TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Trong bối cảnh hiện đại hóa và công nghiệp hóa, công nghệ trở thành yếu tố then chốt để các quốc gia đạt được lợi thế cạnh tranh trong sản xuất Tại Việt Nam, việc áp dụng khoa học công nghệ còn hạn chế, vì vậy hiện đại hóa quy trình sản xuất là vô cùng cần thiết Hiện nay, nhiều doanh nghiệp trong nước vẫn phải sử dụng hàng trăm lao động cho một khâu sản xuất, dẫn đến quản lý phức tạp và phụ thuộc vào sức khỏe, kinh nghiệm của công nhân Ngược lại, các nước phát triển có thể sản xuất số lượng lớn sản phẩm chỉ với một nhân công giám sát máy móc tự động Tự động hóa không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn tiết kiệm chi phí sản xuất Sự chênh lệch công nghệ giữa Việt Nam và các nước tiên tiến là động lực thúc đẩy chúng ta nỗ lực phát triển khoa học kỹ thuật, nhằm sánh vai cùng các quốc gia phát triển trên thế giới.
Ngành công nghiệp Việt Nam hiện đang triển khai nhiều chính sách thu hút đầu tư nước ngoài và đã đạt được kết quả khả quan Tuy nhiên, các công ty lớn vẫn gặp khó khăn do trình độ khoa học kỹ thuật chưa cao, không đáp ứng được yêu cầu sản xuất Năng suất lao động chỉ ở mức trung bình, trong khi lợi nhuận giảm sút do phải thuê nhiều nhân công, đây chính là thách thức mà công ty TNHH Ansell Vina đang phải đối mặt.
Công ty TNHH Ansell Vina đã đầu tư mạnh mẽ vào máy móc và thiết bị để nâng cao năng suất lao động và tối ưu hóa chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, nhiều quy trình sản xuất vẫn chưa thể tự động hóa do yêu cầu khắt khe về chất lượng, dẫn đến ảnh hưởng tiêu cực đến năng suất và lợi nhuận Sự phụ thuộc vào lao động và quy trình thủ công không đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao về chất lượng và số lượng sản phẩm Để khắc phục tình trạng này, ban lãnh đạo công ty đã nỗ lực cải tiến máy móc và chuyển đổi quy trình sản xuất từ thủ công sang tự động hoặc bán tự động, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển bền vững về sản xuất và chất lượng sản phẩm.
Nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu, ban lãnh đạo công ty TNHH Ansell Vina đã phối hợp với nhóm nghiên cứu để triển khai dự án "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy cắt chỉ thừa tự động".
Tổng quan về công ty Ansell Vina
1.2.1 Giới thiệu về công ty và sản phẩm
1.2.1.1 Giới thiệu tổng quan về công ty Ansell Vina
Ansell là một trong những công ty hàng đầu thế giới chuyên thiết kế và sản xuất sản phẩm bảo vệ cơ thể, bao gồm bảo vệ tay và cánh tay Công ty sử dụng công nghệ hiện đại và máy móc tiên tiến để đảm bảo chất lượng sản phẩm Với đội ngũ nhân lực được đào tạo bài bản và hệ thống quản lý chất lượng hiệu quả, Ansell Vina cam kết cung cấp sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn cao của cả thị trường trong nước và quốc tế.
Hình 1 1 Công ty TNHH sản xuất toàn cầu Ansell Việt Nam
1.2.1.2 Sản phẩm của công ty Ansell Vina
Hình 1 2 Các dòng sản phẩm găng tay của công ty Ansell
Hình 1 3 Các mẫu đồ bảo hộ trong môi trường hóa chất
1.2.2 Tình hình sản xuất tại công ty và đối tượng nghiêm cứu
1.2.2.1 Tình hình hiện tại của Công ty
Công ty TNHH Ansell Vina đang tiến hành chuyển đổi các dây chuyền sản xuất sang tự động hóa hoàn toàn, nhằm giảm chi phí nhân công và nâng cao năng suất cũng như chất lượng sản phẩm Hệ thống máy tự động được chế tạo và đưa vào sử dụng, góp phần tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Sau khi khảo sát và cải tiến quy trình hoạt động, công ty nhận thấy vẫn còn tồn tại khâu cắt lượng chỉ thừa, được thực hiện bằng phương pháp thủ công Quy trình này diễn ra chậm, khi công nhân phải đặt cuộn chỉ lên mâm cắt, cố định và sử dụng dao nhiệt để cắt từng mảng nhỏ từ trên xuống, cho đến khi loại bỏ hoàn toàn lượng chỉ còn sót lại.
Dưới đây là quy trình cắt chỉ thủ công mà công ty đang áp dụng trong sản xuất:
Hình 1 4 Quy trình cắt chỉ thủ công tại công ty TNHH Ansell Vina.
Năng suất từ công việc thủ công thường thấp và phụ thuộc nhiều vào khả năng của công nhân, dẫn đến tính chính xác không cao Để khắc phục vấn đề này, công ty TNHH Ansell Vina đã quyết định cải tiến quy trình sản xuất bằng cách hợp tác với nhóm khảo sát, nhằm thiết kế một máy cắt chỉ thừa tự động Máy này không chỉ chạy ổn định mà còn mang lại hiệu quả và năng suất cao hơn.
1.2.2.3 Những yêu cầu của công ty đưa ra cho nhóm khảo sát
- Yêu cầu về cơ khí:
+ Máy có kích thước nhỏ gọn, tối ưu nhất về mặt diện tích trong công ty + Chứa được tối thiểu 3 phôi trong lúc hoạt động
+ Tỷ lệ sạch chỉ tầm 90%
+ Có nút Emergency để dừng khẩn cấp bảo đảm an toàn
+ Kèm theo một màn hình HMI
- Yêu cầu về chương trình:
Hệ thống cần trang bị màn hình HMI để hiển thị các chế độ tương thích đang hoạt động, đồng thời cho phép điều chỉnh kích thước bobin chỉ khi thay đổi loại sản phẩm bobin khác nhau.
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về các máy, dây chuyền tự động và các phương pháp điều khiển hệ thống tự động ở Việt Nam và thế giới
Nghiên cứu kết quả các công trình về sản xuất đã được công bố trên các tạp chí trong và ngoài nước
Thiết kế và lựa chọn những cơ cấu phù hợp với máy để cải tiến cho phù hợp với từng nhiệm vụ
Chế tạo các cụm máy tự động giúp thay thế các công đoạn thủ công, từ đó nâng cao năng suất sản xuất và giảm thiểu lãng phí thời gian trong quá trình làm ra sản phẩm.
Phương pháp nghiên cứu
Qua sách báo, giáo trình, internet, chọn lọc các thông tin kiến thức tổng quan về các hệ thống tự động
Kết hợp giữa nghiên cứu, thiết kế và tính toán lý thuyết và thực nghiệm để lựa chọn kết cấu phù hợp
Tiến hành phân tích, lựa chọn, xác định nguyên lý cấu tạo thiết bị và nghiên cứu sẵn làm cơ sở xác định hướng nghiên cứu
Nghiên cứu các kết quả về máy móc, dây chuyền lắp ráp và đo lực từ các tác giả trong và ngoài nước thông qua sách, giáo trình và bài báo đã chỉ ra rằng nhiều thiết bị và cụm máy đã được ứng dụng hiệu quả.
Sử dụng phần mềm Solidworks để mô phỏng phân tích lựa chọn ra các thiết bị và cơ cấu phù hợp
Tìm hiểu về công nghệ và thiết bị, cùng với việc tiếp thu có chọn lọc những kinh nghiệm chuyên môn, giúp nhận diện ưu nhược điểm Điều này tạo nền tảng cho quá trình nghiên cứu, từ đó tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời nâng cao hiệu quả nghiên cứu.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Trên thị trường hiện nay, hầu hết các loại chỉ được sử dụng đều là chỉ cuộn sẵn trong ống nhựa dùng một lần, dẫn đến việc lượng chỉ thừa thường bị bỏ đi hoặc bán rẻ Việc tái sử dụng ống chỉ hoặc cuộn bobin rất hiếm, trong khi đó, quy trình sản xuất bao tay đã được tự động hóa nhiều, khiến cho việc cắt chỉ thừa bằng tay trở nên tốn thời gian và hiệu quả không cao Do đó, nhóm nghiên cứu đã quyết định chế tạo máy cắt chỉ bán tự động nhằm cải thiện quy trình này.
Hiện tại, công ty chưa trang bị máy cắt chỉ thừa, nên toàn bộ quy trình xử lý vẫn phải thực hiện bằng tay Mặc dù thị trường may mặc có nhiều loại máy cắt vải và chỉ, nhưng việc cắt và tái sử dụng bobin quấn vẫn còn hạn chế và chưa được chú trọng Ngoài ra, một số loại dao cắt bằng tay như Proskit MS-551B và dao cắt nhiệt cũng có sẵn nhưng chưa được khai thác tối đa.
Bảng 2 1Bảng thông số Dao nhiệt cắt chỉ.
Hình 2 1Dao nhiệt cắt chỉ.
- Tên: Dao nhiệt cắt chỉ
Bảng 2 2Bảng thông số kỹ thuật dao cắt điện Proskit MS-551B.
Hầu hết các máy cắt chỉ hiện có trên thị trường là máy cầm tay, không đáp ứng được tiêu chuẩn kích thước và quy chuẩn cần thiết cho môi trường công nghiệp Nhằm khắc phục những vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã phát triển máy cắt chỉ bán tự động, giúp nâng cao năng suất, giảm thiểu sai sót và tiết kiệm chi phí nhân công trong quy trình sản xuất.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
Yêu cầu kỹ thuật về máy
- Máy cắt chỉ thừa bán động cần đáp ứng được những yêu cầu như sau:
+ Tốc độ cắt trong vào 45-60 giây / 1 bobbin
+ Sau khi cắt xong thì trả hàng về thùng
+ Đảm bảo an toàn cho bobbin không bị cấn vỡ khi cắt
+ Có thể thay đổi kích thước khi thay đổi mẫu hàng
+ Cấp được tối thiểu 3 bobin khi vận hành
+ Có khả năng dừng khẩn cấp khi xảy ra sự cố
+ Dễ dàng vận hành, vệ sinh và bảo trì.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Dựa trên yêu cầu thực tế, nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát và phân tích để xác định cơ cấu thiết kế máy tối ưu Sau khi thống nhất phương án phù hợp, nhóm đã sử dụng phần mềm Solidworks để mô phỏng, tính toán và phân tích độ bền của từng cơ cấu.
Tổng quan về máy chỉ thừa bán tự động:
Hình 3 1 Tổng thể máy cắt chỉ thừa bán tự động dạng 3D.
Hình 3 2: Năm cụm cơ cấu chính của máy.
Cụm cơ cấu vitme, cụm cơ cấu dao nhiệt chống va đập, cơ cấu chặn và kẹp bobbin, cơ cấu rãnh trượt đưa hàng và cụm cơ cấu thoát hành bằng máng trượt là những thành phần quan trọng trong hệ thống cơ khí, đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn cho quá trình sản xuất.
Nhiệm vụ của 4 cụm cơ cấu chính:
- Cụm cơ cấu vitme theo trục X: dùng để xác định vị trí bobin và tiến hành cắt chỉ trên bobbin
- Cụm cơ cấu dao nhiệt, chống va đập theo trục Z: Làm nhiệm vụ cắt lượng chỉ còn lại trên Bobin bằng dao nhiệt
- Cơ cấu chặn và kẹp bobbin: Có nhiệm vụ giữ bobin và cung cấp bobin cho lần cắt tiếp theo
- Cơ cấu rãnh trượt: đưa bobin đã được cắt ra bên ngoài máy
Máy cắt chỉ thừa bán tự động hoạt động theo nguyên lý đơn giản: công nhân điều chỉnh kích thước bobin phù hợp trước khi cấp phôi vào rãnh trượt Khi đã sẵn sàng, họ ấn “Start” để máy cắt chỉ Sau khi hoàn tất, bobin và chỉ thừa sẽ tự động rơi ra ngoài qua máng trượt, trong khi công nhân tiếp tục cấp phôi mới Để xử lý tình huống chuyển ca hoặc sự cố, công nhân có thể nhanh chóng ấn nút "Return".
“Emergency” và khi hoạt động lại chỉ cần ấn “Start” để tiếp tục.
Hình 3 3 Lưu đồ hoạt động của hệ thống
Thiết kế phần cơ khí
3.3.1 Cụm cơ cấu di chuyển
- Phân tích động học: cụm này vận hành dựa trên cơ cấu gồm 2 trục vitme được điều khiển bằng động cơ theo 2 trục X và Z
+ Hành trình di chuyển 400mm trên trục Ox và 150mm trên trục Oz
Hình 3 4 Ảnh 3D cụm cơ cấu di chuyển
+ Sử dụng động cơ step và di chuyển cơ cấu bằng trục dẫn hướng vitme
Động cơ step được lựa chọn nhờ vào khả năng điều khiển tốc độ tốt, độ chính xác cao trong việc xác định vị trí, quán tính thấp và hoạt động êm ái Những đặc điểm này giúp nhóm sử dụng động cơ step để di chuyển cơ cấu đến vị trí cắt chính xác.
Các yêu cầu của máy được đặt ra cho để làm cơ sở cho việc thiết kế như sau:
- Vận tốc di chuyển tối đa 1m/s
- Thời gian hoàn thành một bobin dưới 200s
Dựa trên yêu cầu của công ty, nhóm đã tiến hành tính toán và lựa chọn động cơ phù hợp cho cơ cấu máy, cụ thể là động cơ bước KH4254-B95601 và KH57, được điều khiển bởi Drive TB6600.
Bảng 3 1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ
Hình 3 5 Động cơ bước KH4254-B95601.
- Tên: Động cơ bước KH4254- B95601
Hình 3 6 Động cơ bước KH57 (NEMA
- Loại động cơ bước: 2 pha
- Điện áp định mức: 4-5.5VDC
- Độ phân giải: 1.8 độ/1 bước
3.3.2 Cụm cơ cấu dao nhiệt, chống va đập
Phân tích động học của cụm này cho thấy nó hoạt động dựa trên ba cơ cấu chính: (1) Một cách nhiệt, (2) Lưỡi dao cắt, và (3) Cơ cấu trục lò xo nhằm chống va đập khi vọt lố.
Cụm cơ cấu dao nhiệt và chống va đập được thiết kế dọc theo trục điều hướng vitme, với đầu dao làm bằng đồng để tối ưu hóa khả năng dẫn nhiệt trong quá trình cắt Giữa lưỡi dao và cụm chống va đập, có sự liên kết bằng vật liệu cách nhiệt sợi bông thủy tinh, giúp tăng cường hiệu suất và độ bền của thiết bị.
Hình 3 7 Ảnh 3D về cơ cấu dao nhiệt.
Để giảm thiểu xê dịch và sai số trong quá trình vận hành của cơ cấu dao nhiệt, nhóm nghiên cứu đã đề xuất giải pháp sử dụng trục lò xo nhằm giảm chấn trong quá trình cắt chỉ.
Hình 3 8 Hình ảnh 3D về cơ cấu chống va đập.
3.3.3 Cơ cấu chặn và kẹp bobbin
Phân tích động học cho thấy hệ thống hoạt động thông qua ba cơ cấu chính: (1) Cặp xilanh đầu tiên ngăn không cho bobin rơi xuống rãnh thoát hàng; (2) Cặp xilanh thứ hai giữ bobin ở vị trí chính xác để cắt; (3) Cặp xilanh cuối cùng ngăn chặn sự di chuyển của các bobin tiếp theo.
Các cụm cơ cấu được thiết kế song song và phân bổ đều trên ray máy, nhằm đảm bảo lượng bobin được phân phối đồng đều và cố định trước khi cắt Đặc biệt, đầu xilanh kẹp được thiết kế theo dạng đầu côn để giữ bobin ở đúng vị trí trước khi tiến hành cắt.
Hình 3 9 Ảnh 3D về xilanh chặn và kẹp bobbin.
Xi lanh khí nén được chia thành hai loại: tác động đơn và tác động kép, do đó, việc lựa chọn loại xi lanh phù hợp với mục đích sử dụng là rất quan trọng Ngoài ra, khi chọn xi lanh, cần xem xét các yếu tố như hành trình, tải trọng, đường kính và áp suất khí nén giữa xi lanh và hệ thống để đảm bảo hiệu quả hoạt động Dưới đây là các công thức tính toán xi lanh cần thiết.
Tính toán 2 xilanh kẹp giữ hàng:
F: Lực (N) m: Tải trọng ( g) a: Gia tốc (m/s 2 )
D: Đường kính lòng xi lanh (mm)
A: Diện tích làm việc của xi lanh (cm 2 ) p: Áp suất làm việc (N/m 2 )
F f = F g * à (6) Trong đó: à: Hệ số ma sỏt
Từ các công thức trên ta tính toán, lựa chọn 2 xi lanh kẹp bobbin với các yêu cầu là: + Khối lượng xi lanh cần giữ là m = 0.6 kg = 600 g
+ Áp suất hoạt động là P = 0.5 MPa = 5*10 5 N/m 2
+ Hệ số ma sỏt trượt là à = 0.1 a = (0.5 - 0) / 0.5 = 1 m/s 2
Do xi lanh chịu lực tác động theo phương nằm ngang nên:
Với đường kính xi lanh 12.8 mm và yêu cầu kẹp bobin trên ray, nhóm đã xác định hành trình xi lanh cần thiết là 50 mm Sau khi tra cứu thông tin, nhóm quyết định chọn xi lanh CDG1BN12-50Z để đáp ứng các yêu cầu đã tính toán.
Hình 3 10 Xi lanh CDG1BN12-50Z
Bảng 3 2 Bảng thông số kỹ thuật xi lanh CDG1BN06-50Z
Kích thước (Bore size) (mm) 12 mm
Hành trình tiêu chuẩn 50 mm
Lưu chất Khí nén Áp suất phá hủy 1.5 Mpa Áp suất tối đa 0.7 Mpa Áp suất tối thiểu 0.5 Mpa
Dung sai hành trình 0 đến +1.4 mm
Tốc độ piston 50 đến 750 mm/s
Giảm chấn Cao su, đệm khí Động năng cho phép Từ 0.27 – 11.8 J
Tính toán 4 xilanh chặn giữ hàng:
Từ các công thức trên ta tính toán, lựa chọn 2 xi lanh kẹp bobin với các yêu cầu là: + Khối lượng xi lanh cần giữ là m = 0.5 kg = 500 g
+ Áp suất hoạt động là P = 0.5 MPa = 5*10 5 N/m 2
+ Hệ số ma sỏt trượt là à = 0.1 a = (0.5 - 0) / 0.5 = 1 m/s 2
Do xi lanh chịu lực tác động theo phương nằm ngang nên:
Với đường kính xi lanh 11.8 mm và yêu cầu chặn bobin, nhóm đã chọn hành trình xi lanh 100 mm Sau khi tham khảo thông tin, nhóm quyết định lựa chọn xi lanh CDG1BN12-100Z để đáp ứng các tiêu chí đã đặt ra.
Hình 3 11 Xi lanh CDG1BN12-1000Z
Bảng 3 3 Bảng thông số kỹ thuật xi lanh CDG1BN06-50Z
Kích thước (Bore size) (mm) 12 mm
Hành trình tiêu chuẩn 100 mm
Lưu chất Khí nén Áp suất phá hủy 1.5 MPa Áp suất tối đa 0.7 MPa Áp suất tối thiểu 0.5 MPa
Dung sai hành trình 0 đến +1.4 mm
Tốc độ piston 50 đến 750 mm/s
Giảm chấn Cao su, đệm khí Động năng cho phép Từ 0.27 – 11.8 J
3.3.4 Cơ cấu máng trượt đưa hàng vào và lấy hàng ra khi hoàn thành
Cụm cơ cấu máng được thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả cao, cho phép bobin tự động lăn ra ngoài sau khi cắt chỉ nhờ vào lực quán tính và góc nghiêng phù hợp Thiết kế này cũng bao gồm mút lót, giúp ngăn ngừa rơi vỡ trong quá trình di chuyển.
Hình 3 12 Bản vẽ 3D thiết kế máng đưa bobbin.
Thiết kế phần điều khiển
3.4.1 Lựa chọn phương án điều khiển
Trong quá trình lập kế hoạch cho hệ thống, nhóm đã đề xuất hai phương án điều khiển: vi điều khiển và PLC Phương án vi điều khiển có ưu điểm về chi phí lắp đặt thấp và khả năng sửa đổi chương trình dễ dàng, nhưng độ bền và tuổi thọ không cao, không phù hợp với môi trường công nghiệp Ngược lại, điều khiển bằng PLC cho phép kết nối với màn hình máy tính, dễ dàng sửa chữa, tháo lắp và phổ biến hơn trong ngành công nghiệp Khi xem xét giá thành, lợi nhuận và chất lượng sản phẩm, nhóm nghiên cứu đã quyết định chọn phương án điều khiển bằng PLC để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả cao nhất cho công ty.
PLC mà nhóm dùng làm bộ điều khiển cho máy cắt chỉ thừa tự động là PLC Mitsubishi FX2N - 32MT
Bảng 3 4 Bảng thông số kỹ thuật PLC FX3U-64MT/ES
- Tên sản phẩm: FX2N-32MT
- Dòng sản phẩm: FX2N Series
- Kiểu đầu vào: Sink/Source
- Tín hiệu điện áp đầu vào: 24 VDC ±10%
- Giao diện lập trình: Computer, HMI
- Kiểu kết nối: USB, RS232C, RS485
- Cáp kết nối: FX-USB-AW, USB- SC09, USB-SC09-FX
- Điện năng tiêu thụ: 40 W/45 VA
- Dòng điện đầu ra: 800 mA
- Sơ đồ kết nối tổng quan về máy cắt chỉ thừa:
Hình 3 14 Kết nối điện tổng quan của máy
1) Sơ đồ đấu nối PLC FX-2N với Drive TB6600; 2) Sơ đồ khối kết nối giữa PLC FX- 2N với Relay trung gian; 3) Sơ đồ khối kết nối giữa PLC FX-2N với Relay trung gian; 4)
Sơ đồ kết nối nguồn với PLC FX-2N; 5) Sơ đồ kết nối PLC FX-2N với cảm biến; 6) Sơ đồ kết nối đồng hồ nhiệt
Chi tiết sơ đồ kết nối từng module:
1) Sơ đồ đấu nối PLC FX-2N với Drive TB6600
Hình 3 15 Chi tiết đấu nối PLC FX-2N với Drive TB6600.
Dòng điện cung cấp cho động cơ y là 1.5 A, có thể điều chỉnh thông qua công tắc gạt 6.5.4 Chúng ta lựa chọn nhiều chế độ hoạt động vi bước 1, 1/2, bằng cách điều chỉnh công tắc 3,2,1 Cụ thể, ta thiết lập sw[6;4] = “101” cho dòng 1.5 và sw[3:1] = “110” cho chế độ full bước, tương ứng với một vòng 200 xung Tín hiệu điều khiển được nhận từ PLC fx 2n, và sơ đồ kết nối giữa PLC fx 2n với TB6600 được thiết lập rõ ràng.
2) Sơ đồ khối kết nối giữa PLC FX-2N với Relay trung gian.
Hình 3 16 Sơ đồ khối kết nối giữa PLC FX-2N với relay trung gian.
Van điện có nhiệm vụ điều chỉnh luồng khí vào và ra cho xilanh theo hành trình đã được xác định PLC FX-2N kích hoạt van điện thông qua module relay trung gian 24V, với sơ đồ kết nối giữa PLC FX-2N và relay trung gian được thiết lập rõ ràng.
3) Sơ đồ khối kết nối giữa PLC FX-2N với Relay trung gian.
Hình 3 17 Sơ đồ kết nối khối điều khiển hiển thị với PLC FX-2N.
Màn hình HMI có khả năng đọc dữ liệu từ PLC FX-2N và cho phép thiết lập các thông số cài đặt ban đầu Nó hỗ trợ hai chế độ hoạt động là Manual và Auto, trong đó chế độ Auto cho phép điều chỉnh hành trình cắt cuối cùng Mỗi chế độ đều có nút nhấn điều khiển PLC, và trong trường hợp xảy ra lỗi, người dùng có thể dừng khẩn cấp bằng cách nhấn nút Stop Để kết nối với màn hình HMI, cần chuyển đổi chuẩn PLC FX-2N từ RS422 sang RS485.
4) Sơ đồ kết nối nguồn với PLC FX-2N.
Hình 3 18 Sơ đồ kết nối nguồn với PLC FX-2N.
Trong hình, PLC FX-2N được cấp nguồn 220V thông qua chấn L và N Nguồn điện 220V được lấy qua cầu dao (CB) để đảm bảo an toàn, ngăn ngừa sự cố cháy chập Sau đó, tín hiệu được lọc qua bộ lọc chống nhiễu trước khi cấp vào PLC.
5) Sơ đồ kết nối PLC FX-2N với cảm biến.
Hình 3 19 Sơ đồ kết nối PLC FX-2N với cảm biến.
Module cảm biến quang chữ U được sử dụng để xác định hành trình về home cho các trục X và Y, với dữ liệu từ cảm biến được PLC xử lý nhằm điều khiển động cơ X và Z, ngăn không cho chúng đi quá hành trình quy định Cảm biến quang 2 mắt có khả năng phát hiện sự hiện diện của cuộn chỉ, từ đó quyết định việc đóng xilanh kẹp và chặn hành trình trong quá trình cắt Ngoài ra, cảm biến xilanh cũng xác định hành trình của xilanh ở các vị trí chặn 1 và chặn 2, giúp kết thúc quá trình cắt Khi chặn 2 mở, bobin sẽ rơi ra và quá trình sẽ được đóng lại để bắt đầu một chu kỳ mới.
6) Sơ đồ kết nối đồng hồ nhiệt.
Hình 3 20 Sơ đồ đấu nối đồng hồ nhiệt REX-C100.
7) Sơ đồ kết nối phần điện của Drive TB6600 với động cơ bước KH42 và
Hình 3 21 Sơ đồ kết nối điện của Drive TB6600 với động cơ bước KH42 và KH57
Tủ điện điều khiển máy cắt chỉ thừa bán tự động.
Hình 3 22 Tủ điện của máy cắt chỉ thừa.
3.4.3 Thiết kế phần giao diện Đối với các máy công nghiệp, để đảm bảo cho việc theo dõi thông tin, nắm được trạng thái hoạt động của máy, thao tác dễ, chọn chế độ phù hợp thì nhóm đã thiết kế giao diện điều khiển hiển thị trên màn hình HMI
- Yêu cầu đặt ra về phần giao diện điều khiển
+ Phải có chế độ điều khiển bằng tay và tự động
+ Thay đổi được kích thước chạy theo từng loại bobin
+ Phải có nút Emergency vào trường hợp khẩn cấp hoặc dừng máy
- Giao diện HMI nhóm đạt được
+ Đã hiển thị được hai chế độ hoạt động tương thích
+ Điều khiển được hành trình tùy theo độ dài của bobin
+ Có nút Emergency trong trường hợp xảy ra sự cố
+ Hiển thị giao diện điều khiển bằng tay cho người dùng thao tác kiểm tra
Trên màn hình có các nút nhấn cơ bản như nút “Run” để bắt đầu quá trình cắt, nút “Stop” để dừng lại, cùng với hai chế độ “Auto” và “Manual” giúp người vận hành lựa chọn giữa việc chạy tự động hoặc điều khiển bằng tay theo nhu cầu.
3.4.4 Thông số kĩ thuật của các thiết bị điện sử dụng
3.4.4.1 Mạch điều khiển động cơ bước TB6600
Mạch điều khiển động cơ bước TB6600, sử dụng IC TB6600HQ/HG, phù hợp cho các loại động cơ bước 42/57/86 với cấu hình hai pha hoặc bốn dây, có khả năng tải lên đến 4A và 42VDC Mạch này thường được ứng dụng trong các thiết bị máy móc như CNC, máy laser và các hệ thống tự động khác.
Bảng 3 5 Bảng thông số kỹ thuật Drive TB6600
- Tên sản phẩm: Drive TB6600
- Ngõ vào: có cách ly quang, tốc độ cao
- Có tích hợp đo quá dòng quá áp
Bảng 3 6 Bảng thông số kỹ thuật Drive TB6600
DC+ Nối với nguồn điện 9~40VDC
DC- Điện áp (-) âm của nguồn
A+ và A- Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước
B+ và B- Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ
PUL+ Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5v) từ BOB cho
M6600 PUL- Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) từ BOB cho M6600 DIR+ Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) từ BOB cho M6600
Khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực momen giữ và quay nữa có thể đấu tín hiệu (+) chung hoặc tín hiệu (-) chung
Bảng 3 7 Bảng cài đặt cường độ dòng điện Drive TB6600
8 0.5 0 0 0 Để sử dụng động cơ bước KH57 và KH42 lần lượt tại dòng (3) và (6), theo hàng
SW cho KH57 là “101” và theo hàng SW cho KH42 là “010”
Bảng 3 8 Bảng cài đặt vi bước cho Drive TB6600
STT Micro Pulse/rev SW1 SW2 SW3
8 OFF 0 1 1 1 Để sử dụng động cơ bước KH57 và KH42 với 200 xung trên 1 vòn quay ta đã cài đặt SW theo thông mức “001”
Tính toán hành trình và vận tốc dựa trên dòng điện và vi bước đã chọn trên TB6600:
Ta chọn thông số bước driver TB6600 là 200 xung/ vòng (tức là 1 vòng quay đi được
200 xung ) , ta dùng vitme bước dôi 4mm ( 1 vòng xoay vitme đi được 4mm)
Suy ra 1 vòng vitme đi được 4mm tương ứng 200 xung
Từ đó ta suy ra được các hành trình và vận tốc tương ứng:
Bảng 3 9 Bảng hành trình hiển thị sẵn trên HMI
Xung Hành trình Vận tốc Tần số Thời gian
Tính toán quy trình cắt:
- Cắt theo trục Z trước rồi kéo lên rồi di chuyển trục X, cắt 3 lần đều nhau theo trục
X,Z Còn lần cắt thứ 4 ta tính toán hành trình bobin rồi trừ đi 3 lần hành trình cắt đầu tiên( độ dài bobin – hành trình cắt 3 lần đầu )
- Độ dài trục Z là 32 mm
- Độ dài trục X cho 3 lần cắt là 39mm
- Bobbin 150mm thì lần cắt thứ 4 là 150 – (39x3)= 33 mm
- Ta cài vận tốc trục Z : 13mm/s
- Cài vận tốc trục X là đi thuận: 18mm/s
- Cài vận tốc đi ngược trục x là :15 mm/s hành trình kéo về 150 mm
- Tổng thời gian cắt 3 lần là : 2.46x3 + 2.16x2 + 20msx3 = ?
- Thời gian lần cắt cuối cùng là : 1.83 + 2.46 + 10 + 20ms = ?
- - tổng thời gian cong lại ?
3.4.4.2 Cảm biến quang Autonics BS5-L2M
Bảng 3 10 Bảng thông số cảm biến quang Autonics BS5-L2M
Hình 3 25 Cảm biến quang Autonics
- Tên sản phẩm: A UTONICS BS5-L2M
- Loại phát hiện: Loại thu phát(không điều biến)
- Khoảng cách phát hiện: 5mm(cố định)
- Vật liệu phát hiện nhỏ nhất: Vật liệu đục min ỉ0.8ì2mm
- Thời gian đáp ứng: Light ON: Max 20
- Chế độ hoạt động : Light ON/Dark ON(cài đặt bằng terminal block)
- Ngõ ra điều khiển : NPN mạch thu hở
3.4.4.3 Cảm biến quang BJ3M-PDT-F
Bảng 3 11 BẢNG THÔNG SỐ CẢM BIẾN QUANG BJ3M-PDT-F
Hình 3 26 Cảm biến quang BJ3M-
- Tên sản phẩm: BJ3M-PDT-F (cảm biến quang vừa phát vừa thu)
- Loại phát hiện: Loại phản xạ gương
- Vật liệu phỏt hiện nhỏ nhất: ỉ75mm
- Thời gian đáp ứng: Max 1ms
- Chế độ hoạt động : Light ON/Dark ON(cài đặt bằng công tắc)
- Ngõ ra điều khiển : NPN mạch thu hở
3.4.4.4 Bộ điều khiển nhiệt độ REX – C100 output SSR
Bảng 3 12 Bảng thông số Rex – C100 output SSR
Hình 3 27 Đồng hồ nhiệt REX –
- Điện áp làm việc: 220VAC/ 550-60 Hz
- Phạm vi kiểm soát nhiệt độ: 400 độ C
- Đầu ra điều khiển: ~ 15VDC thích hợp sử dụng với SSR – DA
- Đầu ra cảnh báo: Relay 10A – 220V/ 12A-125V , khi đạt đến giới hạn trên thì mạch sẽ bật relay có thể kết nối với đèn báo hoặc còi báo.
Bảng 3 13 Bảng thông số màn hình Wentek
- Tên sản phẩm: Màn hình Wentek
- Truyền thông: COM1 (RS223), COM2 (RS485)
Bảng 3 14 Bảng thông số Aptomat BKN 2P 16A - 6KA
- Tên sản phẩm: Aptomat BKN 2P 16A
- Dòng sản phẩm : MC B BKN
- Dòng cắt ngắn mạch: 6KA
Bảng 3 15 Bảng thông số Nguồn tổ ong S250-24
- Tên sản phẩm: Nguồn tổ ong S250-24
- Dải điện áp đầu vào: AC 110 – 260V
- Tần số hoạt động: 50/60Hz
- Điện áp đầu ra: DC 24V
- Bảo vệ: Quá áp, quá dòng, ngắn mạch
- Nhiệt độ khi làm việc: 0 - 40 độ C
Bảng 3 16 Bảng thông số nút nhấn CR-251-1
- Tên sản phẩm: Nút nhấn CR-251-1
- Dải điện áp: AC380V/DC220V
- Số tiếp điểm: 1NO + 1NC
Bảng 3 17 BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT LY2N DC24
- Tên sản phẩm: LY2N DC24
Bảng 3 18 Bảng thông số kỹ thuật Thanh nhiệt điện trở
Hình 3 33 Thanh nhiệt điện trở
- Tên sản phẩm: Thanh nhiệt điện trở
Thiết kế phần khí nén
Cylinder khí nén có hai loại tác động: đơn và kép, do đó việc lựa chọn loại cylinder phù hợp với mục đích sử dụng là rất quan trọng Khi chọn cylinder, cần xem xét các yếu tố như hành trình, thời gian hành trình, tải trọng, đường kính, áp lực khí, và áp lực khí nén giữa cylinder và hệ thống Sau quá trình lựa chọn và tính toán, nhóm đã quyết định chọn van 5/2 van khí nén 1 coil SY3220-5LZD-C6.
Bảng 3 19 Bảng thông số kỹ thuật van 5/2 SY3220-5LZD-C6
- Áp suất làm việc: 0.15-0.1 MPa
- Loại van 5 cổng 2 vị trí hoặc 3 vị trí
- Nhiệt độ môi trường: -20 – 70 độ
- Cấp độ bảo vệ: IP65
- Điện áp cuộn coil: Tùy chọn 24VDC
- Thời gian tác động: 0.05s hoặc thấp hơn
- Vật liệu thân van: Hợp kim nhôm
Việc sử dụng van 5/2 khí nén giúp điều khiển hệ thống hiệu quả, đảm bảo khi dừng khẩn cấp, cơ cấu không ảnh hưởng đến bobin và thiết bị máy Trong trường hợp mất điện hoặc khi người vận hành dừng máy, chu trình hoạt động vẫn được duy trì Áp suất là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất, năng suất và tuổi thọ của máy, do đó, việc điều chỉnh áp suất phù hợp là ưu tiên hàng đầu của kỹ thuật viên và kỹ sư Sử dụng van điều áp là một trong những giải pháp phổ biến để đạt được yêu cầu này.
Thiết bị này giảm áp suất đầu vào của dòng lưu chất đến mức an toàn và phù hợp Hệ thống có thể đơn giản hoặc phức tạp với các đường ống dẫn lưu chất phân chia nhánh và gấp khúc, do đó cần lắp van điều áp để bảo vệ đường ống khỏi tình trạng nổ hoặc vỡ khi lưu chất dồn về đột ngột Đối với máy cắt chỉ thừa bán tự động, bộ điều áp AirTac SR200-08 được chọn với áp suất cài đặt từ 0,05 đến 0,7 MPa, giúp duy trì áp suất ổn định trong suốt quá trình hoạt động của hệ thống.
Hình 3 35 Bộ điều áp Airtac SR200-08
3.5.2 Sơ đồ kết nối phần khí
Sơ đồ kết nối phần khí của máy sắp xếp và nhỏ keo tự động:
Hình 3 36 Sơ đồ kết nối khí nén:
(1) và (2): Cylinder chặn đầu tiên trên thanh ray; (3) và (4): Cylinder chặn cuối trên thanh ray; (5) và (6): Cylinder kẹp 2 đầu cố định bobbin.
Thực nghiệm và đánh giá
Bảng 3 20 Bảng thực nghiệm và đánh giá
Số lỗi Tình trạng lỗi Nguyên nhân Cách khắc phục
1 Đánh dấu IMAX Đánh dấu theo chuẩn công ty nên phải thay đổi bút đánh Đã đánh lại tất cả và đã khắc phục được lỗi
2 Khóa van tiết lưu và Van tiết lưu bị lỏng và Đã canh chỉnh và khóa van
IMAX chưa khóa tiết lưu, hoàn thành
Tủ màn hình gặp vấn đề do chân màn hình quá cao và past chịu lực yếu Để khắc phục, chúng tôi đã cắt ngắn chân màn hình và gia công thêm hai past chịu lực mỗi bên, từ đó giải quyết thành công lỗi này.
4 Xi lanh chưa lắp chặt ốc Ốc xi lanh chưa chắc chắn
Kiểm tra và lắp chặt lại toàn bộ ốc và đã khắc phục được lỗi
Để khắc phục lỗi cảm biến, cần thay ốc bắt cảm biến từ ốc lục giác trong sang ốc lục giác ngoài Việc sử dụng ốc lục giác ngoài đã giúp giải quyết vấn đề hiện tại một cách hiệu quả.
6 Contactor không an toàn cho động cơ
Không lắp relay nhiệt cho contactor Đã lắp thêm relay nhiệt cho contactor và đã khắc phục được lỗi.
