Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tạo máy in lụa tự động

Đề tài máy Thiết kế và chế tạo máy in lụa tự đông. Bao gồm thuyết minh + Slide thuyết trình + bản vẽ 2D + file thiết kế bằng solidwork + code TIA Portal và video hoạt động thực tế của hệ thống. Các bạn có thể liên hệ trực tiếp với mình qua mail ndquang2909gmail.com sau khi mua tài liệu để tải bản đầy đủ nhất. Zalo: 0705577771

TỔNG QUAN VỀ NGÀNH IN LỤA

Đặt vấn đề

Trong bối cảnh nhu cầu thị hiếu của con người ngày càng tăng cao, yêu cầu về số lượng và chất lượng sản phẩm cũng trở nên khắt khe hơn Điều này thúc đẩy các dây chuyền sản xuất trong ngành công nghiệp phải hiện đại hóa và tự động hóa cao hơn, nhờ vào việc áp dụng các kỹ thuật điều khiển tiên tiến cùng với sự hỗ trợ của thiết bị điện – điện tử và máy tính.

Trong bối cảnh hội nhập toàn cầu, Việt Nam đang tiến tới giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa, trong đó tự động hóa trở thành yếu tố thiết yếu cho mọi ngành nghề kỹ thuật.

Vấn đề tự động hoá trong công nghiệp ngày càng trở nên cấp thiết nhằm giảm bớt sức lao động chân tay và nâng cao năng suất Một ví dụ điển hình là máy in lụa tự động, giúp thay thế các công đoạn mà trước đây con người thực hiện bằng máy móc Trên thị trường hiện có nhiều loại máy in lụa, chủ yếu là máy thủ công và bán tự động, nhưng vẫn cần sự can thiệp của người vận hành ở một số giai đoạn Để khắc phục hạn chế này, cần cải tiến các thiết bị điều khiển cơ khí thành thiết bị điện - điện tử, biến máy bán tự động thành hệ thống hoàn toàn tự động Vì lý do đó, nhóm chúng tôi đã chọn đề tài “MÁY IN LỤA TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-1200” để nghiên cứu, nhằm củng cố kiến thức và áp dụng công nghệ tự động vào sản xuất.

Nhóm thực hiện đề tài sẽ thiết kế hệ thống cấp phôi tự động sử dụng van hút chân không, điều khiển bằng PLC S7-1200 và màn hình giám sát SCADA Hệ thống này hoạt động hoàn toàn tự động, không cần sự can thiệp của con người trong quá trình vận hành Chúng tôi tin rằng đề tài này sẽ mang lại thêm sự lựa chọn cho người dùng trong việc sử dụng các dây chuyền in lụa với mức độ tự động hóa cao.

Hình 1.1: In lụa thủ côngNguồn: https://inao.vn/tat-tan-tat-cong-doan-ao-theo-phuong-phap-lua/

Mục tiêu

 Thiết kế và thi công phần cứng cho máy in lụa tự động

 Sử dụng PLC điều khiển hệ thống thông qua HMI và bảng điều khiển

 Sử dụng giác hút chân không để giữ phôi trong quá trình cấp phôi lên băng tải

 Điều khiển động cơ bước thông qua bộ điều khiển công suất để cấp phôi tự động lên băng tải

 Ứng dụng PLC vào máy in lụa tự động để giảm bớt sức lao động, chi phí… để nâng cao năng suất.

Nội dung nghiên cứu

 Nội dung 1: Tı̀m hiểu qui trình in lụa và các máy in lụa trên thực tế

 Nội dung 2: Thiết kế và thi công phần cứng máy in lụa tự động

 Nội dung 3: Thi công tủ điện điều khiển

Nội dung 4: Thiết kế lưu đồ điều khiển, giao diện HMI

 Nội dung 5: Lập trình PLC, chạy thử nghiệm dây chuyền

 Nội dung 6: Đánh giá kết quả thực hiện và hướng mở rộng.

Giới hạn

 In lên sản phẩm là khăn lạnh, túi nilon hoặc thiệp cưới

 Sử dụng van hút chân không cấp phôi tự động

 Kích thước khổ in: tối đa 300x400 mm

 Sử dụng động cơ bước để cấp phôi lên băng tải

 Phần khung in sử dụng xylanh khí nén để truyền động

 Hệ thống điều khiển phần in và phần sấy còn riêng biệt nhau

 Bộ điều khiển sử dụng PLC S7-1200, kết hợp màn hình HMI để điều khiển hệ thống in.

Bố cục

 Chương 1: Tổng quan về ngành in lụa

Trình bày lý do choṇ đề tài, muc ̣ tiêu đề tài, nôị dung nghiên cứu đề tài, giới haṇ và bố cuc ̣ đề tài.

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Quy trình in lụa bao gồm các bước chính như chuẩn bị mẫu, tạo khuôn in, và thực hiện in trên bề mặt vật liệu PLC S7-1200 là một bộ điều khiển lập trình có khả năng xử lý tín hiệu và điều khiển thiết bị tự động hóa HMI (Giao diện người-máy) cho phép người dùng tương tác với PLC, cung cấp thông tin và điều khiển quá trình Việc lập trình giao diện HMI yêu cầu hiểu biết về các chức năng cơ bản và cách thức giao tiếp giữa HMI và PLC S7-1200 để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.

 Chương 3: Thiết kế và tính toán

Thiết kế phần cơ khí, tủ điện , sơ đồ khối hệ ̣thống điện điều khiển và lựa chọn các thiết bị phù hợp

 Chương 4: Thi công dây chuyền

Trình tự thi công dây chuyền, chạy dây chuyền

 Chương 5: Kết quả, nhận xét, đánh giá nhận xét và đánh giá kết quả đạt được

SỞ LÝ THUYẾT

Quy trình in khăn lạnh

2.1.1 Mô tả quy trình chuẩn bị

Hình 2.1: Hình ảnh mẫu giấy Nguồn: https://intranvu.net/day-thiep-cuoi-bang-phuong-phap-in-lua/

 Chuẩn bị nguyên liệu thành phần hỗn hợp mực in lụa như sau

 Mực PP - PE TOBO (Đài Loan) 50%

 Dung môi chậm khô (TOBO hay dung môi 783) 50%

 Dầu ông già pha loãng vừa in

Bước 1: Trộn mực TOBO, mực HMK, dung môi, butan và dầu ông già vào khay đựng Sử dụng dao để khuấy đều cho đến khi tất cả các thành phần hòa quyện thành một khối đồng nhất Thời gian khuấy phụ thuộc vào lượng hỗn hợp, nhưng cần đảm bảo mực sệt quện lại với nhau thành hỗn hợp đồng nhất.

Bước 2: Sau khi mực in đã được pha đều ta trải mực lên khung in, rồi tiến hành in

2.1.2 Mô tả quy trình in

 Đầu tiên đưa phôi vào vị trí in

 Trên khung in, dao trải mực sẽ trải mực đều lên khung lụa sau đó khung in được đặt lên phôi và dao in sẽ gạt mực xuống phôi.

 Quá trình in kết thúc.

Giới thiệu phần cứng

Trong đề tài này sẽ thực hiện thi công dây chuyền in lụa tự động thực tế Đầu tiên nhóm xây dựng phần cứng cho dây chuyền:

 Tay lấy phôi sử dụng giác hút chân không để giữ phôi

 Sử dụng động cơ bước để đưa phôi từ bàn nâng sang băng tải in

 Băng tải in đưa phôi vào vị trí in

 Khung in sẽ in mẫu lên phôi

Dây chuyền phần điều khiển sẽ sử dụng PLC S7-1200 để quản lý và điều khiển toàn bộ hệ thống, kết hợp với các thiết bị như cảm biến, cảm biến hành trình và van khí.

Thiết bị đầu vào: Nút nhấn, công tắc, cảm biến, encoder

Thiết bị đầu ra: Động cơ, xylanh, van khí, relay, mạch điều khiển công suất cho động cơ bước

Thiết bị điều khiển trung tâm: PLC S7-1200

Thiết bị giao diện điều khiển: màn hình giám sát SCADA

Cảm biến quang (Photoelectric Sensor) là thiết bị quan trọng trong các nhà máy công nghiệp, được sử dụng để phát hiện vật thể từ xa, đo khoảng cách và tốc độ di chuyển Tại nhiều vị trí trong dây chuyền sản xuất, cảm biến quang trở thành giải pháp không thể thiếu.

Cảm biến quang được hình thành từ các linh kiện quang điện, hoạt động dựa trên việc ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt cảm biến Khi ánh sáng chiếu vào, tính chất của cảm biến sẽ thay đổi, và tín hiệu quang sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện thông qua hiện tượng phát xạ điện tử tại cực catot Kết quả là cảm biến sẽ cung cấp đầu ra phù hợp để đáp ứng yêu cầu công nghệ.

Cảm biến quang được chia ra làm 3 loại:

 Loại quang phản xạ hồi quy

 Loại quang phản xạ khuếch tán a Loại truyền phát

Hình 2.2: Cảm biến quang loại truyền phát Nguồn: https://cambiendoapsuat.vn/cam-bien-quang-la-gi/

 Cấu tạo : Gồm có bộ thu và bộ phát độc lập

 Nguyên lý: Vật thể bị phát hiện khi nó chặn ngang trục quang học ở giữa máy phát và máy thu sáng

Cảm biến có ưu điểm nổi bật là khả năng phát hiện vật thể từ khoảng cách xa và xác định chính xác vị trí của chúng Đặc biệt, đối với các vật thể không trong suốt, cảm biến vẫn có thể nhận diện mà không bị ảnh hưởng bởi hình dạng, màu sắc hay chất liệu của vật thể đó.

 Khuyết điểm: Dễ bị bụi bẩn, vết dơ trên thấu kính

 Ứng dụng: Dùng để phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau b Loại phản xạ hồi quy

Hình 2.3: Cảm biến quang loại phản xạ hồi quy Nguồn: https://cambiendoapsuat.vn/cam-bien-quang-la-gi/

 Cấu tạo : Gồm có bộ thu, phát ánh sáng và gương phản xạ

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phát hiện vật thể dựa trên việc nhận diện sự cản trở ánh sáng Cụ thể, vật thể sẽ được phát hiện khi nó chặn luồng ánh sáng phát ra từ bộ cảm biến và phản xạ trở lại từ tấm gương phản xạ.

Cảm biến này có ưu điểm lắp đặt đơn giản và khả năng phát hiện xa hơn so với các loại cảm biến phản xạ khác Trục quang học có thể điều chỉnh dễ dàng, cho phép phát hiện các vật thể không trong suốt mà không phụ thuộc vào hình dạng, màu sắc hay chất liệu của chúng.

 Khuyết điểm: Dễ bị bụi bẩn, vết dơ trên gương phản xạ

 Ứng dụng: Dùng để phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau c Loại phản xạ khuếch tán

Hình 2.4: Cảm biến quang loại phản xạ khuếch tán Nguồn: https://cambiendoapsuat.vn/cam-bien-quang-la-gi/

 Cấu tạo : Cảm biến được tích hợp chung phần tử phát sáng và phần tử thu nhận ánh sáng

 Nguyên lý: Loại này sẽ nhận ánh sáng phản xạ lại từ vật thể bị phát hiện

Hệ thống chỉ yêu cầu một điểm lắp đặt duy nhất, giúp tiết kiệm không gian hiệu quả Không cần thiết phải lắp đặt trục quang học, và nếu được trang bị gương phản xạ, hệ thống có khả năng phát hiện cả những vật thể trong suốt.

Có khả năng phân biệt sự khác biệt rất nhỏ về màu sắc

 Khuyết điểm: Dễ bị bụi bẩn, vết dơ trên thấu kính, khoảng cách phát hiện vật ngắn

 Ứng dụng: Dùng để phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau

Cảm biến tiệm cận, hay còn gọi là công tắc tiệm cận (PROX), là thiết bị phản ứng khi có vật thể ở gần Thông thường, khoảng cách kích hoạt của cảm biến này chỉ từ vài mm.

Cảm biến hiện đại cung cấp khả năng vận hành đáng tin cậy trong các môi trường khắc nghiệt như ngoài trời hoặc nơi có dầu mỡ Chúng đã thay thế các công tắc máy truyền thống như công tắc giới hạn và công tắc micro, cho phép phát hiện vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp.

Nó được ứng dụng nhiều nhất trong việc phát hiện Jig mà không cần tiếp xúc trực tiếp với vật thể

Cảm biến tiệm cận được phân làm hai loại:

 Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ

 Cảm biến tiệm cận loại điện dung a Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ

Hình 2.5: Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ Nguồn: https://banbientan.com/cam-bien-tiem-can-omron/

 Cấu tạo : Bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi từ ở đầu cảm ứng

Từ trường được tạo ra bởi cuộn dây của cảm biến sẽ biến đổi khi tương tác với các vật thể kim loại, cho phép cảm biến chỉ phát hiện những vật thể này.

 Ưu điểm: Ít chịu ảnh hưởng của các nhiễu bên ngoài

 Khuyết điểm: Cảm biến cảm ứng chỉ phát hiện được các vật kim loại

 Ứng dụng: Dùng để phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau bằng kim loại. b Cảm biến tiệm cận loại điện dung

Hình 2.6: Cảm biến tiệm cận loại điện dung

Nguồn: https://tapvn.com.vn/Tin-moi/Cam-bien-tiem-can-la-gi-phan-loai-va-nguyen-ly- hoat-dong-70/

 Cấu tạo : Gồm 4 bộ phận chính: Cảm biến (các bản cực cách điện), mạch dao động, bộ phát hiện, mạch đầu ra

 Nguyên lý: Phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện dung tĩnh điện

Thiết bị này nổi bật với khả năng phát hiện đa dạng các loại vật thể, cùng với tốc độ chuyển mạch nhanh chóng Nó có thể nhận diện các đối tượng kích thước nhỏ và có phạm vi cảm nhận rộng Đặc biệt, đầu cảm biến nhỏ gọn cho phép lắp đặt ở nhiều vị trí khác nhau, mang lại sự linh hoạt trong việc sử dụng.

 Khuyết điểm: Chịu ảnh hưởng của bụi và độ ẩm

 Ứng dụng: Dùng để phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau có thể là chất lỏng, vật liệu phi kim

Encoder là thiết bị mã hóa dùng để quản lý vị trí góc của các vật thể quay như đĩa, bánh xe hay trục động cơ Có nhiều loại encoder khác nhau, phù hợp với các ứng dụng cần xác định góc của thiết bị quay.

Nguyên lý cơ bản của encoder là sử dụng một đĩa tròn xoay quanh trục, trên đó có các lỗ hoặc rãnh Khi đĩa quay, đèn LED chiếu sáng lên bề mặt; tại những vị trí không có lỗ, ánh sáng không thể xuyên qua, trong khi tại những vị trí có lỗ, ánh sáng sẽ chiếu qua Phía bên kia của đĩa, một cảm biến thu nhận tín hiệu ánh sáng, từ đó xác định được sự hiện diện của ánh sáng qua các lỗ, giúp ghi nhận thông tin chính xác về vị trí và chuyển động.

Encoder được chia làm 2 loại: Encoder tuyệt đối và Encoder tương đối a Encoder tuyệt đối

Encoder tuyệt đối, nghĩa là tín hiệu ta nhận được chỉ rõ ràng vị trí của encoder, không cần phải xử lý thêm

Hình 2.7: Encoder tuyệt đối Nguồn: https://cmcdistribution.com.vn/kien-thuc-cnc/encoder/

Đĩa quay được cấu tạo với các rãnh đồng tâm, kết hợp với một nguồn sáng và một tế bào quang điện được bố trí thẳng hàng cùng với mạch khuếch đại.

 Ưu điểm: Thông tin vị trí là đầu ra số và là giá trị tuyệt đối Giữ được giá trị góc tuyệt đối khi mất nguồn

 Khuyết điểm: Giá thành cao vì chế tạo phức tạp, đọc tín hiệu ngõ ra khó

Encoder là thiết bị quan trọng trong việc đo tốc độ động cơ và xác định khoảng dịch chuyển của đối tượng thông qua số vòng quay của trục Nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như robot, máy công cụ và hàng không vũ trụ, giúp cải thiện độ chính xác và hiệu suất trong các hệ thống tự động hóa.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

GIỚI THIỆU

In lụa được thực hiện dựa trên nguyên lý in mực dầu trên giấy nến, trong đó chỉ một phần mực in thấm qua lưới in Quá trình này diễn ra khi một số mắt lưới đã được bịt kín bằng hóa chất chuyên dụng, cho phép mực in chỉ in lên vật liệu mong muốn.

Kỹ thuật này có thể được áp dụng cho nhiều loại vật liệu khác nhau như nilông, vải, thủy tinh, mặt đồng hồ, mạch điện tử, một số sản phẩm kim loại, gỗ và giấy Ngoài ra, nó còn có thể thay thế phương pháp vẽ dưới men trong sản xuất gạch men.

Kỹ thuật in lụa, dù được thực hiện bằng phương pháp thủ công, bán thủ công hay máy móc, bao gồm các công đoạn chính như làm khuôn in, chế tạo bàn in, sử dụng dao gạt, pha chế chất tạo màu, chuẩn bị hồ in và tiến hành in.

Với đề tài thiết kế này sẽ bao gồm các phần chính:

 Thiết kế sơ đồ khối

 Tính toán và thiết kế sơ đồ nguyên lý

3.2 Thiết kế phần cơ khí

Hình 3.1: Sơ đồ thiết kế tổng quan Ở phần bàn phôi, dự kiến sẽ sử dụng bàn vuông 2 chân được cấu tạo bằng sắt hộp kích thước 20x40mm.

Bộ điều khiển sẽ sử dụng PLC do đặc tính dễ lập trình, độ ổn định cao của loại hình điều khiển này.

Cơ cấu cấp phôi được thiết kế để chuyển phôi qua băng tải, sử dụng hai giác hút chân không kết hợp với một cảm biến phát hiện phôi dưới bàn chứa Sau khi hút xong, cơ cấu sẽ chuyển phôi sang băng tải, yêu cầu khả năng nâng hạ Để đảm bảo độ chính xác, dự kiến sẽ sử dụng bộ truyền vít me và hai bộ dẫn hướng con trượt đường kính 10 Ngoài ra, cơ cấu cũng cần khả năng di chuyển qua lại giữa bàn phôi và băng tải, do đó sẽ sử dụng động cơ bước và truyền động qua dây đai để thực hiện nhanh chóng và chính xác.

Dây băng tải sẽ được chế tạo từ vật liệu PVC, một trong những loại phổ biến nhất hiện nay Hệ thống truyền động của băng tải sẽ được thực hiện trực tiếp từ động cơ thông qua các con lăn băng tải, dự kiến làm bằng sắt.

Cơ cấu in là một bộ phận phức tạp, có nhiệm vụ in lên phôi và điều chỉnh độ cao để không ảnh hưởng đến băng tải bên dưới Nó cũng có khả năng di chuyển ngang để dao in thực hiện nhiệm vụ in trên bàn in Các máy in lụa hiện nay thường sử dụng hai xylanh nhỏ để gạt và quét mực lên bàn in, được làm bằng gỗ và có hình dạng đã được khắc sẵn Di chuyển lên xuống được thực hiện bằng xylanh, trong khi di chuyển ngang sử dụng động cơ bước qua truyền động dây đai curoa và hai bộ dẫn hướng.

Hình 3.2: Mô hình tổng thể máy in lụa tự động

THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ

Sau khi nghiên cứu về dây chuyền in lụa, vật liệu, độ an toàn và quy trình in lụa, nhóm đã quyết định chọn sắt hộp và nhôm định hình làm vật liệu chính Kích thước băng tải là 1540 x 320 x 600mm, khung in có kích thước 400 x 300 x 30mm, và phần cấp phôi có kích thước 200 x 200mm.

Trên băng tải, encoder được lắp đặt để đo quãng đường dịch chuyển, trong khi các cảm biến trên khung in giúp xác định giới hạn hành trình của các xylanh Việc này hỗ trợ trong việc tính toán chiều dài khung băng tải một cách chính xác.

Khung băng tải là bộ phận chính chịu trách nhiệm mang toàn bộ băng tải, vì vậy chiều rộng của khung băng tải được lựa chọn là 450mm Ngoài ra, phần khung cần nối với phần in của máy sẽ có độ dài dôi ra là 250mm.

Chiều dài của phôi in là 200mm, và trong quá trình làm việc, sẽ có ít nhất 2 phôi trên băng tải cùng một lúc Phôi thứ nhất nằm ở giữa băng tải, nơi cơ cấu in hạ xuống để in, trong khi phôi thứ hai chờ ở đầu băng tải với khoảng cách an toàn 300mm giữa chúng Khoảng cách còn lại trên băng tải là 500mm để sản phẩm có thể ráo mực sau khi hoàn thành Do đó, chiều dài tối thiểu của khung băng tải phải bằng hoặc lớn hơn tổng chiều dài 200.2 + 300 + 500 = 1200mm Vì vậy, chiều dài khung băng tải được chọn là 1400mm.

Sử dụng con lăn làm bằng sắt có đường kính d= 90mm được chế tạo để truyền lực quay từ động cơ băng tải qua.

Vậy từ đó ta có chiều dài của băng tải sẽ là L = 1400 x 2 + 90 = 3082mm = 3.082m và được làm bằng PVC. b Tình toán dây băng tải PVC

- Từ kích thước dây băng tải, ta tính được thể tích của dây băng tải bằng công thức sau:

- Khối lượng riêng của PVC là 1,75g/cm 3 , từ đó ra suy ra được khối lượng của băng tải là:

Sử dụng con lăn (Roller) khi tiếp xúc với băng tải giúp truyền động lực từ động cơ băng tải đến băng tải có độ ma sát cao, với đường kính là 90mm.

Từ kích thước của Roller băng tải, ta tính được thể tích của Roller như sau:

- Khối lượng riêng của sắt là 7.85g/cm 3 , từ đó ta tính được khối lượng của con lăn là:

- Vậy ta có khối lượng của băng tải sẽ là:

M bt = 2 M con lăn + M bt = 1413 x 2 + 1618.1= 4444.1(g) = 4.4441(kg)

Vậy cuối cùng ta có các thông số của băng tải như sau:

- Chiều dài của băng tải: 3082mm = 3.082m

- Khối lượng băng tải + rulo: M bt = 4.4441kg d Khung băng tải

Hình 3.3: Roller băng tảiNguồn: http://haanmst.com/productdetail/roller-bang-tai-595.html

Bộ phận này có vai trò quan trọng trong việc chịu tải khối lượng của toàn bộ hệ thống, bao gồm băng tải, rulo, động cơ băng tải và bàn phôi Nó sẽ được kết nối với khung chính của máy in lụa và cơ cấu cấp phôi.

Ta chọn chiều dài của khung là 1500 + 100 + 400 = 2000mm.

Hình 3.4: Mô phỏng khug băng tải

Chiều cao được chọn là 700mm Để tính toán và lựa chọn động cơ cho băng tải, cần xác định động cơ truyền động, thành phần chính của hệ thống Qua việc tính toán vận tốc, moment xoắn và công suất dựa trên yêu cầu năng suất, ta có thể chọn động cơ truyền động phù hợp.

- Khoảng cách băng tải cần di chuyển để in xong 1 sản phẩm: l = L/2 = 3.082/2 = 1.541m

Thời gian in xong 1 sản phẩm: t = 60 s

- Do đó, vận tốc băng tải được tính: v bt =L t =1.541

60 =0.026¿ ¿ Đường kính con lăn băng tải chủ động của băng tải là d con lăn = 90mm và độ dày băng tải là 1,5mm.

- Vậy chu vi rulo và 2 mặt băng tải:

Hình 3.5: Mô phỏng khung dưới và băng tải

Tỉ số truyền qua con lăn được giữ nguyên ở mức 1:1.5, do đó, vận tốc cần thiết của băng tải sẽ tương đương với vận tốc cần thiết của động cơ, tức là v dc = v bt.

Theo tính toán ở phần khối lượng băng tải, khối lượng các bộ phận mà động cơ băng tải cần kéo là 4.4441kg Dựa vào đó, chúng ta có thể xác định moment quán tính cần thiết của động cơ để vượt qua lực quán tính từ băng tải.

Băng tải quay có dạng vành tròn đồng chất, với moment quán tính khối lượng đối với tâm là I₀ = m.R² (trong đó R là bán kính tâm quay) Tuy nhiên, do động cơ được đặt ở một đầu băng tải, nên cần áp dụng công thức chuyển trục song song để tính toán Moment quán tính của toàn bộ băng tải sẽ được xác định dựa trên công thức này.

I = I 0+ m.d 2 (Trong đó d là khoảng cách từ tâm của băng tải đến vị trí đặt động cơ)

Từ hình 1.3 ta xác định được R = 1541 2 = 770.5mm và d = 770.5- 45 = 725.5mm, khi đó moment quán tính của băng tải sẽ là:

Moment cần để quay cả hệ là:

Công suất cần thiết của động cơ truyền động tại đầu trục:

9,55 = 24.99 9,55 x 5.52 = 14.4(W)Chọn động cơ phải thỏa mãn điều kiện P đc ≥1,2P ct 28W ,ta chọn động cơ AC giảm tốc có công suất 25W. f Cơ cấu cấp phôi

Cơ cấu cấp phôi là cơ cấu có nhiệm vụ cấp phôi qua cho băng tải, bao gồm các bộ phận dưới đây.

 Giác hút chân không và cảm biến

Hình 3.6: Mô phỏng cơ cấu cấp phôi

Giác hút sử dụng là giác hút chân không 2 tầng với kích thước cụ thể, được làm từ sắt và có sẵn trên thị trường Để dễ dàng trong việc tính toán, giác hút này được coi như có hình dạng trụ.

Hình 3.8: Kích thước thân giác hút chân không Nguồn: https://mohinhrobot.com/robot/giac-hut-chan-khong

- Khi đã coi thân giác hút chân không là hình trụ thì ta có thể tích của giác hút này là:

- Với khối lượng riêng của sắt là 7,85 g/cm 3 nên ta có khối lượng của giác hút:

M giác hút = 6,8.7,85 = 53,38 (g) Ở đây sử dụng cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 có kích thước như sau:

Hình 3.9: Kích thước cảm biến hồng ngoại

Nguồn: https://hshop.vn/products/cam-bien-vat-can-hong-ngoai-e18-d80nk-4

- Khi đó ta tính được thể tích của cảm biến:

- Với khối lượng riêng của nhựa là 1,7 g/cm 3 nên ta có khối lượng của cảm biến:

 Miếng đỡ giác hút và cảm biến

Giác hút chân không và cảm biến hồng ngoại được đặt trên miếng đỡ giác hút, được làm bằng gỗ kích thước 30x2x2 để giảm giá thành.

- Từ đó ta tính được thể tích của miếng đỡ giác hút là:

- Với khối lượng riêng của gỗ là 0.4 g/cm 3 nên ta có khối lượng tấm đỡ giác hút:

- 2 gá giác hút tổng khối lượng 500g

- Khối lượng của bộ vít me là 1500g.

Hình 3.10: Mô phỏng miếng đỡ giác hút

Chức năng của bộ cố định miếng đỡ đầu hút là kết nối với bộ dẫn hướng, cho phép miếng đỡ đầu hút di chuyển cùng với giác hút chân không và cảm biến hồng ngoại lên xuống trên bàn đựng phôi.

- Ta tính được thể tích của tấm cố định:

- Với khối lượng riêng của gỗ ép là 1,12 g/cm 3 nên ta có khối lượng của tấm cố định:

Để lựa chọn động cơ cho cơ cấu cấp phôi, việc tính toán các yếu tố như vận tốc, moment xoắn và công suất là rất quan trọng Động cơ truyền động đóng vai trò chủ chốt trong hệ thống, và thông qua các phép tính này, chúng ta có thể xác định động cơ phù hợp với yêu cầu năng suất đã đề ra.

Do chiều cao nâng hạ không có yếu tố ràng buộc cụ thể nên chọn chiều cao nâng hạ của cơ cấu cấp phôi là L = 300mm = 0,3m.

Thời gian nâng lên/ hạ xuống của cơ cấu cấp phôi cho là mất 30s.

Khối lượng tổng cộng của các bộ phận mà động cơ cần kéo bao gồm: 2 miếng đỡ giác hút nặng 372g, 2 giác hút chân không có khối lượng 107,08g, cảm biến hồng ngoại nặng 29,41g, 1 thanh ngang nặng 48g, 2 gá giác hút tổng cộng 200g, và khối lượng của tấm cố định là 33,6g.

Vậy ta tính được tổng khối lượng mà động cơ cơ cấu cấp phôi phải kéo là:

 Pulley truyền động và dây đai

Dẫn động bằng pulley và dây đai là phương pháp truyền động hiệu quả, trong đó lực từ động cơ được truyền qua pulley để cung cấp chuyển động qua lại cho bộ cấp phôi Một trong những ưu điểm nổi bật của hệ thống này, đặc biệt là loại pulley có răng, là khả năng truyền động ổn định mà không bị trượt, giúp tăng cường hiệu suất hoạt động.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HÊ ̣THỐNG ĐIỆN

3.3.1 Thiết kế sơ đồ khối hê ̣thống

Sơ đồ khối của toàn bộ dây chuyền bao gồm khối điều khiển trung tâm PLC S7-1200, khối nguồn và các khối khác, tạo nên mô hình hoàn chỉnh cho hệ thống Đề tài thiết kế sẽ bao gồm các khối này để đảm bảo tính đồng bộ và hiệu quả trong quá trình vận hành.

 Khối điều khiển trung tâm PLC S7-1200

 Khối điều khiển động cơ

Hình 3.35: Mô hình lắp đặt tủ điện

 Khối điều khiển van khí

 Khối xử lý trung tâm: Có chức năng điều khiển hoaṭ động của toàn hệ thống.

 Khối nguồn: Có chức năng cung cấp nguồn cho toàn bô ̣hê ̣thống hoaṭ động

 Khối nút nhấn: Có chức năng dừng khẩn cấp

 Khối cảm biến: Có chức năng gửi tín hiệu về xử lý khối trung tâm

 Khối màn hình điều khiển: Có chức năng điều khiển hoaṭ động của hê ̣thống

 Khối điều khiển động cơ: Có chức năng điều khiển động cơ

 Khối điều khiển van khí: Có chức năng điều khiển van khí

 Khối động cơ: Có chức năng điều khiển băng tải, điểu khiển bàn nâng, di chuyển tay hút phôi

KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM

KHỐI ĐIỀU KHIỂN VAN KHÍ

Hình 3.36: Sơ đồ khối của hệ thống

 Các thông số của các khối chı́nh

 Khối điều khiển trung tâm: PLC S7-1200 1212C có tín hiêụ vào và tı́n hiêụ ra là tín hiệu số

 Khối nguồn: Có tín hiệu vào là nguồn điêṇ 220V và tín hiệu ra là 24V

 Khối cảm biến: Cảm biến sẽ có tín hiêụ vào là tín hiêụ số

 Khối HMI: Giao tiếp với PLC qua cổng Ethenet

3.3.2 Tính toán và thiết kế mạch a Thiết kế khối xử lý trung tâm

Hiện nay trên thi ̣ trường có rất nhiều loại PLC khác nhau của các hãng như Siemens, Panasonic, Omron, ABB, Rockwell, …

Sau khi nghiên cứu các hãng và nhận được ý kiến từ giáo viên hướng dẫn, nhóm đã quyết định chọn PLC S7-1200 của Siemens để lập trình Với cấu hình xử lý nhanh và giá thành hợp lý, nhóm đã lựa chọn CPU 1214C DC/DC/DC Dưới đây là một số thông số cơ bản của loại CPU này.

 Điện áp hoạt động: 24VDC

 Số lượng ngõ vào số: 14 (24VDC)

 Số lượng ngõ vào Analog: 2 (0 – 10 VDC)

 Số lượng ngõ ra số: 10 (24 VDC)

 Bộ nhớ chương trình: 100 KB b Thiết kế khối cảm biến

Trong đề tài này khối cảm biến có chức năng phát hiện vật sau đó gửi tín hiệu dạng số về PLC

 Thông số kỹ thuật của cảm biến tiệm cận SN04 - N:

 Cảm biến tiệm cận loại gần - Khoảng cách phát hiện tối đa 5 mm

 Loại ngõ ra: NPN - NO

 Điện áp cung cấp: 6 ~ 36 VDC

Hình 3.37: Cảm biến tiệm cận SN04 – N

Nguồn: https://dientutuyetnga.com/products/cam-bien-tiem-can-sn-04n-roko-npn-chong- nuoc

 Thông số kỹ thuâṭ của cảm biến quang E3F-DS30C4:

 Khoảng cách phát hiện 10 ~ 30cm

 Điện áp hoat động: 6 ~ 36 VDC

Nguồn: https://dientu360.com/cam-bien-vat-can-hong-ngoai-e3f-ds30c4 c Khối điều khiển động cơ

Hình 3.38: Cảm biến quang E3F-DS30C4

 Khối điều khiển động cơ 3 pha 220V

 Thông số kỹ thuật của biến tần Mitsubishi D700

Nguồn cấp 3P 200 – 240VAC 50Hz/60Hz

Mô men khởi động 150% hoặc hơn tùy theo phương pháp điều khiển Khả năng quá tải 150% trong vòng 60s, 200% trong vòng 0.5s

Biến tần được trang bị nhiều tính năng nổi bật như lựa chọn đa tốc độ, cài đặt từ xa và chọn chức năng thứ hai Nó hỗ trợ bốn cấp quá tải tùy chọn, chế độ hoạt động JOG và điều khiển PID có giá trị Các chế độ hoạt động như PU, V/F, PU-NET và External-NET cũng được tích hợp Hệ thống cung cấp ngõ ra dừng lại, lựa chọn tự giữ khi bắt đầu, cài đặt lại biến tần và báo tín hiệu khi biến tần hoạt động Ngoài ra, có tính năng khóa ngoài khi PU hoạt động, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình sử dụng.

Cảnh báo tình trạng quá tải và ngõ ra phát hiện tần số là những yếu tố quan trọng trong hệ thống điều khiển Việc tái tạo phanh, cùng với cảnh báo lỗi rơ le, đảm bảo biến tần sẵn sàng hoạt động hiệu quả Ngõ ra phát hiện dòng và giới hạn PID giúp duy trì hiệu suất tối ưu Cảnh báo quạt tản nhiệt quá nóng và cảnh báo giảm tốc khi mất điện tức thời là những chức năng an toàn cần thiết Điều khiển PID kích hoạt và gián đoạn PID cần được giám sát chặt chẽ để đảm bảo an toàn Cảnh báo tuổi thọ và hẹn giờ thời gian bảo trì giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị và nâng cao hiệu suất hoạt động.

Chức năng bảo vệ động cơ bao gồm việc định nghĩa lỗi và ngăn chặn các tình huống như quá dòng khi tăng tốc, giảm tốc hoặc dừng lại Hệ thống bảo vệ cũng giúp ngăn chặn tình trạng quá tải, quá áp, thấp áp, mất áp, quá nhiệt và quá nhiệt điện trở phanh, đồng thời ngăn chặn hiện tượng sụt áp.

– Thiết lập tần số tối đa và tối thiểu, hoạt động đa tốc độ, mô hình tăng / giảm tốc, bảo vệ nhiệt

Tăng giảm tốc độ kích thích từ tính và xoay màn hình giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động Tính năng tự động khởi động lại sau khi mất điện đảm bảo thiết bị luôn sẵn sàng Người dùng có thể thiết lập từ xa và lựa chọn chế độ hoạt động thử lại, đồng thời bù trượt để duy trì sự ổn định Việc kiểm soát mô-men xoắn cũng rất quan trọng để tránh tình trạng mất kiểm soát trong quá trình vận hành.

-Tích hợp sẵn bộ điều khiển PID, Modbus TU

Truyền thông Hỗ trợ các chuẩn truyền thông RS-485, kết nối PU

Bộ cài đặt thông số tiêu chuẩn cho biến tần bao gồm các thành phần như cáp kết nối với bộ cài đặt thông số mở rộng, bo truyền thông, bo encoder, và các linh kiện lọc nhiễu Ngoài ra, nó còn có bo chức năng ngõ ra relay, bo chức năng ngõ ra analog mở rộng, bộ phanh, điện trở xả, và cuộn kháng một chiều cùng cuộn kháng xoay chiều Đặc biệt, các linh kiện lọc nhiễu được thiết kế dành riêng cho biến tần công suất thấp, cùng với bo chức năng ngõ vào số 16 bit, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.

Cấp bảo vệ IP20 (Đóng lắp)

 Khối điều khiển động cơ bước

Là module chuyên dụng để điều khiển động cơ bước lưỡng cực

 Thông số kỹ thuâṭ Module TB6600-4A:

 Nguồn đầu vào: 9 ~ 42VDC – Dòng cấp tối đa: 4A

 Có khả năng điều khiển các chế độ: full step, half step, vi bước (1/8 và 1/16 step)

 Các chế độ được thiết lập bởi phần cứng d Khối động cơ

Trong hệ thống, động cơ bước Step 57 được sử dụng để điều khiển và dẫn hướng cho cánh tay gắp phôi, trong khi động cơ 3 pha giảm tốc đảm nhiệm vai trò quan trọng trong việc vận hành băng tải.

 Thông số kỹ thuật động cơ bước 57HS7630A4D8:

Hình 3.40: Hình ảnh thưc ̣ tế module TB6600-4ANguồn: https://icdayroi.com/mach-driver-dong-co-buoc-tb6600-4a-42v

 Thông số kỹ thuật động cơ băng tải M8IA25G4Y:

Hình 3.41: Động cơ bước 57HS7630A4D8Nguồn: https://vi.aliexpress.com/item/32866369038.html e Khối điều khiển van khı́

Van khí điện giúp quá trình đóng mở nhanh chóng và chính xác, là thiết bị phổ biến trong điều khiển khí nén Qua việc nghiên cứu các loại van khí từ nhiều nguồn tài liệu, nhóm đã quyết định lựa chọn van điện từ cho ứng dụng của mình.

AIRTAC 4v210-08 đóng mở bằng điện để điều khiển đóng mở khí

Hình 3.43: Van điện từ AIRTAC 4v210-08 Nguồn: https://auvietco.com.vn/van-dien-tu-khi-nen-airtac-4v210-08

 Thông số kỹ thuật AIRTAC 4v210-08:

 Điện áp cuộn coil: 24VDC

 Áp suất làm viêc ̣: 0,15 ~ 0,8MPa

 Thông số kỹ thuật Relay: Để bảo vệ PLC, nhóm quyết định dùng relay để kích van khí nén.

 Điêṇ áp cung cấp: 24VDC

 Điện áp hoaṭ đôṇ g: 5 -10A/ 24-30VDC

Hình 3.44: Hình ảnh thưc ̣ tế RelayNguồn: https://tae.vn/relay-kieng-8-chan

Nhóm sử dụng nút nhấn Emergency để dừng khẩn cấp lúc hệ thống gặp sự cố

Nguồn cung cấp cho hệ thống là 220V Khối HMI - SCADA được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như điện tử, giáo dục, và công nghiệp để điều khiển các thiết bị qua giao diện màn hình Nhằm tiết kiệm chi phí, nhóm quyết định sử dụng màn hình laptop để điều khiển hệ thống trực tiếp thông qua phần mềm TIA Portal Để điều khiển toàn bộ hệ thống qua màn hình HMI, cần tìm hiểu cách giao tiếp và truyền dữ liệu giữa PLC S7 – 1200 và HMI.

Hình 3.45: Nút nhấn EmergencyNguồn: https://www.evotech.vn/nut-nhan-dung-khan-cap-phi22-3nc h Thiết kế khối nguồn

Hình 3.47: Màn hình điều khiển SCADAHình 3.46: Giao diện thiết kế màn hình điều khiển SCADA

Khối nguồn là khối rất quan trọng cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống.

 Trong mô hình sử dụng 2 khối nguồn để cung cấp là 24VDC và 220VAC

 Khối nguồn 220VAC: Cung cấp nguồn cho biến tần

 Khối nguồn 24VDC: Cung cấp nguồn cho PLC S7 – 1200, Module mở rộng, cảm biến, cuộn coil van điện từ, Relay, bộ điều khiển công suất động cơ bước.

Bảng 3.2: Bảng tiêu thu ̣dòng điêṇ của các khối Khối nguồn Các thiết bị và linh kiện Dòng tiêu thụ

Cảm biến tiệm cận SN04 – N 300mA x 2

Cuộn coil van điện từ 96mA x 4

Bộ driver động cơ bước 500mA x 2

Biến tần Động cơ băng tải

Từ bảng tiêu thu ̣dòng điêṇ của các khối và các thiết bị trên, ta có dòng tiêu thụ là:

 Nguồn 24VDC: Sử dụng bô ̣nguồn tổ ong 24V 10A

 Nguồn 220VAC: Sử dụng nguồn điện xoay chiều dân dụng 220V/50Hz.

3.3.3 Thiết kế sơ đồ đi dây tủ điện a Sơ đồ nối dây mạch điều khiển

Loại PLC nhóm sử dụng trong dây chuyền là S7-1200 1214C DC/DC/DC Hình dưới đây là sơ đồ nối dây cho PLC S7-1200

Bảng 3.3: Địa chỉ kết nối ngõ vào trên PLC

STT Tên thiết bi ̣ Địa chỉ kết nối ngõ vào trên PLC

3 Cảm biến cuối khung in I0.2

4 Cảm biến đầu khung in I0.3

6 Cảm biến HT dưới của tay gắp I0.5

8 Cảm biến HT trên của tay gắp I0.7

Bảng 3.4: Địa chỉ kết nối ngõ ra trên PLC

STT Tên thiết bi ̣ Địa chỉ kết nối ngõ ra trên PLC

Hình 3.48: Sơ đồ kết nối dây PLC S7 – 1200

11 Van 4 (gạt mực) Q8.4 b Sơ đồ khí nén

THI CÔNG HỆ THỐNG

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Tiêu đề	Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Và Chế Tạo Máy In Lụa Tự Động
Tác giả	Nguyễn Đăng Quang, Nguyễn Công Cường
Người hướng dẫn	GVHD: Trần Quang Khải
Trường học	Trường Đại Học
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	124
Dung lượng	11,95 MB