Luận văn: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy gấp áo phông tự động

Luận văn thạc sĩ phân tích, thiết kế hệ thống điều khiển máy gấp áo phông tự động. Bao gồm tính toán cơ cấu cơ khí và xây dựng giải thuật điều khiển.

• Tác giả: Trần Xuân Đức
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Minh Hải
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tứ
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Máy Gấp Áo Phông Tự Động
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống máy gấp áo phông tự động

Thiết kế hệ thống điều khiển máy gấp áo phông tự động là một giải pháp hiện đại trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. Hệ thống này kết hợp các công nghệ cơ khí, điều khiển tự động và xử lý logic để thực hiện quá trình gấp áo một cách chính xác và hiệu quả. Máy gấp áo phông tự động giải quyết nhu cầu ngày càng cao về tự động hóa trong công nghiệp dệt may và nâng cao năng suất lao động. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển hệ thống điều khiển toàn diện, bao gồm cơ cấu cơ khí, truyền động và bộ điều khiển logic để đảm bảo máy hoạt động ổn định và đáp ứng yêu cầu chất lượng cao nhất.

1.1. Nhu cầu về máy gấp áo tự động trong công nghiệp

Công nghiệp dệt may đang phát triển mạnh mẽ với nhu cầu tăng năng suất và giảm chi phí lao động. Máy gấp áo phông tự động giúp giải quyết các thách thức về quy mô sản xuất lớn. Việc tự động hóa quá trình gấp áo không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm và đảm bảo tính nhất quán. Các công ty sản xuất quần áo trên thế giới đang đầu tư mạnh mẽ vào công nghệ máy gấp tự động để cạnh tranh trên thị trường toàn cầu.

1.2. Các giải pháp máy gấp áo phông hiện nay

Trên thế giới, đã xuất hiện nhiều mô hình máy gấp quần áo tự động như Laundroid, Foldimate và các dòng máy EB-2I, FS-23. Những hệ thống này sử dụng công nghệ robot, cảm biến và điều khiển PLC để thực hiện các thao tác gấp phức tạp. Tuy nhiên, nhiều sản phẩm vẫn còn giá thành cao và độ phức tạp lớn. Nghiên cứu hiện tại nhằm phát triển giải pháp tiết kiệm chi phí nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất và độ chính xác cao.

II. Thiết kế cơ khí hệ thống điều khiển máy gấp áo

Thiết kế cơ khí là nền tảng quan trọng của hệ thống máy gấp áo phông tự động. Hệ thống bao gồm cơ cấu gấp ngang, cơ cấu gấp dọc và cơ cấu thay đổi chiều rộng gấp. Mỗi cơ cấu được thiết kế với độ chính xác cao để đảm bảo áo được gấp đều và sắp xếp gọn gàng. Sơ đồ tổng thể hệ thống kết hợp các thành phần như băng tải, động cơ, xy lanh khí nén để tạo nên một máy hoạt động liên tục và hiệu quả. Quá trình thiết kế tuân theo các nguyên tắc tối ưu hóa không gian, giảm lực cần thiết và tăng độ bền cơ cấu.

2.1. Cơ cấu gấp và tính toán động học

Cơ cấu gấp 4 khâu bản lề được sử dụng để thực hiện các thao tác gấp áo. Tính toán động học cơ cấu gập ngang đảm bảo rằng chuyển động của các khâu phù hợp với yêu cầu gấp áo. Cơ cấu được tính toán kích thước chi tiết dựa trên hình dạng và kích thước của áo phông. Quá trình này sử dụng các phương pháp toán học và mô phỏng để xác định vị trí, vận tốc và gia tốc của các điểm quan trọng trong hệ thống cơ khí.

2.2. Hệ thống truyền động và lựa chọn động cơ

Hệ thống truyền động sử dụng động cơ điện kết nối với bánh đai và rơ le truyền. Việc lựa chọn nguồn động lực dựa trên tính toán công suất cần thiết để vận động toàn bộ cơ cấu. Sơ đồ truyền động được thiết kế để phân phối tỷ số truyền hợp lý, giúp tối ưu hóa tốc độ và mô men xoắn. Động cơ được chọn phải đáp ứng yêu cầu về tốc độ và có khả năng hoạt động liên tục trong điều kiện công nghiệp.

III. Hệ thống điều khiển tự động PLC và giải thuật

Hệ thống điều khiển máy gấp áo phông tự động sử dụng bộ điều khiển PLC (Programmable Logic Controller) để quản lý toàn bộ quá trình hoạt động. Giải thuật điều khiển được chia thành 4 pha chính: đặt áo, gấp hai bên áo, gấp đuôi áo, và gấp đôi áo. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bao gồm sensor phát hiện, bộ xử lý trung tâm và bộ điều khiển xy lanh khí nén. Ngôn ngữ lập trình PLC sử dụng FBD (Function Block Diagram) hoặc SCL (Structured Text) để lập trình logic điều khiển một cách hiệu quả và dễ bảo trì.

3.1. Sơ đồ nguyên lý và giải thuật điều khiển

Giải thuật điều khiển được thiết kế theo 4 giai đoạn hoạt động chính. Mỗi phase (pha) có sơ đồ giải thuật riêng hướng dẫn trình tự hoạt động của các xy lanh. Phase 1 đặt áo lên máy, Phase 2 gấp hai bên áo, Phase 3 gấp đuôi áo, và Phase 4 gấp đôi áo. Sơ đồ nguyên lý sử dụng ký hiệu tiêu chuẩn để biểu diễn các mạch điều khiển. Quá trình chuyển pha được kích hoạt bởi các sensor phát hiện vị trí áo.

3.2. Hệ thống xy lanh khí nén và van điều khiển

Hệ thống xy lanh khí nén CDM2B20 được sử dụng để tạo ra lực chuyển động cho các cơ cấu gấp. Van điều khiển khí nén kiểm soát luồng khí vào và ra khỏi xy lanh. Thông số hình học của xy lanh bao gồm đường kính piston, hành trình, và lực đẩy tối đa. Trạng thái van có hai trạng thái: bình thường (van đóng) và được cấp khí nén (van mở). Sơ đồ hệ thống xy lanh biểu diễn kết nối giữa các van, xy lanh và nguồn khí nén.

IV. Ứng dụng và tối ưu hóa hệ thống điều khiển

Thiết kế hệ thống điều khiển máy gấp áo phông tự động không chỉ giải quyết vấn đề kỹ thuật hiện tại mà còn mở ra hướng phát triển tương lai. Ứng dụng thực tế của hệ thống này trong công nghiệp dệt may giúp nâng cao năng suất từ 30-50% tùy theo thiết kế. Tối ưu hóa hệ thống liên quan đến giảm thời gian chu kỳ, tăng độ chính xác gấp áo và giảm tỷ lệ lỗi. Sử dụng công nghệ CMOS, RAM, HPROM trong bộ điều khiển PLC giúp tăng tốc độ xử lý và độ tin cậy của hệ thống.

4.1. Tối ưu hóa quá trình gấp và nâng cao hiệu suất

Tối ưu hóa quá trình gấp áo bao gồm giảm thời gian chu kỳ gấp từ hiện tại xuống mức tối ưu. Nâng cao hiệu suất máy đạt được bằng tính toán lại các kích thước cơ cấu và điều chỉnh tốc độ động cơ. Thử nghiệm thực tế trên các loại áo phông khác nhau giúp xác định các thông số tối ưu. Giảm tỷ lệ lỗi gấp bằng cải thiện độ chính xác sensor và tinh chỉnh giải thuật điều khiển.

4.2. Hướng phát triển và cải tiến trong tương lai

Hướng phát triển tương lai của máy gấp áo phông tự động bao gồm tích hợp trí tuệ nhân tạo để nhận diện và thích ứng với các loại áo khác nhau. Sử dụng cảm biến hình ảnh kết hợp với vision system giúp nâng cao độ chính xác và linh hoạt. Kết nối IoT (Internet of Things) cho phép theo dõi hiệu suất và bảo trì dự phòng. Giảm chi phí sản xuất bằng sử dụng vật liệu PVC, TPU có độ bền cao và chi phí thấp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRƯỜNG ĐẠI IIỌC BÁCTI KIIOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIEN CUU THIET KE HE THONG DIEU KHIEN MAY GAP AO PHONG TU DONG Trần Xuân Đức Duc. eduvn Ngành Cơ Điện Tứ Giảng viên hướng dẫn: TS. Phạm Minh Hải Viện: Cư khí HÀ NỘI, 7/2020 TỜI CẢM ƠN Léi đầu tiên tôi xin được bày tô lòng biết ơn sâu sắc tới giảng viên hướng dẫn: TW. Phạm Minh Hai, Trung bộ môn Cơ sở thiết kế máy và robot đã lận tình hướng dẫn và truyền dạy nhiều kiên thức quỷ báu đồng thời luôn động viên và lạa mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận vẫn.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thâu, cô giáo thuộc viện Cơ Khí đã giúp đỡ, chỉa sẽ và truyền đại cha tôi nhiều kiến thức bỗ ích trong quá trình tôi học tập tại Viện. Đặc biệt, tôi xia đành những tình cảm thân thương nhất gửi tới gia đình của tôi, những người dã luôn bên tôi, ủng hộ, động viên tôi trong suỖi quá trình học tập và hoàn thành luận vẫn này. Xin tran trong cdm on! Loe viên Trần Xuân Đức DANH MUC CAC TU VIET TAT Từ viết tắt "Tiếng Anh "Tiếng Việt PLC Programmable logic controller Bd didu kign Logie lap trình được PVC Polyvinylolorua hua nigh déo GPU Central Processing Unil Độ xử lý trung lâm TPU Thermoplastic Polyurethane Nhựa rệt dêo RAM Random Acccss Memory Bộ nhớ khả biến HPROM _ | Hrasable Programunable Read-. only Memory B6 nhé khang khả biến TIL Transistor-transistor logic Mach logic transitor CMOS Complementary Metal-Oxide- Semiconductor Công nghệ CMOS FBD Function Block Diagram Ngôn ngữ khỏi P Internet Protocol Giao thức liên mạng.

SCL Structured Text Ngôn ngữ kiểu cầu trúc Tce ‘transmission Control Protocol Giao thức điều khiển giao vận Hình 31 Bản vẽ lắp cơ cầu gấp ngang và dọc. TRnh 32: Ban vẽ lắp cơ cầu gấp và cơ cầu thay đổi chiều rộng gắp. Tình 33: Chiều đải sơ bộ băng tải Hình 34: Kích thước sơ bộ băng tải. ăiceceeeeei THnh 35: 'Tâm truyền băng tải.

Tình 3: Kết cầu băng (ai Hình 37 Sơ đỗ bỏ truyền sử dụng dai rẵng,. cv Hinh 38: Sơ để băng tải máy gấp áo phéng Hình 39 Hiệu suật bộ truyền 6 lin. Hình 40: 'Thông số kỹ thuật dộng cơ.soccecceeererrrerrrrrrrerrree Hinh 41 Sơ để truyền động Hình 42 Sơ dễ khối hệ thông diều khiển máy gấp áo phông tự dòng Hình 43: Sơ để khối cơ câu chấp bảnh hệ thông gấp áo phông tự động. Tinh 14 Sơ đỗ giải thuật phase 1 - Hình 45 Sơ đồ giải thuật phase 2.

co co 02 2t cerrerrecer " Llinh 46: Sơ đỗ giải thuật phase 3. o2 0 con cty Hinh 47 Sơ đỗ giải thuật phase 4 - Hình 48: Sơ đề hệ thống xy lanh khi nẻn.- co THình 49: Trình tự trong phage. ái n2 erririr Hình 50: Đặt áo lên máy. Tinh Š1 Gap hai bên áo.1- Y6 Trình tự phase 2.

Finth 53 Gấp đuôi - Hình 54 Đuôi áo đã dược gấp.S Trinh ty phase 3 Tình 56: Gap đôi áo Hình 57 Ảo dược gấp đôi, 1 nửa nằm trêu khuôn ảo.6 Trình tự phase 1.cienieeeeeroe Hinh 59: Xy lanh CDM2B20-1 507, Hình 60:Các thông số hỉnh học cứa xy lanh. TRnh 61 Trạng thái bình thường van đóng, Hình 62 Trang thái được cấp khí nén — van mỡ. DANH MUC HINA ANH Tinh1 May gấp quản qáo Laundroid. 2 Hình 2: Máy gấp quản áo Foldimate 3 Hình 3: Máy EB-2l.

ào Hee 23 Tinh 4: May FS-23 4 Hình 5. 4 Hình 6: Cách gấp 1. 5 Hình 7 Cach gap 2 6 Tình §: Kích thước áo 7 Hình 9: Ảo phông,. n2 v2 exrsirrrrririrrree "- Hình 10: Sơ đồ tổng thế Hệ thống may gắp áo phông tự đề - ce Tình 11: Đặt áo lên máy - - - 9 Hình 12: Gấp đọc ảo.

2 THnh 13: Ảo đền điểm gấp 1 - - -.10 tình 14: Gấp ngang áo Ì. c0 0x20 HH nhnrrrerrrrree seo. TÔ Hình 15: Ảo đến điểm gấp 2.oceeeererrrrrrrrrrrrrrreeaev TT Tình 16: Đặt khuôn áo. - - - "1 Hình 17: Gắp ngang áo 2.

ào ccccccoentirerrrrrerrrrrrrrrrrrrrrrrrreeo T7 Tình 1§: Dưa áo đến bộ phận đóng gói. na TT Hình 19: Cơ câu gấp thông thường - - .13 Tình 20: Cơ cầu gấp cãi tiến - - 14 Tinh 21: Cơ câu gấp 44 khâu bản lề - 1A Tình 22: ác định kích thước khâu trung gian BC 15 Tình 23: Cơ câu gap 4 khâu với khâu AĐ cong.o occessseeseeeeeeceecov TỔ Hình 24: Cơ cầu gấp ngang. Tình 25: Tính toán kích thước động học cơ cầu gập ngang -.17 Hình 26: Điều chính chuyển động của 2 trục gấp dộc lập với 2 dộng cơ tịnh tiến. Tình 27: Điều chữnh chuyển động của 2 trục gấp với 1 động cơ 19 Hình 28: Mô tá cơ chế hoạt động cơ cầu thay đôi chiều rộng sắp.

20 Tinh 29: Cơ cầu gấp đọc - - 20 Hình 30: Cơ cầu gập ngang.à họ nererrrrrrrrree se. 21 MỤC LỤC CHƯƠNG LTONG QUAN MAY GAP QUAN AO 1.1 Nhu edu vé indy gap quan áo tự động, 1 1.2 Cao hệ thống gap áo phông tự động trên thể giởi.3 Các hệ thống gấp áo phông tự động trong TưỚC.4 Định hướng nghiên cũu.1 Các cách gấp áo phông.2 Thông số của áo phông.3 Yêu câu bài laảm 1.4 Sơ đề tổng thể CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ.1 Tỉnh toán thiết kế dòng học.1 Tĩnh toán thiế cơ câu gấp 2.2 Tinh toán thiết kê cơ cầu thay đỗi chiều rộng gấp.2 Thiết kể các chỉ tiết máy.3 Tỉnh loán lụa chọn nguồn động lực 2.1 Khảo sát các giải pháp truyền động.3 Phan phối tỷ số truyền CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THÓNG ĐIÈU KHIỂI 3.1 Lập sơ đỗ nguyên lý hệ thống điều khiển và giải thuậi 3.1 Thiết lập so đồ hệ thốngxy lanh - khi nén 3.2 Lựa chọn các phân tử của hệ thông điêu khii 3.1 Hệ thẳng xy lanh, van khi nón 4ƒ.2 Bộ điều khiẩm 3.3 Động cơ không đồng bộ ba pha.4 Biên tần IG5A diều khiỗn dộng cơ 3 pha.3 Xây dựng giao diện người dùng,.- CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUÁ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUAT.65 41 Đảnh gid ở cầu chấp hành - - 65 Hình 31 Bản vẽ lắp cơ cầu gấp ngang và dọc. TRnh 32: Ban vẽ lắp cơ cầu gấp và cơ cầu thay đổi chiều rộng gắp. Tình 33: Chiều đải sơ bộ băng tải Hình 34: Kích thước sơ bộ băng tải.

ăiceceeeeei THnh 35: 'Tâm truyền băng tải. Tình 3: Kết cầu băng (ai Hình 37 Sơ đỗ bỏ truyền sử dụng dai rẵng,. cv Hinh 38: Sơ để băng tải máy gấp áo phéng Hình 39 Hiệu suật bộ truyền 6 lin. Hình 40: 'Thông số kỹ thuật dộng cơ.soccecceeererrrerrrrrrrerrree Hinh 41 Sơ để truyền động Hình 42 Sơ dễ khối hệ thông diều khiển máy gấp áo phông tự dòng Hình 43: Sơ để khối cơ câu chấp bảnh hệ thông gấp áo phông tự động.

Tinh 14 Sơ đỗ giải thuật phase 1 - Hình 45 Sơ đồ giải thuật phase 2. co co 02 2t cerrerrecer " Llinh 46: Sơ đỗ giải thuật phase 3. o2 0 con cty Hinh 47 Sơ đỗ giải thuật phase 4 - Hình 48: Sơ đề hệ thống xy lanh khi nẻn.- co THình 49: Trình tự trong phage. ái n2 erririr Hình 50: Đặt áo lên máy.

Tinh Š1 Gap hai bên áo.1- Y6 Trình tự phase 2. Finth 53 Gấp đuôi - Hình 54 Đuôi áo đã dược gấp.S Trinh ty phase 3 Tình 56: Gap đôi áo Hình 57 Ảo dược gấp đôi, 1 nửa nằm trêu khuôn ảo.6 Trình tự phase 1.cienieeeeeroe Hinh 59: Xy lanh CDM2B20-1 507, Hình 60:Các thông số hỉnh học cứa xy lanh. TRnh 61 Trạng thái bình thường van đóng, Hình 62 Trang thái được cấp khí nén — van mỡ. DANH MỤC BẰNG Bang 1.

Ti sé truyén nén ding cho các bộ truyền trong hệ Bang 2. Phân công tín hiệu vào. Phan công tín hiệu ra. Bằng 4 Thông số kỹ thuật động cơ HEM.

Đăng 5- Bảng thống kê các sản phẩm cổa biến tân I35A|4†. Bảng 6: Kết quả chạy thực nghiệm hệ thống gấp áo phêng tự động _ Bang 7 Bang lua chon théng số kỹ thuật bộ truyền đại Bang 8. Hàng thông số Pulleys. Bang 9 5mm Pitch Standard Metric Belts Type SM Đăng 10: Hệ thống chiéu đâi Belt.

ào cocccccccvveccrvrrrrrree Táng 11: Tỉ lệ công suất với SM I3elt. DANH MUC HINA ANH Tinh1 May gấp quản qáo Laundroid. 2 Hình 2: Máy gấp quản áo Foldimate 3 Hình 3: Máy EB-2l. ào Hee 23 Tinh 4: May FS-23 4 Hình 5.

4 Hình 6: Cách gấp 1. 5 Hình 7 Cach gap 2 6 Tình §: Kích thước áo 7 Hình 9: Ảo phông,. n2 v2 exrsirrrrririrrree "- Hình 10: Sơ đồ tổng thế Hệ thống may gắp áo phông tự đề - ce Tình 11: Đặt áo lên máy - - - 9 Hình 12: Gấp đọc ảo. 2 THnh 13: Ảo đền điểm gấp 1 - - -.10 tình 14: Gấp ngang áo Ì.

c0 0x20 HH nhnrrrerrrrree seo. TÔ Hình 15: Ảo đến điểm gấp 2.oceeeererrrrrrrrrrrrrrreeaev TT Tình 16: Đặt khuôn áo. - - - "1 Hình 17: Gắp ngang áo 2. ào ccccccoentirerrrrrerrrrrrrrrrrrrrrrrrreeo T7 Tình 1§: Dưa áo đến bộ phận đóng gói.

na TT Hình 19: Cơ câu gấp thông thường - - .13 Tình 20: Cơ cầu gấp cãi tiến - - 14 Tinh 21: Cơ câu gấp 44 khâu bản lề - 1A Tình 22: ác định kích thước khâu trung gian BC 15 Tình 23: Cơ câu gap 4 khâu với khâu AĐ cong.o occessseeseeeeeeceecov TỔ Hình 24: Cơ cầu gấp ngang. Tình 25: Tính toán kích thước động học cơ cầu gập ngang -.17 Hình 26: Điều chính chuyển động của 2 trục gấp dộc lập với 2 dộng cơ tịnh tiến. Tình 27: Điều chữnh chuyển động của 2 trục gấp với 1 động cơ 19 Hình 28: Mô tá cơ chế hoạt động cơ cầu thay đôi chiều rộng sắp. 20 Tinh 29: Cơ cầu gấp đọc - - 20 Hình 30: Cơ cầu gập ngang.à họ nererrrrrrrrree se.

21 Hình 63 Van diện từ 5 sống SY5120-5L.eccecec Tinh 64 Cảm biến từ D-M9H. Hinh 65: Sơ đỗ câu trúc của PLC Hinh 66: PLO 87 1200. si eereerririreeei Tinh 67 Sơ đồ năng hượng của máy điện KDH. Hinth 68 Đông cơ không đồng bộ 3 pha HEM Hình 69: Sơ đề dầu dây của biển tấn Iđ5A|4|.: coi ee sees Hình 7 Biển tân SV040IGSA-4 Tình 71 Giao diện người đùng HMT Hình 72 Cơ cầu gấp dọc.

Hình 73 Cơ câu gấp ngang Fin 74: Cơn chuyển động và cơ cầu kẹp áo đưa vào túi đông gồi Hình 75 Hệ thống mạch điều khiên PLC.ooc5ccccccrrrercee Tinh 76: Xích ti đơn Hinh 77 Xích tải rộng. XE H gu ggberrưec Linh 78: Lãng tải con lăn. Hinh 79: Băng tải trên máy gấp quần áo Hình 80: “Thang do độ cứng sluote. Hinh 82: Mẫu E-I SEKME Firth 83 Mau Matt Black Linh 84 Sơ đồ băng tải tính lic cing Finth 85: Các loại con lăn Hình 86: Kích thước con lần.