ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 1/32 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đề tài Trong lĩnh vực công nghiệp sản xuất dây cáp đồng, cáp quang, cáp viễn thơng nói chung Ngồi việc đưa vào sử dụng dây chuyển sản xuất có khả làm sợi cáp đặt yêu cầu cao thông số kỹ thuật cáp Công đoạn quận dây cáp vào Bobin quan trọng Đây công đoạn cuối cùng, góp phần vào việc ổn định thơng số kỹ thuật cáp mặt thẩm mỹ sản phẩm trước mang tiêu thụ Với mục đích đó, máy quấn dây tự động đời nhằm giúp công đoạn hoàn thành với cách tốt 1.2 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng PLC ( Programmable logic controller ), động SERVO, biến tần điều khiển động ba pha 1.3 Đối tượng nghiên cứu PLC S7-200 224, mô đun mở rộng EM 223, Analog Input SM331, Analog Output EM232, AC SERVO DRIVE DigitAx, ACS 355 drives ABB, HMI Weintek 1.4 Phạm vi nghiên cứu Ứng dụng vào nhà máy sản xuất cáp điện, cáp quang, nhà máy có nhu cầu thu sản phẩm dạng sợi vào bobin 1.5 Dự kiến kết Máy quấn dây giúp thu loại cáp nói chung vào bobin, phân bố dây đều, đẹp, chắn MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 2/32 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Động SERVO Động SERVO truyền động quay Khác với loại động thông thường Động SERVO có khả chuyển động quay xác vị trí tốc độ Để làm điều động SERVO phải kèm với cảm biến phản hồi vị trí thường gắn với trục quay động Tín hiệu điều khiển với tín hiệu phản hồi vị trí truyền nhận thơng qua điều khiển kèm Hình 2.1 Động SERVO 2.2 Biến tần Đúng tên gọi thiết bị, biến biến đổi, thay đổi, tần tần số Biến tần thiết bị dùng để biến đổi tần số điện áp đầu vào Trong thực tế, biến tần thường sử dụng để biến đổn tần số điện áp ngõ vào, qua giúp thay đổi tốc độ động AC Nguyên lý hoạt động biến tần: - Đầu tiên nguồn điện xoay chiều AC đầu vào chỉnh lưu thành nguồn điện chiều MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 3/32 - Điện áp chiều sau nghịch lưu nhờ IGBT thơng qua phương pháp điều chế độ rộng xung Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động biến tần Hình 2.3 Một loại biến tần CHƯƠNG MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 4/32 3.1 Sơ đồ khối hệ thống KHỐI NGUỒN KHỐI CẢM HMI KHỐI ĐIỀU KHIỂN BIẾN CƠ CẤU CHẤP HÀNH Hình 3.11 Sơ đồ khối hệ thống 3.1.1 Khối nguồn Chức năng: cấp nguồn cho tủ điện, ba mức điện áp: pha 380 VAC, pha 220 VAC, 24 VDC Nguồn điện pha 380 VAC pha 220 VAC cấp trực tiếp từ điện lưới nhà máy Nguồn 24V: Linh kiện sử dụng: Bộ nguồn OMRON S8FS-C05024 Thông số kỹ thuật:  Điện áp ngõ vào: 82 – 265 VAC 110 – 380 VDC  Điện áp ngõ ra: 23 - 24 VDC  Dòng điện ngõ ra: 2.3 A  Công suất định mức: 60W MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 5/32 Hình 3.2 Bộ nguồn ORMON 3.1.2 Khối điều khiển a PLC Chức năng: trung tâm xử lý tín hiệu hệ thống, nhận tín hiều điều khiển từ HMI thơng qua nút nhấn, sau gửi lệnh điều khiển cho thiết bị chấp hành Linh kiện sử dụng: PLC S7-200 CPU 224 AC-6ES7214-1BD23-0XB0 Thông số kỹ thuật :  Điện áp nguồn: 110VAC, 220 VAC  Digital inputs: 14  Digital Outputs: 10, Relays  Điện áp ngõ vào: mức thấp – VDC, mức cao 15 – 24 VDC  Điện áp ngõ mức cao: điện áp chân chung  Chuẩn giao tiếp: RS 485 MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 6/32 Hình 3.3 PLC S7 200 b Mô đun Analog Output Chức năng: xuất điện áp – 10 VDC cho biến tần, Drive SERVO Linh kiện sử đụng: SIMATIC S7-200, ANALOG OUTPUT EM 232 Thông số kỹ thuật:  Analog outputs:  Output ranges, voltage: -10 V to +10 V  Output ranges, current: mA to 20 mA  Resolution: 12 bit c Mô đun Analog Input Chức năng: đọc tín hiệu điện áp phản hồi từ thiết bị điều khiển Thông số kỹ thuật:  Analog inputs:  Input current max: 60 mA  Input ranges: – 10 VDC  Resolution: 12 bit 3.1.3 Cơ cấu chấp hành MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 7/32 a Motor không đồng pha ABB Chức năng: quay bobin quấn dây AC MOTOR,M2AA90L,2.2KW ABB Thông số kỹ thuật:  Y/ : 400 VAC-4.5 A/230 VAC – 7.83 A  Speed: 2890 r/min  Power factor: 0.840  Torque: 7.20 N-m  Power: 2.2 kw Hình 3.4 Motor ABB b Biến tần Chức năng: điều khiển tốc độ động quay bobin ACS 355 ABB Thông số kỹ thuật: Mains connection:  Voltage and power range: 3-phase, 380 to 480 V ± 10%  Frequency: 48 to 63 Hz Motor connection:  Voltage: 3-phase – U supply  Frequency: to 599 Hz MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 8/32  Acceleration time:0.1 to 1800s  Deceleration time: 0.1 to 1800 s  Power: 2.2 kw Hình 3.5 Biến tần ABB c Bộ điều khiển động SERVO Chức năng: chuyển động theo trục ngang để rải dây vào bobin DBE140 Drive SERVO Digitax: Thông số kỹ thuật:  AC supply: 80V –10% to 460V +10%  Maximum motor speed: 6000 RPM  Maximum output voltage: với điện áp cung cấp  Power: 0.4 kw Động SERVO Thông số kỹ thuật:  Power: 0.4 kw  Torque: 1.3 Nm MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 9/32 Hình 3.6 Drive SERVO Digitax d Một số xy lanh van Chức năng: thao lắp bobin vào bánh xoay Van Airtec Thông số kỹ thuật:  Điện áp hoạt động: 24 VDC  Áp suất hoạt động: 0.2 – 0.8 Mpa  Tần số cực đại: Hz MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 18/32 Hình 3.16 Tạo conection với PLC Bước 3: Thêm Object vào hình Hình 3.17 Thêm Object vào hình MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 19/32 3.4 Sơ đồ nguyên lý tổng quát Xem phần sau đồ án MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 20/32 CHƯƠNG GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 4.1 Hoạt động hệ thống Bobin đưa vào bánh xoay hệ thống xy lanh khí nén Dây cáp quang nối vào Bobin Nhất nút Start bảng điều khiển để bắt đầu khởi động motor quay Bobin, motor chuyển động, làm cho bánh xoay Bobin chuyển động quay tròn, dây cáp đặt thu vào Bobin rải đểu bề mặt nhờ motor rải dây Tốc độ quay Bobin phụ thuộc vào tốc độ dây chuyền vị trí Dancer, q trình thu dây ln ln phải giữ cho Dancer ổn định vị trí cân bằng, khơng gây suy hao cho sợi cáp quang Hình 4.1 Bobin đưa vào bánh xoay MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 21/32 4.2 Lưu đồ giải thuật PLC Hình 4.2 Lưu đồ giải thuật PLC Nhấn nút Start/Stop điều khiển PLC nhận tín hiệu điều khiển, sau gửi tín hiệu điều khiển xuống biến tần Biến tần cấp điện áp cho motor chuyển động, motor làm quay Bobin Hoạt động motor quay bobin:  Tốc độ motor quay Bobin phụ thuộc vào vị trí Dancer  Nếu bị trí Dancer thấp vị trí đặt, PLC tăng giá trị điện áp xuống biến tần để tăng tốc độ quay Bobin  Nếu vị trí Dancer cao vị trị đặt, PLC giảm giá trị điện áp xuống biến tần để giảm tốc độ quay Bobin MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 22/32  Nhờ thuật toán này, Dancer chuyển động quanh vị trị đặt Hoạt động Motor rải dây:  Tốc độ Motor rải dây phụ thuộc vào tốc độ motor quay Bobin  Nếu tốc độ Bobin tăng, PLC tăng giá trị điện áp xuống Drive Servo để tăng tốc độ rải dây  Nếu tốc độ Bobin giảm, PLC giảm giá trị điện áp xuống Drive Servo để giảm tốc độ rải dây  Giới hạn trái phải Motor rải dây xác định cảm biến Nếu Motor chạm giới hạn trái di chuyển ngược lại để bên phải ngược lại Nhất lại nụt Start để dừng máy MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 23/32 4.3 Lưu đồ giải thuật HMI Bắt đầu Sai Nhấn nút nâng hạ bin Đúng Hệ thống Xy lanh nắp BoBin vào bánh xoay Nhận tín hiệu gửi từ PLC, hiển thị thông tin tốc độ quay Bobin, vị tí Dancer Sai Motor quay Bobin dừng Đúng Sai Nhấn nút nâng hạ bin Bin Đúng Dừng băng chuyền, kết thúc chương trình Kết thúc Hình 4.3 Lưu đồ giải thuật HMI MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 24/32 Nhấn nút nâng hạ bin hình để ráp Bobin vào bánh xoay Sau hoàn thành việc quấn dây Nhất nút nâng hạ bin để đưa Bobin MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 25/32 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 5.1 Tiến trình thực nghiệm Bước 1: Cấp nguồn cho hệ thống Bước 2: Đưa Bobin vào khu vực nâng hạ Nhấn nút Nâng hạ bin hình HMI Bước 3: Gài sợi cáp quang vào Bobin Nhất nút Start/Stop bảng điều khiển Bước 4: Nhấn nút Start/Stop bảng điều khiển Bước 5: Nhấn nút Nâng hạ bin hình HMI 5.2 Kết thực nghiệm Bước 1:Cấp điện, đèn báo nguồn sáng, hình HMI hiển thị MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 26/32 Hình 5.1 HMI hiển thị Bước 2: Bobin đưa ráp vào hệ thống bánh xoay MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 27/32 Hình 5.2 Bobin ráp vào bánh xoay Bước 3: Bánh xoay xoay Bobin quấn sợi cáp quang vào Bobin Hình 5.3 Sợi cáp quang quấn vào Bobin Bước 4,5: Bánh xoay bắt đầm giảm tốc dừng hẳn nhờ thắng hơi, sau hạ xuống MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 28/32 5.3 So sánh kết thực nghiệm Hệ thống quấn dây đẹp, Dancer chuyển động êm quanh bị trí đặt Đạt đủ thơng số kỹ thuật sau đo suy hao Hình 5.4 Sản phẩm hoàn thiện MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 29/32 CHƯƠNG KẾT LUẬN 6.1 Ưu điểm Hệ thống hoạt động ổn định, tốc độ quán tương đối cao 6.2 Nhược điểm Chưa có chế độ tự động cắt dây sau quấn đủ chiều dài 6.3 Hướng phát triển Nâng cấp chương trình hệ thống cho phép chuyển Bobin cắt dây tự động MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 30/32 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh: [1] PLC S7-200 CPU 224 AC-6ES7214-1BD23-0XB0 Manual [2] AUTONICS SENSOR DATASHEET [3] Switch Mode Power Supply (14/22/36/60/75/100/150/220/360-W Models) Datasheet, OMRON [4] ACS 355 DRIVE MANUAL ABB [5] DIGITAX DRIVE SERVO MANUAL MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 31/32 Phụ lục 1: Chương trình điều khiển PLC STEP MICRO WIN MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 32/32 Phụ lục 2: Mạch điện MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ... dây MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 14/32 3.2 Mơ hình hệ thống Hình 3.11 Mặt trước mơ hình Dancer MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 15/32 Hình 3.12 Mặt trái mơ hình MÁY QUẤN DÂY... Điện áp hoạt động: 24 VDC  Áp suất hoạt động: 0.2 – 0.8 Mpa  Tần số cực đại: Hz MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 10/32 Hình 3.7 Bộ van điều khiển cho xy lanh MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT... thuật HMI MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ TỐT NGHIỆP Trang 24/32 Nhấn nút nâng hạ bin hình để ráp Bobin vào bánh xoay Sau hoàn thành việc quấn dây Nhất nút nâng hạ bin để đưa Bobin MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ