Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy dán nắp ly tự động điều khiển bằng PLC

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 29 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY DÁN NẮP LY TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC RESEARCHING TO DESIGN AN AUTOMATIC COVER-PASTING MACHINE CONTROLLED BY PLC. SVTH: ĐỖ QUANG HẢO - DƢƠNG NGỌC KIÊN TRẦN NGỌC KHÁNH Lớp: 06C1LT, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa. GVHG: PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY Trường Đại học Bách khoa. TÓM TẮT Báo cáo này trình bày một số kết quả của nội dung thiết kế, chế tạo mô hình máy dán nắp ly tự động điều khiển bằng PLC. Trong đó giới thiệu các tính toán cơ bản của cơ cấu phân độ, nguyên lý, chu trình hoạt động và chương trình điều khiển của máy. Đề tài đã thể hiện sự tương thích giữa cơ cấu chấp hành, các phần tử điện – khí nén, các cơ cấu cơ khí và bộ điều khiển PLC nên chất lượng của máy có thể áp dụng đưa vào thực tiễn sản xuất. SUMMARY This document is about the way how to make an automatic cover-pasting machine controlled by PLC. The basic formula of level-controlling system, the principle, as well as the cycle of the operation and the controlling programme of the machine will be presented, The machine has the compatibility among operating parts, electronic-compressed air particulars, mechanical parts and the PLC so it is qualified and it is easily manufactured. 1. MỞ ĐẦU: Ở nƣớc ta hiện nay, dây chuyền thiết bị chế biến thực phẩm có mức độ tự động hóa cao, phần lớn đƣợc nhập ngoại, giá thành cao. Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị tự động phục vụ cho chế biến thực phẩm là hết sức cần thiết. Trong công nghệ sản xuất các sản phẩm thực phẩm đóng ly thì máy cấp liệu, dán ly là một trong những máy phức tạp, có yêu cầu chính xác và tự động hóa cao. Việc thiết kế, chế tạo thành công máy này sẽ là đóng góp thiết thực cho thực tiễn. 2. NỘI DUNG: Từ công nghệ sản xuất, việc thiết kế nguyên lý của máy đƣợc thực hiện nhờ sự phối hợp tốt các lĩnh vực nhƣ hệ thống truyền động cơ khí, truyền động khí nén, truyền động điện, cơ cấu phân độ và kỹ thuật điều khiển PLC. Nguyên lý của máy đƣợc thể hiện ở hình 1 và hình 4, bao gồm các bộ phận chính sau: Mâm gá ly và phân độ, cụm xy lanh cấp liệu và cấp ly, hệ thống dán nắp ly, hệ thống điều khiển và hệ truyền động cơ khí. Khi khởi động, chuyển động đƣợc truyền từ động cơ chính đến hộp giảm tốc và cơ cấu Mal. Cơ cấu Mal làm nhiệm vụ phân độ cho mâm gá ly, thời gian dừng gián đoạn của mâm là thời gian cấp ly, nạp liệu và dán nắp, các công đoạn này đƣợc bố trí ở 3 vị trí khác nhau. Dƣới tác dụng của lực ép từ đầu piston khí nén của ngàm dán và nhiệt cung cấp, keo có sẵn trên giấy dán chảy ra và sẽ làm kín nắp ly. Các công đoạn từ cấp ly, cấp liệu, đƣa ly tới vị trí dán, dán nắp và đẩy ly vào thùng chứa đều đƣợc thực hiện hoàn toàn tự động dƣới sự điều khiển của PLC. Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 30 2.1. Các phần tử của máy: Bộ phận chấp hành gồm: Mâm xoay mang ly và cụm mal, cụm đầu dán nắp ly bằng nhiệt, cụm cấp giấy, cụm bơm liệu. Hệ thống truyền động khí nén gồm: Xy lanh mang đầu dán nắp ly, xy lanh cấp ly, xy lanh đẩy ly, van solenoid 5/2 và van tiết lƣu. Bộ điều khiển là loại PLC S7 – 200. 2.2. Thiết kế tính toán một số cơ cấu chính của máy: Cơ cấu Mal: Cơ cấu Mal (hình 2) gồm có đĩa lệch tâm (1) luôn quay với vận tốc không đổi và đĩa Mal (2) có các rãnh hƣớng kính phân bố đều, quay gián đoạn. Khi chốt lệch tâm (3) sẽ ăn khớp vào các rãnh và truyền chuyển động cho đĩa Mal. Khi chốt lệch tâm ra khỏi rãnh thì đĩa Mal ngừng lại. Quá trình quay của đĩa Mal sẽ theo từng chu kỳ. Để chốt vào hoặc ra khỏi các rãnh đƣợc êm thì góc đƣợc tạo thành bởi đƣờng tâm của rãnh và đƣờng tâm của thanh truyền cần phải bằng 900. Theo [1], góc quay của chốt lệch tâm trong hành trình làm việc là:  2 2 22        với z   2 2  , chọn z = 4 (1) 4. L« giÊy 3. §Çu d¸n 2. M©m ph©n ®é 5. Motor kÐo giÊy 6. Bé phËn cÊp ly 7. Xylanh cÊp ly 6 5 7 1 2 3 4 1. KHUNG M¸Y(LẮP BỘ ĐIỀU KHIỂN) Hình 1: Mô phỏng hình dáng của máy. Mal Hình 2: Sơ đồ nguyên lý cơ cấu Mal Hình 3: Ảnh chụp cụm Mal đã được chế tạo        const Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 31   090 4 24 2     Trong đó : z - số rãnh của đĩa Mal. 2β - góc tâm của 2 rãnh kế tiếp. Góc quay của chốt lệch tâm trong hành trình chạy không là:     02702 22 2222       z z z z (2) Với nr = 22vòng/phút thì: 68,0 22 30 . 2.2 2430 . 2 2 . 2 2 1        rnz z T z z t s (3) 04,2 22 30 . 2.2 2430 . 2 2 . 2 2        r d nz z T z z t s (4) Trong đó: t1 - thời gian làm việc của đĩa Mal ( khi chốt quay 2α). tđ - thời gian đĩa Mal đứng yên ( khi chốt quay 2γ). Các thông số của hệ thống gia nhiệt: Ở đây ta xem nhƣ truyền nhiệt qua cụm ngàm dán là vách phẳng. Nguồn nhiệt đƣợc cung cấp bằng dây Mayso đƣợc chế tạo từ dây hợp kim Niken – Crôm có : d = 2 mm, l = 10 m,  = 1,1 mmm /2 ,  = 17,5 W/m.K. Vật liệu ngàm dán đƣợc chế tạo từ đồng thau có hệ số dẫn nhiệt :  = 117 W/m.K, hệ số toả nhiệt : K. W/m26 2 , chiều dày  = 15 mm, diện tích S = 0.02 x 0,03 = 0.06 2m Dòng điện qua dây điện trở có cƣờng độ I = 15 A, U = 220 V. Yêu cầu đặt ra là phải đảm bảo ngàm dán có nhiệt độ C080 để có thể làm chảy keo và dán giấy lên nắp ly. Chu trình làm việc của máy: Khi ấn nút Start, motor chính quay, cam quay gạt công tắc C1, van đảo chiều 5/2 đổi vị trí, các piston tiến tới thực hiện viêc cấp ly, gián ly và đẩy ly. Đồng thời, bộ định giờ 1 hoạt động và sau thời gian t đã đƣợc cài đặt trƣớc, van đảo chiều 5/2 trở về vị trí cũ, piston lùi về. Khi cam gạt công tắc C2, motor kéo giấy quay. Đồng thời, bộ định giờ 2 hoạt động và sau thời gian t thì motor kéo giấy dừng. Cứ mỗi một vòng quay của Motor chính thì máy thực hiện một chu trình dán nắp ly. Muốn dừng máy ta chỉ việc ấn nút Stop. Việc bố trí các phần tử của máy đƣợc thể hiện ở hình 4. Biểu đồ trạng thái, sơ đồ Grafset và chƣơng trình điều khiển đƣợc thể hiện ở hình 5, hình 6, hình 7 và hình 8. Hình 9 là ảnh chụp của máy khi đã chế tạo hoàn chỉnh. Xilanh cÊp ly Xilanh DÁN ly Xilanh cÊp ly MOTOR CHÝNH MOTOR KÐO GIÊY 2 C¤NG T¾C HµNH TR×NH CAM g¹t LY DÁN Hình 4: Sơ đồ bố trí các phần tử Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 32 0 C¸c buíc phèi hîp VÞ trÝ C¸c phÇn tö Motor quay chÝnh Xilanh t¸c dông hai chiÒu Tªn gäi Motor kÐo giÊy Nót Ên START Nót Ên STOP C«ng t¾c C1 PhÇn tö thêi gian PhÇn tö thêi gian C«ng t¾c C2 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 - + 1 2 3 4 5 6 7 t t 1 0 Van ®¶o chiÒu 5/2 Hình 5: Biểu đồ trạng thái của các phần tử 3. Chương trình PLC: I0.0 Q0.0 S Network 1 Motor chÝnh quay Network 2 Motor chÝnh dõng I0.1 1 1 R Q0.0 I0.2 Network 3 Van Solenoid bËt Q0.1 s 1 I0.3 Q0.1 Network 4 Bé ®Õm 1.5s T37 IN TON PT 100ms15 Q0.1 R 1 T37 Network 5 Van Solenoid t¾t I0.2 1 s Q0.2 Network 6 Motor kÐo giÊy quay I0.3 10 100msPT TONIN T101 Network 7 bé ®Õm 1s Q0.2 Network 8 Motor kÐo giÊy dõng T101 1 R Q0.2 0 1 2 3 4 5 6 START Motor chÝnh quay C1 T/1.5s STOP T/1s Xilanh tiÕn Xilanh lïi C2 Motor kÐo giÊy quay Motor kÐo giÊy dõng Motor chÝnh dõng Hình 6: Sơ đồ Grafset Hình 7: Sơ đồ chương trình PLC Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 33 Symbol Address Comment START I0.0 Nút ấn START STOP I0.1 Nút ấn STOP SWITCH_C1 I0.2 Công tắc C1 SWITCH_C2 I0.3 Công tắc C2 MOTOR_MAIN Q0.0 Motor chính SOLENOID Q0.1 Van solenoid MOTOR_PAPER Q0.2 Motor kéo giấy Hình 8: Bảng địa chỉ chương trình PLC Hình 9: Ảnh máy dán nắp ly đã được chế tạo 4. KẾT LUẬN: Kết quả của đề tài là đã thiết kế và chế tạo thành công máy dán nắp ly tự động. Máy đã hoạt động đúng chu trình, có độ chính xác cao, giá thành rẻ. Máy đƣợc thiết kế có thể sử dụng tốt cho sản xuất. Kết quả này góp phần phát triển khả năng chế tạo các thiết bị tự động cho ngành thực phẩm ở Việt Nam. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Trọng Hiệp (1999), Chi tiết máy tập 1+2, Nhà xuất bản giáo dục, Hải Dƣơng. [2] Nguyễn Ngọc Phƣơng (1999), Hệ thống điều khiển bằng khí nén, Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội. [3] Trung tâm đào tạo tự động hóa SIEMENS (2007), Lập trình PLC S7-200 cơ bản, Đà Nẵng.