng dụng trong ngành may mặc, ngành giấy, bao bì: Trong việc điều khiển các máy cuộn vải, giấy, bao bì để cắt hoặc in ấn… Ứng dụng về khuôn mẫu đùn trong ngành sản xuất nhựa: khuôn mẫu đùn là thiết bị gia công các bộ phận nhựa.
Vật liệu nhựa được ra nhiệt và tan chảy, sau đó được đùn vào trong khuôn để gia công các bộ phận. Các khuôn mẫu thông thường chủ yếu sử dụng điều khiển thủy lực, tuy nhiên ngày này càng có nhiều khuôn mẫu sử dụng hệ thống servo để tiết kiệm điện. Ứng dụng trong điều khiển vận chuyển: Thiết bị vận chuyển là các linh kiện tuyệt đối không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực, khi các ngành công nghiệp trở nên tinh vi và tự động hóa.