I. Tổng Quan Về Trạm Cấp Phôi Tự Động Dùng PLC 2024
Hệ thống cấp phôi tự động sử dụng PLC biến máy bán tự động thành tự động. Cấu trúc đa dạng, phụ thuộc vào phôi, năng suất và cấu trúc máy. Hệ thống này là tổ hợp cơ cấu chấp hành đa chức năng: cấp phôi, định vị, kẹp, chuyển và tháo chi tiết. Mỗi cơ cấu thực hiện một chức năng cụ thể. Ví dụ, cơ cấu ngắt liệu điều chỉnh số phôi chuyển từ máng đến bộ phận cấp phôi, thanh đẩy đẩy phôi, cữ tỳ xác định vị trí, cơ cấu kẹp giữ chặt phôi và cơ cấu tháo phôi đẩy chi tiết đã gia công ra ngoài. Toàn bộ tạo thành hệ thống cấp phôi tự động máy, còn gọi là cơ cấu cấp phôi dạng ổ chứa. Hệ thống dạng dây chuyền tự động có thêm hệ thống vận chuyển phôi giữa các máy. Hệ thống cấp phôi tự động máy là tất cả các chủng loại kết cấu của cơ cấu cấp-tháo thực hiện việc cấp phát tự động vật liệu gia công (phôi rời từng chiếc, phôi thanh, phôi dây, phôi dạng bột).
1.1. Khái Niệm Cơ Bản Về Hệ Thống Cấp Phôi Tự Động
Hệ thống cấp phôi tự động cho phép chuyển máy bán tự động thành máy tự động. Kết cấu của hệ thống cấp phôi tự động rất khác nhau, chúng phụ thuộc vào dạng phôi, năng suất và cấu trúc của máy. Có thể hiểu hệ thống cấp phôi tự động máy là tổ hợp các cơ cấu chấp hành thực hiện nhiều chức năng. Cấp phôi tự động vào vùng gia công; xác định nhanh vị trí của phôi; kẹp, chuyển phôi và tháo chi tiết đã được gia công. Các cơ cấu chấp hành nhìn chung chỉ thực hiện một chức năng nào đó. Ví dụ: Ở cơ cấu cấp phôi dạng ổ chứa (ổ tích), cơ cấu ngắt liệu điều chỉnh số phôi được chuyển từ máng tới bộ phận cấp phôi rồi sau đó chuyển phôi vào vùng gia công, thanh đẩy có nhiệm vụ đẩy phôi, cữ tỳ xác định vị trí của phôi còn cơ cấu kẹp thì kẹp chặt phôi và cơ cấu tháo phôi có nhiệm vụ tháo và đẩy chi tiết khỏi vùng gia công.
1.2. Cấu Tạo Chung Của Hệ Thống Tự Động Cấp Phôi Rời
Hệ thống cấp phôi đầy đủ cần có: phễu chứa phôi, máng dẫn phôi, cơ cấu định hướng phôi, cơ cấu điều chỉnh tốc độ phôi, và cơ cấu bắt-nắm phôi. Mỗi thành phần có chức năng riêng và phải đồng bộ về không gian và thời gian. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng cần đầy đủ các thành phần, tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Việc phân chia hệ thống thành các thành phần như trên chỉ mang tính chất tương đối vì người ta có thể kết hợp với một số thành phần trong chúng lại với nhau theo đặc điểm về hình dáng, kích thước của phôi để giảm được kích thước của hệ thống, làm cho việc thiết kế, chế tạo và lắp ráp đơn giản hơn.
II. Thách Thức Giải Pháp Thiết Kế Trạm Cấp Phôi PLC
Trong quá trình tự động cấp phôi rời, định hướng phôi là một vấn đề quan trọng nhất và cũng khó khăn nhất. Hình dáng, kích thước, trọng lượng của phôi quyết định khả năng tự định hướng của nó và quyết định phương pháp định hướng của hệ thống cấp phôi. Những chi tiết đơn giản thường được chia thành 2 loại: Loại phôi có 1 trục đối xứng và Loại phôi có 2 trục đối xứng trở lên. Loại phôi có 2 trục đối xứng trở lên chỉ cần định hướng 1 lần còn những phôi có 1 trục đối xứng thường phải định hướng 2 lần hoặc định hướng kép. Các phương pháp định hướng: Định hướng bằng tay, Định hướng tự động, Định hướng tự lựa.
2.1. Các Phương Pháp Định Hướng Phôi Rời Trong Tự Động Hóa
Trong quá trình tự động cấp phôi rời, định hướng phôi là một vấn đề quan trọng nhất và cũng khó khăn nhất. Hình dáng, kích thước, trọng lượng của phôi quyết định khả năng tự định hướng của nó và quyết định phương pháp định hướng của hệ thống cấp phôi. Những chi tiết đơn giản thường được chia thành 2 loại: Loại phôi có 1 trục đối xứng và Loại phôi có 2 trục đối xứng trở lên. Loại phôi có 2 trục đối xứng trở lên chỉ cần định hướng 1 lần còn những phôi có 1 trục đối xứng thường phải định hướng 2 lần hoặc định hướng kép.
2.2. Lựa Chọn Phương Án Cấp Phôi Tối Ưu Cho Hệ Thống PLC
Phương án dùng phễu cấp phôi dạng rung động là hợp lý nhất vì các lý do sau: Cấp phôi thuộc dạng phôi rời từng chiếc cho một máy tự động. Phễu đơn giản dễ gia công và giá thành để thi công không cao. Dễ dàng trong việc điều tiết phôi. Cấp phôi đáp ứng được năng suất đề ra.
III. Thiết Kế Cơ Khí Trạm Cấp Phôi Tự Động Dùng PLC
Cơ cấu cấp phôi rung động có máng xoắn vít được dùng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như gia công cắt gọt, đóng gói dược phẩm, thực phẩm, lắp ráp…Nó được dùng để cấp phôi rời từng chiếc cho các máy riêng biệt hoặc các máy trên đường dây tự động (dây chuyền tự động). Phễu có chức năng tích trữ, định hướng và vận chuyển phôi đến máng tiếp nhận và nếu một trong các chức năng này không có thì cơ cấu cấp phôi sẽ hoạt động không hiệu quả.
3.1. Phân Loại Phễu Tròn Trong Hệ Thống Cấp Phôi Rung Động
Phễu tròn là phần cơ bản của cơ cấu cấp phôi rung động. Kết cấu của phễu tròn có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của cơ cấu cấp phôi rung động. Phễu tròn được phân loại theo hình dáng và phương pháp chế tạo. Phân loại theo hình dáng Phễu tròn hình trụ có máng xoắn vít nằm bên thành trong: Phễu tròn hình côn có máng xoắn vít nằm bên thành trong: Phễu tổ hợp bao gồm phễu hình côn là ổ tích còn hình trụ và máng xoắn vít ở bên ngoài có chức năng lấy phôi và vận chuyển phôi tới máng tiếp nhận và vùng gia công.
3.2. Nguyên Lý Vận Chuyển Phôi Trên Máng Xoắn Vít
Để nghiên cứu cơ cấu cấp phôi kiểu rung động, người ta xét một hệ cơ cấu 4 khâu bản lề chuyển động lắc trong mặt phẳng nằm ngang hoặc nằm nghiêng được mô tả trên hình 1.7: Xét một vật A có trọng lượng G đặt trên thanh BC trong mặt phẳng nằm ngang (Hình 1. Khi thanh O1B quay sang phải 1 góc ∝ - ∝1 với tốc độ góc là 𝜔 thì vật A cùng với thanh BC chuyển động song phẳng xuống phía dưới. Gọi gia tốc chuyển động lớn nhất trong hành trình này là a, ta có: Fms = m (g-atđ).an
3.3. Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động Của Phễu Rung
Phôi là chi tiết dạng rời rạc được cấp vào phễu. Khi cấp nguồn cho phần cảm từ (6) của nam châm điện, nó sẽ tạo ra dao động kéo phễu đi xuống, nhưng nhờ có lò xo lá nên khi hệ thống dao động cốc phễu vừa chuyển động lên xuống và vừa xoay quanh tâm nó một góc rất nhỏ. Phôi đang nằm hỗn độn trong phễu sẽ tản ra xung quanh thành phễu và bắt đầu tiếp cận với đầu mối của cánh xoắn, phôi sẽ chuyển động theo cánh xoắn từ dưới đáy phễu lên trên theo mặt phẳng nghiêng cho tới khi ra khỏi phễu.
IV. Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển PLC Cho Trạm Cấp Phôi
Hệ thống điều khiển PLC đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa trạm cấp phôi. PLC giúp điều khiển các cơ cấu chấp hành như động cơ rung, van khí nén, cảm biến, đảm bảo quá trình cấp phôi diễn ra chính xác và hiệu quả. Việc lựa chọn PLC phù hợp, lập trình logic điều khiển, và tích hợp các thiết bị ngoại vi là những yếu tố then chốt để xây dựng một hệ thống điều khiển PLC ổn định và tin cậy.
4.1. Tổng Quan Về PLC Trong Điều Khiển Tự Động Hóa
PLC (Programmable Logic Controller) là bộ điều khiển logic khả trình, được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp. PLC có khả năng lập trình linh hoạt, dễ dàng thay đổi logic điều khiển, và có độ tin cậy cao trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt. PLC được sử dụng để điều khiển các quá trình sản xuất, máy móc, và hệ thống tự động hóa khác.
4.2. Lựa Chọn PLC S7 1200 Cho Trạm Cấp Phôi Tự Động
PLC S7-1200 là một trong những dòng PLC phổ biến của Siemens, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng tự động hóa vừa và nhỏ. S7-1200 có nhiều ưu điểm như: kích thước nhỏ gọn, hiệu năng cao, tích hợp nhiều tính năng, và dễ dàng lập trình. Việc lựa chọn S7-1200 cho trạm cấp phôi tự động giúp giảm chi phí đầu tư, đơn giản hóa hệ thống, và đảm bảo hiệu quả hoạt động.
4.3. Lập Trình PLC Điều Khiển Phễu Rung Cấp Phôi
Việc lập trình PLC để điều khiển phễu rung cấp phôi đòi hỏi sự hiểu biết về nguyên lý hoạt động của phễu rung, các cảm biến, và các cơ cấu chấp hành khác. Chương trình PLC cần đảm bảo phễu rung hoạt động ổn định, cấp phôi đúng số lượng, và dừng lại khi có sự cố. Các ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến như Ladder Diagram (LAD), Function Block Diagram (FBD), và Structured Text (ST) có thể được sử dụng để lập trình.
V. Kết Quả Nghiên Cứu Ứng Dụng Trạm Cấp Phôi PLC
Nghiên cứu và thiết kế trạm cấp phôi tự động sử dụng PLC mang lại nhiều kết quả tích cực. Hệ thống giúp tăng năng suất, giảm chi phí nhân công, và nâng cao chất lượng sản phẩm. Ứng dụng thực tế của trạm cấp phôi tự động trong các ngành công nghiệp như điện tử, cơ khí, thực phẩm, dược phẩm, và đóng gói cho thấy tiềm năng phát triển mạnh mẽ của công nghệ này.
5.1. Đánh Giá Hiệu Quả Hoạt Động Của Trạm Cấp Phôi Tự Động
Việc đánh giá hiệu quả hoạt động của trạm cấp phôi tự động cần dựa trên các tiêu chí như: năng suất, độ chính xác, độ tin cậy, và chi phí vận hành. Các phương pháp đánh giá có thể bao gồm: đo lường thời gian cấp phôi, đếm số lượng phôi được cấp, kiểm tra chất lượng phôi, và phân tích dữ liệu hoạt động của hệ thống.
5.2. Ứng Dụng Thực Tế Trong Sản Xuất Tự Động Hóa
Trạm cấp phôi tự động được ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất tự động hóa, giúp tăng năng suất, giảm chi phí nhân công, và nâng cao chất lượng sản phẩm. Ví dụ, trong ngành điện tử, trạm cấp phôi tự động được sử dụng để cấp phôi các linh kiện điện tử cho máy lắp ráp. Trong ngành thực phẩm, trạm cấp phôi tự động được sử dụng để cấp phôi các nguyên liệu cho máy chế biến.
VI. Tương Lai Phát Triển Trạm Cấp Phôi Tự Động PLC
Tương lai của trạm cấp phôi tự động sử dụng PLC hứa hẹn nhiều tiềm năng phát triển. Với sự phát triển của công nghệ Industry 4.0 và IoT, trạm cấp phôi tự động sẽ ngày càng thông minh hơn, linh hoạt hơn, và kết nối hơn. Việc tích hợp các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo (AI), thị giác máy tính (Computer Vision), và robot cộng tác (Cobot) sẽ giúp trạm cấp phôi tự động hoạt động hiệu quả hơn và đáp ứng được các yêu cầu sản xuất ngày càng khắt khe.
6.1. Xu Hướng Phát Triển Của Công Nghệ Cấp Phôi Tự Động
Các xu hướng phát triển của công nghệ cấp phôi tự động bao gồm: tích hợp AI và thị giác máy tính để nhận diện và phân loại phôi, sử dụng robot cộng tác để cấp phôi linh hoạt, áp dụng IoT để giám sát và điều khiển hệ thống từ xa, và phát triển các hệ thống cấp phôi có khả năng tự học và tự điều chỉnh.
6.2. Tích Hợp IoT Industry 4.0 Vào Hệ Thống Cấp Phôi PLC
Việc tích hợp IoT và Industry 4.0 vào hệ thống cấp phôi PLC giúp thu thập dữ liệu hoạt động của hệ thống, phân tích dữ liệu để tối ưu hóa hiệu suất, và kết nối hệ thống với các hệ thống khác trong nhà máy thông minh. Điều này giúp tăng tính linh hoạt, khả năng đáp ứng, và hiệu quả của hệ thống cấp phôi.
