Nghiên cứu và tổng hợp hệ thống điều khiển dây chuyền cắt vải mành tại Công ty cao su sao vàng Hà Nội

...................11 2.1 Giới thiệu chung về dây chuyền cắt vải mành RC – BH1..............................11 2.2 Nguyên lý hoạt động dây chuyền cắt vải mành.............................................12 2.3 Các bộ phận chính của máy cắt vải mành.....................................................13 2.3.1 Bộ phận nhả vải mành và thu vải lĩt................................................13 2.3.2 Bộ phận tích trữ vải mành................................................................14 2.3.3 Bộ phận nhả băng tải.......................................................................14 2.3.4 Bộ phận cắt......................................................................................14 2.3.5 Bộ phận điều chỉnh gĩc cắt..............................................................15 2.4 Các thơng số kỹ thuật và thiết bị trong dây chuyền cắt vải............................16 2.4.1 Các thơng số kỹ thuật......................................................................16 2.4.2 Các thiết bị trong dây chuyền...........................................................16 2.5 Phân tích các chuyển động cơ khí trong dây chuyền cắt vải mành ứng với từng động cơ............................................................................................17 2.5.1 Động cơ băng tải..............................................................................17 2.5.2 Động cơ dao cắt và các van điện từ điều khiển thao tác cắt............18 2.5.3 Động cơ dẫn và nhả vải mành..........................................................18 2.5.4 Động cơ điều chỉnh gĩc cắt..............................................................19 2.6 Sơ đồ vị trí các thiết bị và sơ đồ điện dây chuyền RC – BH1........................19 2.6.1 Sơ đồ vị trí các thiết bị......................................................................19 2.6.2 Sơ đồ điện phần mạch lực...............................................................22 2.6.3 Sơ đồ điện phần điều khiển.............................................................23 2.6.4 Phân tích quá trình điện diễn ra trong hệ thống...............................25 2.7 Các thiết bị hỗ trợ điều khiển trong dây chuyền RC – BH1...........................26 2.7.1 Giao diện CIMTEK BC100...............................................................26 2.7.2 Màn hình đồ họa F904GOT – LWD – E...........................................27 2.7.3 Bộ điều khiển CD – SERVO.............................................................30 2.8 Tổng cơng suất điện của tồn hệ thống........................................................31 2.9 Những hạn chế và hướng cải tiến trên dây chuyền cắt vải...........................32 Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển PLC S7 – 200 cho dây chuyền cắt vải mành...........................................................................................................34 3.1 Nhiệm vụ thiết kế...........................................................................................34 3.2 Các bước thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC..................................35 3.2.1 Xác định quy trình cơng nghệ..........................................................35 3.2.2 Xác định ngõ vào – ra......................................................................36 3.2.3 Viết chương trình điều khiển............................................................36 3.2.4 Nạp chương trình vào bộ nhớ..........................................................36 3.2.5 Chạy chương trình...........................................................................36 3.2.6 Lập hồ sơ và bảng theo dõi hoạt động của hệ thống.......................36 3.3 Thiết kế hệ thống PLC cho dây chuyền cắt vải mành....................................39 3.3.1 Nội dung thiết kế..............................................................................39 3.3.2 Chọn cấu hình PLC..........................................................................39 3.3.3 Tổ chức chương trình điều khiển.....................................................40 3.3.4 Lưu đồ thuật tốn tổng quát chương trình điều khiển......................40 3.4 Địa chỉ các cổng I/O trên PLC tương ứng với các thiết bị.............................42 3.4.1 Khai báo địa chỉ các cổng vào.........................................................42 3.4.2Khai báo địa chỉ các cổng ra.............................................................43 3.5 Chương trình điều khiển................................................................................44 3.5.1 Chương trình lựa chọn chế độ làm việc...........................................45 3.5.1.1 Mơ tả cơng nghệ................................................................45 3.5.1.2 Lưu đồ thuật tốn...............................................................45 3.5.1.3 Chương trình điều khiển.....................................................45 3.5.2 Chương trình điều khiển chuyển động tại bộ phận dẫn vải và nhả vải....................................................................................46 3.5.2.1 Phân tích chuyển động.......................................................46 3.5.2.2 Lưu đồ thuật tốn...............................................................48 3.5.2.3 Chương trình điều khiển.....................................................49 3.5.3 Chương trình điều khiển băng tải và các hoạt động cắt...................49 3.5.3.1 Phân tích chuyển động.......................................................49 3.5.3.2 Chương trình điều khiển.....................................................52 3.5.3.3 Lưu đồ thuật tốn...............................................................53 3.5.4 Chương trình điều khiển động cơ điều chỉnh gĩc cắt.......................53 3.5.4.1 Phân tích chuyển động.......................................................53 3.5.4.2 Chương trình điều khiển.....................................................54 3.5.4.3 Lưu đồ thuật tốn...............................................................55 Chương 4: Thay thế động cơ xoay chiều của băng tải bằng động cơ một chiều tương ứng..................................................................................................57 4.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều theo phương pháp băm xung điện áp..................................................................................................................57 4.1.1 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ theo phương pháp băm xung áp....... 57 4.1.2 Khảo sát chất lượng hệ XA-Đ ở chế độ dịng điện liên tục..............58 4.1.3 Khảo sát chất lượng hệ XA-Đ ở chế độ dịng điện gián đoạn..........62 4.2 Thiết kế hệ điều chỉnh xung áp một chiều cho cụm băng tải.........................64 4.2.1 Sơ đồ khối hệ truyền động tại cụm băng tải....................................64 4.2.2 Tính tốn các thơng số của động cơ điện một chiều.......................65 4.2.3 Thiết kế mạch lực bộ điều chỉnh xung áp một chiều........................66 4.2.3.1 Nguyên lý hoạt động..........................................................66 4.2.3.2 Tính chọn van cho mạch lực..............................................70 4.2.4 Thiết kế mạch điều khiển cho bộ BXA.............................................72 4.2.4.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển.............................................72 4.2.4.2 Mạch tạo tín hiệu điều khiển.............................................73 4.2.4.3 Mạch phát xung tam giác chuẩn.......................................73 4.2.4.4 Mạch so sánh....................................................................74 4.2.4.5 Mạch phân xung điều khiển...............................................75 4.2.4.6 Mạch khuếch đại xung điều khiển......................................79 4.2.5 Thiết kế mạch đo lường các tín hiệu................................................81 4.2.5.1 Mạch đo lường dịng điện.................................................81 4.2.5.2 Mạch đo lường tốc độ........................................................83 4.2.5.3 Bộ đo vị trí..........................................................................84 Chương 5: Tổng hợp hệ thống điều khiển cho cụm băng tải..................................86 5.1 Khái quát về bộ điều khiển PID......................................................................86 5.2 Sơ đồ khối cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí cụm băng tải....................................87 5.3 Mơ tả tốn học động cơ điện và bộ băm xung áp một chiều.........................88 5.3.1 Hàm truyền của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.................88 5.3.2 Hàm truyền đạt bộ băm xung áp một chiều.....................................89 5.4 Tổng hợp bộ điều chỉnh mạch vịng dịng điện..............................................91 5.4.1 Tổng hợp mạch vịng dịng điện khi bỏ qua ảnh hưởng của sức điện động động cơ......................................................................91 5.4.2 Tổng hợp mạch vịng dịng điện cĩ tính đến ảnh hưởng của sức điện động động cơ và biện pháp khắc phục.............................92 5.4.3 Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh dịng điện........................................95 5.5 Tổng hợp bộ điều chỉnh mạch vịng tốc độ....................................................96 5.5.1 Xác định bộ điều chỉnh tốc độ theo nguyên lý tối ưu modul.............96 5.5.2 Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh tốc độ..............................................98 5.6 Tổng hợp bộ điều chỉnh mạch vịng vị trí.....................................................100 5.6.1 Nguyên tắc xây dựng hệ điều chỉnh vị trí......................................101 5.6.2 Xác định bộ điều chỉnh vị trí theo nguyên lý tối ưu modul.............102 5.6.3 Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh vị trí băng tải.................................103 5.6.4 Khâu tạo tín hiệu đặt độ dài khổ vải...............................................104 5.7 Sơ đồ Simulink của hệ thống điều khiển cụm băng tải tổng hợp được.......105 Kết luận........................................................................................................................107 Phụ lục................................................................................................................... Tài liệu tham khảo................................................................................................ Lời nĩi đầu Trong quá trình hội nhập cùng với thế giới, Việt Nam chúng ta ngày càng khẳng định vị thế của mình trên thế giới, đặc biệt vị thế kinh tế, chính trị... ngày càng được nâng cao trong khu vực Đơng Nam Á. Cĩ được điều này là do đường lối đúng đắn của Đảng và sự nỗ lực phấn đấu khơng mệt mỏi của tồn dân, tồn quân ta. Trong sự đĩng gĩp đĩ phải kể tới những người làm việc trong lĩnh vực: điều khiển tự động – tự động hĩa. Chính thế hệ mới, đầy năng động này là nguồn động lực thúc đẩy mạnh mẽ đất nước ta trong cơng cuộc cơng nghiệp hĩa – hiện đại hĩa (CNH – HĐH); vì một mục tiêu chung: dân giàu, nước mạnh, xã hội cơng bằng văn minh. Là những sinh viên, kỹ sư trẻ trong tương lai, chúng em nguyện sẽ cống hiến hết sức lực khả năng của mình để gĩp phần đưa đất nước tiến xa hơn, sớm sánh vai các cường quốc trên thế giới như mong đợi của Bác bấy lâu. Việt Nam là một quốc gia cĩ tài nguyên khá phong phú cần được khai thác và sử dụng sao cho cĩ hiệu quả cao nhất, trong đĩ cĩ tài nguyên mủ cao su khá dồi dào. Nắm bắt được điều này, vào năm 1960, Chính phủ đã ký quyết định thành lập Cơng ty cao su sao vàng Hà nội ( Sao vang Rubber Company – SRC ). Trải qua những năm tháng khốc liệt nhất trong cả thời chiến lẫn thời bình, lãnh đạo, cán bộ, cơng nhân nhà máy luơn luơn phấn đấu nỗ lực hồn thành chỉ tiêu kế hoạch đề ra và khơng ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm. Những năm gần đây Cơng ty khơng ngừng cải tiến, thay thế nhiều dây chuyền trang thiết bị nhằm tiến tới tự động hĩa hồn tồn, tăng năng suất, nâng cao chất lượng sản phẩm. Với sự cải tiến triệt để trên mọi lĩnh vực, cơng ty đã đạt chứng chỉ ISO 9002; đĩ là niềm tự hào, đồng thời nĩ cũng là một động lực thúc đẩy mạnh mẽ hơn nữa sự nỗ lực của tồn Cơng ty nhằm đáp ứng các yêu cầu trong quá trình hội nhập và phát triển. Được sự định hướng, giúp đỡ của thầy giáo Phạm Cơng Ngơ và các cán bộ thuộc Cơng ty cao su sao vàng Hà Nội, chúng em đã nghiên cứu và tổng hợp được dây chuyền cắt vải mành tự động ở xí nghiệp cao su số 3. Đây được xem là cơ sở ban đầu cho việc thiết kế dây chuyền cắt vải mành mới tại Cơng ty. Qua đĩ chúng em đã thu được rất nhiều điều bổ ích về cả lý thuyết lẫn thực tế sản xuất. Đồ án “Nghiên cứu và tổng hợp hệ thống điều khiển dây chuyền cắt vải mành tại Cơng ty cao su sao vàng Hà Nội” bao gồm 5 chương: Chương 1: Cơng nghệ sản xuất lốp ơtơ Chương 2: Khảo sát dây chuyền máy cắt vải mành RC – BH1 Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển PLC S7 – 200 cho dây chuyền cắt vải mành Chương 4: Thay thế động cơ xoay chiều của băng tải bằng động cơ một chiều Chương 5: Tổng hợp hệ thống điều khiển cho cụm băng tải Do cịn nhiều hạn chế nên bản đồ án này khơng tránh khỏi những thiếu sĩt, em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cơ giáo và sự gĩp ý của các bạn sinh viên để bản đồ án của em được hồn thiện. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phạm Cơng Ngơ, các cán bộ thuộc Cơng ty cao su sao vàng Hà Nội và các thầy cơ giáo trong bộ mơn Điều khiển tự động đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em hồn thành tốt đề tài thiết kế tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 22 tháng 5 năm 2008 Sinh viên thực hiện Vũ Đại Dương Ngơ Hồng Hải Chương 1: CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT LỐP ƠTƠ Tổng quan quy trình cơng nghệ sản xuất lốp ơtơ Cơng nghệ sản xuất lốp ơtơ bao gồm nhiều quá trình riêng biệt. Bán thành phẩm ở đầu ra của quá trình này được dùng làm nguyên liệu đầu vào cho quá trình kế tiếp, cho tới khâu cuối cùng hồn tất sản phẩm, ta sẽ thu được những chiếc lốp ơtơ theo đúng yêu cầu cơng nghệ. Trước tiên, ta sẽ nĩi rõ về cấu tạo của lốp ơtơ. Lốp ơtơ gồm 3 phần chính như trên hình vẽ (hình 1-1): Lớp mặt lốp chịu ma sát ở ngồi cùng Tầng giữa là những lớp vải mành (từ 2 – 3 lớp) và lớp hỗn xung hay lớp giảm chấn bằng chất liệu đặc biệt Bao quanh đường kính trong là những vịng tanh đã được cán tráng cao su. Mỗi lớp cần 2 – 4 vịng tanh, mỗi vịng tanh gồm 4 – 8 sợi đồng. Hình 1 – 1: Cấu tạo lốp ơtơ Như vậy để tạo ra một chủng loại lốp ơtơ cần phải cĩ mặt lốp, vải mành và tanh thép. Trên yêu cầu đĩ, ta cĩ các cơng đoạn, dây chuyền xử lý riêng từng bán thành phẩm nêu trên. Sau đĩ sẽ đưa sang khâu thành hình để kết hợp chúng lại với nhau tạo nên hình dáng sơ khai của từng loại lốp. Bán thành phẩm sau cùng này tiếp đến sẽ được đưa sang bộ phận lưu hĩa và định hình. Cuối cùng những chiếc lốp mới này được đưa sang khâu giám định kiểm tra và đĩng gĩi sản phẩm. Ban đầu nguyên liệu thơ (mủ cao su + phụ gia) được sơ luyện ở quá trình trộn luyện (mixing process), rồi bán thành phẩm cao su này tiếp tục được tinh luyện (luyện dẻo, luyện kín, hỗn luyện . . .) sau đĩ ta sẽ thu được cao su tổng hợp theo mong muốn của nhà cơng nghệ, đáp ứng được các chỉ tiêu đặt ra cho một loại sản phẩm nhất định. Từ đây, tùy vào từng sản phẩm cụ thể sẽ cĩ các dây chuyền sản xuất khác nhau. Như vậy, quy trình cơng nghệ sản xuất lốp cao su sẽ cĩ các quá trình sau: Quá trình dùng khí nén ép tạo mặt lốp (extruding process) Quá trình tạo tanh và mép lốp (bead process) Quá trình cán tráng vải (fabric treating process) Quá trình cắt vải (cutting process) Quá trình thành hình (building process) Quá trình lưu hĩa và định hình (vulcanizing process) Quá trình kiểm tra ổn định sau lưu hĩa (testing process – endurance) Các quá trình cơng đoạn này sẽ được bố trí một cách hợp lý trong xí nghiệp với dây chuyền tự động hiện đại, luơn luơn đảm bảo tính liên tục trong sản xuất. Việc vận chuyển các bán thành phẩm do xe rùa, các loại xe chuyên dụng hoặc tự động nhờ các cơ cấu nhả, hãm tùy thuộc vào từng quá trình. Tồn bộ quy trình cơng nghệ được thể hiện bằng sơ đồ khối sau: Hình 1 – 2 : Sơ đồ khối quy trình cơng nghệ sản xuất lốp ơtơ Căn cứ vào đây người ta chế tạo các dây chuyền sản xuất cho các cơng đoạn với từng nhiệm vụ cụ thể riêng biệt: trộn luyện, tạo mặt lốp, làm tanh, cán tráng, cắt vải mành, thành hình, lưu hĩa... Quy trình sản xuất lốp ơtơ tại Cơng ty cao su sao vàng Hà Nội Hiện tại, tại Cơng ty cao su sao vàng Hà Nội, để đảm bảo mơi trường được trong sạch, quá trình pha trộn (mixing process) cao su với một số chất hĩa học, phụ gia khác, đã được chuyển lên Xuân Hịa – tỉnh Vĩnh Phúc. Và hàng ngày, các xe tải sẽ vận chuyển cao su tổng hợp đã được luyện thơ về các xí nghiệp thành viên tại Hà Nội (cĩ 4 xí nghiệp sản xuất). Các xí nghiệp sử dụng cao su tổng hợp này để tạo thành các thành phẩm phù hợp với mục đích yêu cầu đối với từng loại sản phẩm ví dụ như lốp xe đạp, xe máy, ơtơ, săm xe ơtơ, săm xe máy, săm xe đạp... Tại xí nghiệp cao su số 3, đây là xí nghiệp chuyên về sản xuất lốp ơtơ. Cao su tổng hợp nhận được sẽ đưa vào bộ phận luyện tinh. Tại đây, cao su tổng hợp sẽ được cho thêm vào một số phụ gia thuộc về cơng nghệ làm lốp ơtơ. Sau khi qua một loạt các khâu: luyện hở, luyện dẻo, hỗn luyện, lọc tinh... ta thu được cao su tổng hợp chuyên cho quá trình tạo lốp ơtơ. Cao su tổng hợp chuyên dụng này sẽ đi tới từng cơng đoạn để tạo nên những bộ phận thiết yếu cho việc cấu thành lên chiếc lốp: Quá trình ép dưới áp lực cao tạo ra mặt lốp ma sát ngồi cùng Quá trình tạo tanh thép và hai bên sườn lốp Quá trình cán tráng vải mành Tiếp đến các bán thành phẩm này lại tiếp tục cho qua một loạt các cơng đoạn khác theo đúng trình tự quy trình cơng nghệ đặt ra. Dưới đây là các quá trình chính: Quá trình cắt vải Quá trình thành hình Quá trình lưu hĩa và ổn định sau lưu hĩa Bộ phận giám định, sửa lỗi và đĩng gĩi sản phẩm Các quá trình cơng đoạn này được bố trí một cách hợp lý tại xí nghiệp sản xuất lốp ơtơ số 3. Các dây chuyền máy mĩc, trang thiết bị trong nhà máy hầu hết đã được thay thế bằng các dây chuyền mới hiện đại, tính tự động hĩa cao hơn nhiều so với trước. Nhờ đĩ chất lượng sản phẩm tăng cao, năng suất tăng lên rõ rệt và sản phẩm của cơng ty ngày càng vững mạnh trên thị trường, đời sống cơng nhân viên ngày một cải thiện. Sơ đồ khối quy trình cơng nghệ sản xuất lốp ơtơ tại xí nghiệp cao su số 3 như hình 1.2 Trong khuơn khổ đề tài này, chúng em sẽ trình bày dưới đây hệ thống dây chuyền cắt vải mành tự động. Đây là quá trình cĩ hiệu suất làm việc cao, là khâu trung gian tạo ra những lớp vải mành ở giữa của lốp ơtơ. Sản phẩm đầu ra của dây chuyền là những mảnh vải mành đã được cắt rời theo đúng kích cỡ, gĩc nghiêng đảm bảo yêu cầu cơng nghệ đặt ra. Bảng tiêu chuẩn dưới đây cho ta cách nhìn khái quát về chủng loại cũng như các yêu cầu cơng nghệ trong quá trình sản xuất lốp ơtơ tại xí nghiệp cao su số 3 thuộc Cơng ty cao su sao vàng Hà Nội. Tại đây sản xuất ra hơn 13 chủng loại lốp khác nhau tùy vào từng ứng dụng cụ thể. Ví dụ lốp cho các loại xe ơtơ tẩi, ơtơ con, ơtơ khách, cho máy xúc, máy nơng nghiệp... Chiều dài ± 10 ( mm ) ống 3 2160 2130 2020 2025 1840 1600 1600 1970 2160 1650 ống 2 2140 2105 1995 2010 1828 1580 1580 1955 2140 1630 ống 1 2120 2085 1975 1995 1815 1570 1570 1940 2120 1050 1160 1615 Gĩc cắt HX ± 0.5 58 59 50 59.5 62 58 59 59 62 61 58 57 61 Tầng hỗn xung Nhỏ 270 320 270 320 250 320 250 320 250 260 390 460 200 245 210 250 220 260 270 320 120 160 220 320 To 450 495 450 486 420 440 420 440 430 500 260 310 270 320 270 320 450 480 180 220 360 360 Gĩc cắt các tầng cịn lại 58 59 50 59.5 62 58 59 59 62 61 58 57 61 Độ rộng ± 5 ( mm ) T8 930 1075 900 1040 870 980 T7 930 1005 900 1040 870 980 T6 1060 1250 1040 1210 2010 1090 790 930 950 1105 600 720 620 720 730 850 640 720 730 960 T5 1050 1235 1030 1195 1000 1155 790 910 950 1095 600 700 620 710 730 850 10601250 660 740 630 1020 T4 1050 1240 10301195 1000 1255 910 1055 950 1095 600 700 750 870 820 960 1060 1250 670 750 420 485 500 580 840 1020 T3 990 1160 940 1095 930 990 910 1040 1080 1280 690 785 750 870 820 960 1000 1170 690 780 450 529 520 600 860 940 T2 990 1165 940 1125 930 990 840 970 1050 1240 690 785 660 768 760 890 1000 1170 710 805 520 612 550 640 790 940 T1 1000 1175 950 1140 940 1060 850 980 1000 1250 640 730 670 768 770 900 1010 1185 740 860 850 640 880 670 800 950 Gĩc cắt tầng vải 1 ± 0.5° 58 59 50 59.5 62 58 59 59 62 61 58 57 61 Kích thước Theo thi cơng Đặt trên máy cắt Theo thi cơng Đặt trên máy Theo thi cơng Đặt trên máy Theo thi cơng Đặt trên máy Theo thi cơng Đặt trên máy Theo thi cơng Đặt trên máy Theo thi cơng Đặt trên máy Theo thi cơng Đặt trên máy Theo thi cơng Đặt trên máy Theo thi cơng Đặt trên máy Theo thi cơng Đặt trên máy Theo thi cơng Đặt trên máy Theo thi cơng Đặt trên máy Quy cách 12.00 - 0 11.00 - 0 10.00 -20 9.00 - 20 12.00 - 8 7.00 – 16 7.50 - 16 8.25 - 16 12.00 -20 8.40 - 15 5.00 -1225 6.00 - 235 8.25 - 16 Chương 2: KHẢO SÁT DÂY CHUYỀN MÁY CẮT VẢI NẰM RC-BH1 TẠI CƠNG TY CAO SU SAO VÀNG HÀ NỘI 2.1 Giới thiệu chung về dây chuyền cắt vải mành RC – BH1 Dây chuyền này do nhà phân phối Bắc Kinh Trung Quốc lắp đặt. Nĩ cĩ nhiệm vụ cắt rời những tấm vải mành ra thành những miếng nhỏ với kích thước và gĩc nghiêng thay đổi được. Dây chuyền này cĩ thể vận hành bằng tay hoặc ở chế độ tự động. Quá trình cắt vải thực hiện việc cắt rời những tấm vải mành đã được cán tráng cao su hai mặt thành những miếng vỉa nhỏ với kích thước và gĩc nghiêng theo đúng quy định do nhà cơng nghệ đặt ra. Vì vậy nĩ địi hỏi độ chính xác khá cao, đồng thời tính chu kỳ và và sự liên tục cũng được thể hiện rõ nét trong dây chuyền này. Nhìn vào sơ đồ tổng quát của quá trình sản xuất lốp ơ tơ ta thấy rõ được tầm quan trọng của của dây chuyền cắt vải mành. Ở đây, khâu cắt vải nhận nguyên liệu đầu vào là vải mành đã cán tráng cao su hai mặt từ quá trình cán tráng. Thành phẩm đầu ra là những miếng vải nhỏ, sau đĩ đưa tiếp sang khâu dán ống, chuẩn bị cho cơng đoạn thành hình. Vì khâu cắt vải địi hỏi số lần thao tác lớn, độ chính xác cao nên vấn đề tự động hĩa tồn dây chuyền luơn được đặt lên hàng đầu. Thực tế đã chứng minh, từ khi dây chuyền RC – BH1 được đưa vào hoạt động năng suất và chất lượng sản phẩm tăng rõ rệt. Chính vì vậy mà lãnh đạo cơng ty rất quan tâm đến việc hiện đại hĩa máy cắt vải. Cơng ty đã nhiều lần cho nghiên cứu cải tiến dây chuyền cắt vải tại xí nghiệp số 2, số 4. Và điều này đã thơi thúc chúng em nghiên cứu sâu, tìm hiểu kỹ cũng như tham gia vào đề tài này. Sơ đồ dây chuyền cắt vải thể hiện trên hình 2 – 1 Dây chuyền này bao gồm 5 bộ phận chính: + Bộ phận thu nhả vải + Bộ phận dẫn và tích trữ vải + Bộ phận băng tải + Bộ phận cắt + Bộ phận điều chỉnh gĩc cắt. Hình2-1: Dây chuyền cắt vải nằm RC – BH1 2.2 Nguyên lí hoạt động dây chuyền cắt vải mành Động cơ băng tải AC 3 pha 3.75kW truyền chuyển động thơng qua đai truyền làm quay tang chủ động để kéo băng tải, đồng thời dẫn vải chạy theo. Chiều dài khổ vải cần cắt sẽ được đo và chuyển đổi thơng qua Encoder đếm xung sau đĩ được đưa về bộ điều khiển so sánh với kích thước yêu cầu.Sau đĩ sẽ phát tín hiệu dừng băng tải và thực hiên các thao tác cắt hồn tiàn tự động hoặc bằng tay. Vải trước khi đưa vào cắt được tích trữ ở bộ phận trữ vải. Con lăn cong làm cho vải được dãn đều ra trước khi đưa vào băng tải khi thực hiện cắt, băng tải dừng, bộ phận trữ vải hoạt động, cắt xong băng tải sẽ lại chạy lại. Khi động cơ AC 1.5 kW của bộ nhả vải hoạt động, vải lĩt được cuộn lại ở tang thu vải, đồng thời động coe dẫn vải AC 1.5 kW quay tang dẫn vải mành trên caokép vải mành từ tang chứa đẩy về phía trước. Do trọng lượng của tang trữ nĩ sẽ kéo vải mành rơi xuống phía dưới lúc đĩ 2 động cơ dẫn vải và nhả vải bị ngắt điện. Mỗi lần băng tải chạy kéo vải mành tiến về phía trước va tang trữ vải cứ thế được kéo dần lên, tới giới hạn trên của hành trình ( hết lượng trữ vải) 2 động cơ nhả vải và dẫn vải lại tiếp tục hoạt động. Quá trình trên lặp lại liên tục trong suốt thời gian máy làm việc. Điều kiển các quá trình trên thơng qua giao diện CIMTEK BC100 và màn hình đồ họa GP GOT904. Giao diện CIMTEK BC100 kết nối với biến tần, dùng dể chạy bằng tay, cài đặt chiều dài cắt và đếm sản phẩm. Màn hình đồ họa (TOUCH MONITOR) MITSUBISHI F904GOT-LWD-E gắn trên mắt bàn điều khiển, kết nối với PLC được sử dụng để hiển thị, cài đặt các thao tác cắt, chọn thao tác cắt “1PCS” hay “CONT”. Hình 2.2 : Quy trình vận hành máy cắt vải 2.3 Các bộ phận chính của máy cắt. 2.3.1 Bộ phận nhả vải mành và thu vải lĩt Bộ phận nay gồm 2 cụm nhả vải mành và thu vải lĩt, mỗi 1 cụm bao gồm: 1 động cơ xoay chiều 3 pha cơng suất 1.5kW, 1 tang nhả vải. 1 tang thu vải lĩt, các con lăn, trục quay làm căng vải trong quá trình hoạt động.Hoạt động nhả vải và thu vải lĩt cĩ quan hệ chặt chẽ với sự chuyển động của bộ trữ vải và động cơ dẫn vải. Để đảm bảo sự đồng bộ giữa các chuyên động của bộ trữ vải và cơ cấu dẫn vải thì trên trục của tang nhả vải được nối với khớp li hợp cĩ tác dụng điều chỉnh dộ căng của vải khi tốc độ nhả vải thay đổi. Trong khi đĩ tốc độ của động cơ nhả vải sẽ được điều chỉnh băng phanh ma sát sử dụng áp lực khí nén 2.3.2 Bộ phận dẫn và tích trữ vải mành Việc tích trữ vải thong qua 1 động cơ dẫn vải AC1.5kW và bộ trữ vải. Ngồi ra cịn cĩ các tang quay, cơ cấu phanh khí nén để hãm dừng, cố định tang dẫn vải. Các tang quay này làm nhiệm vụ dàn đều vải và giữ vải luơn luơn căng, hệ thống xích truyền động nối trục của động cơ dẫn vải với bộ trữ vải. Bộ trữ vải bao gồm: một tang kéo vải lên xuống chuyển động tương tự một rịng rọc động, nĩ chuyển động nhờ 2 bánh răng quay, trong đĩ bánh răng trên được nối với động cơ dẫn vải bằng xích truyền động, bánh răng này quay biến chuyển động quay thành chuyển động lên xuống của tang trữ vải thơng qua xích truyền động gắn liền với trục của tang trữ vải. Trên hành trình lên xuống của tang trữ vải cĩ gắn 2 cơng tắc hành trình đĩ là các cơng tắc giới hạn trên và dưới +) Cơng tắc giới hạn trên sẽ tác động khi tang trữ vải lên quá cao làm ảnh hưởng đến quá trình cắt vải, khi đĩ PLC sẽ tác động điều khiển làm hệ thống dừng ngay lập tức. +) Cơng tắc giới hạn dưới sẽ đưa tín hiệu về PLC khi tang trữ vải chạm vào nĩ thơng qua đĩ PLC sẽ điều khiển phanh hãm động cơ dẫn vái. 2.3.3 Bộ phận băng tải Băng tải được dùng để dãn vải mành, đĩ là một dạng vải cao su cĩ nhiều lớp để đạt được độ mềm. Lớp trên cùng của băng tải cĩ độ nhám mịn và được tráng một lớp keo mỏng nhằm tăng độ bám của vải mành trong quá trình cắt. Khi băng tải dịcnh chuyển thì vải mành trên băng tải cũng dịch chuyển theo. Băng tải chuyển động thơng qua một động cơ xoay chiều ba pha cĩ cơng suất 3.75kW và sự chuyển động của các con lăn, trục quay. Trong quá trình truyền động từ khi bắt đầu đến khi kết thúc quá trình cắt, băng tải chuyển động với 2 tốc độ, tốc độ của băng tải được điều khiển bằng biến tần, quá trình chuyển động và dừng của bắng tải tương ứng với chiều dài miếng vải mành được cắt. Chiều dài miếng vải cắt được xác định thơng qua bộ đo độ dài ENCODER. 2.3.4 Bộ phận cắt Bộ phận cắt gồm: +) Động cơ quay dao cắt: Đây là động cơ điện xoay chiều ba pha với cơng suất 0.4kW, dao cắt quay với tốc độ rất cao hơn 6500vịng/phút. Động cơ quay dao cắt được gắn cố định trên một bệ trượt, bệ này cĩ thể trượt qua lại trên một xi lanh khí nén. Hệ thống xilanh nay đặt nằm ngang băng tải và cĩ thể điều chỉnh gĩc quay thơng qua một động cơ và hệ thống dẫn hướng cong gắn với cụm băng tải. +) Dao cắt: Dao cắt làm bằng kim loại cứng cĩ đường kính 100, trong quá trình băng tải hoạt động dao cắt luơn quay với tốc độ khơng đổi, dao cắt đựoc gắn liền với bệ máy qua cơ cấu nâng hạ bằng xilanh khí nén và chuyển động theo phương thẳng đứng. +) Thanh đè vải: Thanh đè vải được sử dụng khi cắt vải, khi quá trình cắt diễn ra thanh đè vải được hạ xuống. Thanh đè vải cũng chỉ chuyển động được theo phương thẳng đứng going như dao cắt nhờ cơ cấu nâng hạ bằng xi lanh khí nén. +) Hệ thống xilanh khí nén: Các xilanh khí nén trong hệ thống là loại xilanh đặc biệt, piton ko cĩ cần. Hệ thống xilanh này được nối chung với một nguồn khí nén. Nguồn khí nén này sẽ được cấp cho các chuyển động của bệ máy, dao cắt, thanh đè vải thơng qua việc đĩng mở các van điện từ được điều khiển bằng PLC. Các chế độ cắt một chiều hoặc hai chiều của bộ phận cắt cũng được điều chỉnh tương tự. +) Các cảm biến vị trí và cảm biến đổi chiều: Các cảm biến này được gắn cố định trên than của xilanh khí nén: mỗi đầu xilanh cĩ 2cặp cảm biến, một cặp đĩng vai trị là cảm biến vị trí và một cặp để đổi chiều, chúng cĩ nhiệm vụ đưa tín hiệu về bộ điều khiển PLc để điều khiển việc đổi chiều chuyển động của bệ máy, cũng như nâng hạ thanh dề và dao cắt phục vụ cho quá trình cắt vải. 2.3.5 Bộ phận điều chỉnh gĩc cắt: Gĩc cắt vải được điều chỉnh thơng qua động cơ điện xoay chiều ba pha cơng suất 0.4kW và cảm biến xác định vị trí gĩc cắt. Việc điều khiển động cơ này cũng tương tự như điều khiển động cơ quay băng tải, cảm biến vị trí sẽ xác định vị trí gĩc cắt hiện thời (tín hiệu này được chuyển thành tín hiệu điện) rồi đưa tín hiệu hồi tiếp về biến tần, với việc so sánh tín hiệu này với tín hiệu đặt trước, biến tần sẽ điều khiển động cơ quay tiến hay lùi hoặc dừng lại. Bộ phận định gĩc cắt được thiết kế theo yêu cầu chẩt lượng sản phẩm, nĩ cĩ thể được định trong khoảng 45 º – 90 º. 2.4 Các thơng số kĩ thuật và thiết bị trong dây chuyền cắt vái 2.4.1 Các thơng số kĩ thuật Thơng số của miếng vải cắt: +Chiều dài miếng vải cắt : 50 ~ 2000mm +Gĩc nghiêng miếng vải : 45º ~ 90 º Thơng số của băng tải: +Độ rộng của băng tải : 1620mm +Chiều dài của băng tải : 7500mm +Tốc độ của băng tải : 22 m/phút Thơng số của tang chứa vải: +Đường kính : 1200mm +Số lượng quận ._.vải : 2 Năng suất máy cắt lớn nhất : 17 miếng/phút Chiều rộng miếng vải cắt : 50 ~ 2000mm Đường kính dao cắt : 100mm, vịng quay khơng nhỏ hơn 6500rpm Cơ cấu đẩy dao xilanh khí nén Chế độ cắt một chiều hoặc hai chiều Độ chính xác : ±3 mm Cơ cấu định dài : Digital counter Encoder Dạng điều khiển tốc độ : biến tần Hệ thống diều khiển bằng PLC Gối đỡ thu nhả vải kiểu phanh khí nén Cơ cấu dẫn vải kiếu con lăn Nguồn khí nén : 5 ~ 7 kG/cm2 Nguồn điện : 3AC 50Hz 380V Kích thước máy : dài x rộng x cao = 12100 x 3250 x 2250 mm 2.4.2 Các thiết bị dùng trong dây chuyền RC-BH1 +) Động cơ Ac 3 pha Băng tải : 3.75kW Dao cắt : 0.37 kW Thu nhả vải : 2 động cơ 1.5kW Dẫn vải : 1.5kW Đặt gĩc cắt : 0.37kW +) Các van điện từ dẫn động khí nén: Van này cĩ nhiệm vụ điều khiển dịng khí nén bằng cách đĩng mở hay thay đổi hướng của dịng khí nén. Một van đặc trưng bởi số lượng vị trí mà van cĩ được (tỉ lệ với số cuộn điều khiển) và số lượng cửa nối ống. Dây chuyền cắt vải ở đây dùng van đảo chiều loại 5/2 (số cửa là5;số vị trí là 2). +) Hệ thống lọc - điều áp – phun sương tạo áp suất theo yêu cầu 5-7atm. +) Hệ thống các con lăn, tang quay, băng tải. 2.5 Phân tích chuyển động cơ khí trong dây chuyền tương ứng với từng động cơ 2.5.1 Động cơ băng tải Đây là động cơ AC 3.75 kW, thơng qua hộp giảm tốc truyền tới tang quay chủ động, kéo băng tải và vải mành chuyển động theo. Tốc độ của băng tải được điều chỉnh bằng bộ biến tần CD-SERVO. Tín hiệu định chiều dài miếng vải được đo bằng ENCODER luơn tì sát lên băng tải. Thơng qua bộ chuyển đổi tín hiệu này được chuyển thành tín hiệu điện sau đĩ được đưa vào bộ biến tần qua cáp nối. Kết hợp với tín hiệu logic phát ra từ PLC để đưa ra quyết định chạy dừng băng tải một cách hợp lý. Khi đã đo đủ chiều dài (đúng bằng chiều dài đặt thơng qua giao diện CIMTEK BC100) và lượng trữ vải cịn đủ (chưa tới giớihạn trên) thì động cơ băng tải sẽ dừng. Khi ấy các thao tác cắt được thực hiện. Khi các thao tác cắt đã xong (cụm dao cắt trở về vị trí ban đầu, thanh đè vải đã nâng lên) bộ biến tần CD-SERVO sẽ nhận được tín hiệu từ PLC ngay lập tức nĩ sẽ khởi động động cơ, tăng tốc dần dần, giữ ổn định ở tốc độ đặt, rồi giảm dần tốc độ cho tới khi dừng (bằng tín hiệu định đủ độ dài nhận được từ ENCODER). Tiếp đến các thao tác cắt lại được thực hiện kết thúc một chu kì cắt vải của máy. Quá trình cứ lặp đi lặp lại theo một trình tự logic đã được lập trình sẵn trong PLC. Cần đặc biệt lưu ý ở đây là luơn phải đảm bảo độ dự trữ vải trước khi đưa dây chuyền vào hoạt động. 2.5.2 Động cơ dao cắtvà các van điện từ điều khiển thao tác cắt Khi định đủ chiều dài và lượng trữ vải cịn đủ, băng tải dừng và các thao tác cắt được thực hiện. Động cơ dao cắt được khởi động truyền chuyển động tới dao cắt, thanh đè vải hạ xuống, cụm dao cắt chuyển động ngang qua băng tải nhờ cơ cấu xilanh-píton khơng cần. Khi gặp cảm biến giới hạn hành trình bên phải, tín hiệu được truyền về PLC từ đây sẽ đưa ra tín hiệu nâng lưỡi dao cắt, đổi chiều cụm dao cắt và dừng lại khi gặp cảm biến giới hạn hành trình bên trái, lúc này thanh đè được nâng lên. Kết thúc 1 hành trình cắt, động cơ băng tải tiếp tục hoạt động dẫn vải về phía trước. LS1, LS3: cảm biến hành trình trái LS2, LS4: các cảm biến hành trình phải Vị trí các cảm biến hành trình trên xilanh 2.5.3 Động cơ dẫn - nhả vải mành Mỗi khi hết lượng trữ vải (được phát hiện bằng cảm biến giới hạn trên) hay khi thực hiện các thao tác cắt (dừng băng tải), động cơ dẫn vải được khởi động. Khi động cơ dẫn vải hoạt động thì đồng thời động cơ nhả vải cũng đuợc kích hoạt. Lúc này vải lĩt được cuộn lại ở tang phía trước, cịn vải mành được tang dẫn đẩy về phía trước. Do trọng lượng của tang trữ, nĩ sẽ kéo vải mành rơi xuống phía dưới và được tích trữ tại đây. Tới giới hạn dưới, hai động cơ dẫn vải và nhả vải ngừng hoạt động. Khi hai động cơ này ngừng hoạt động PLc sẽ đưa tín hiệu mở van rơle điện từ của hai cụm phanh khí nén ở hai động cơ dẫn và nhả vải này. Trình tự tiếp theo băng tải chạy và khi định đủ chiều dài, thao tác cắt sẽ được thực hiện. Trong quá trình cắt, hai cụm phanh khí nén sẽ được giải phĩng và hai động cơ dẫn vải – nhả vải lại hoạt động. Trong dây chuyền này, bộ phận nhả vải mành thu vải lĩt được thực hiện thơng qua một động cơ AC1.5kW/1cụm. Việc truyền tải này thơng qua xích truyền, khớp nối như mơ tả trên sơ đồ dây chuyền cắt vải (hình 2-1) bởi vậy đơn giản hĩa rất nhiều trong chương trình điều khiển mà tính năng lại cao. 2.5.4 Động cơ điều chỉnh gĩc cắt Những mảnh vải mành được cắt với chiều dài và gĩc nghiêng tùy theo yêu cầu cơng nghệ đặt ra. Trong đây chuyền này việc đặt gĩc cắt do một động cơ AC0.37kW đảm nhận. Gĩc cắt này cĩ thể được điều chỉnh tự động hoặc bằng tay. Việc đặt gĩc cắt thơng qua màn hình đồ họa F904 kết nối với bộ khả trình PLC để đưa tín hiệu chạy dừng động cơ đặt gĩc cắt. 2.6 Sơ đồ vị trí các thiết bị và sơ đồ điện dây chuyền RC-BH1 2.6.1 Sơ đồ vị trí các thiết bị trong dây cắt vải RC-BH1 Các kí hiệu đã dùng trong sơ đồ: MC1 – khởi động từ, khởi động động cơ băng tải MC2 – khởiđộng từ, khởi động động cơ dao cắt MF3 – khởi động từ, khởi động cơ điều chỉnh gĩc cắt tiến MR3 – khởi động từ, khởi động cơ điều chỉnh gĩc cắt lùi MF4 – khởi động từ, khởi động động cơ dẫn vải tiến MR4 – khởi động từ, khởi động động cơ dẫn vải lùi MF5 – khởi động từ, khởi động động cơ thu – nhả vải tiến (cụm NO1) MR5 – khởi động từ, khởi động động cơ thu – nhả vải lùi (cụm NO1) MF6 – khởi động từ, khởi động động cơ thu – nhả vải tiến (cụm NO2) MR6 – khởi động từ, khởi động động cơ thu – nhả vải lùi (cụm NO2) MF7 – khởi động từ, khởi động động cơ cuốn vải mành sau khi cắt TO50EC – Cơng tắc nguồn FR – Bộ lọc nguồn APR RER Preventing Relay 2.6.2 Sơ đồ điện phần mạch lực 2.6.3 Sơ đồ điện phần điều khiển 2.6.4 Phân tích quá trình điện diễn ra trong hệ thống. Trước khi đưa dây chuyền vào hoạt động, phải đảm bảo tồn bộ hệ thống ở trạng thái bình thường, an tồn, sau đĩ ta đĩng Aptomat, khi đĩ mạch động lực được cấp nguồn điện, các động cơ được cấp nguồn qua khởi động từ tương ứng và sẵn sàng làm việc. Đồng thời máy biến áp cấp điện cho động cơ M1 với điện áp AC 220V qua khởi động từ MC1, và tồn bộ phần mạch điều khiển, bộ biến tần CD-SERVO. Lúc này, quá trình hoạt động của dây chuyền đã sẵn sàng. Người cơng nhân chỉ cần thao tác dẫn miếng vải mành ở bộ phận nhả vải, qua hệ thống các con lăn dẫn hướng, tang trữ vải, tới băng tải, đưa qua thanh đè vải, rồi nhấn nút bấm là các thao tác cát vải được thực hiện. Sau khi kiểm tra lại kích thước miếng vải đầu tiên được cắt, nếu đạt yêu cầu người cơng nhân chỉ cần chọn chế độ auto khi đĩ tồn bộ dây chuyền sẽ đi vào hoạt động ở chế độ tự động. Quá trình cắt cứ lặp đi lặp lại theo đúng chương trình điều khiển đã được lập trình sắn trong PLC. Khi đĩng Aptomat cấp điện cho dây chuyền cắt vải mành, các khởi động từ sẽ khép kín mạch lúc đĩ hệ thống đã được cấp điện để làm việc. Tồn bộ phần điều khiển được cấp nguồn qua máy biến áp hạ áp và lúc này mạch lực điều khiển được cấp điện AC 220V. Khi đĩng cơng tắc nguồn R02 đèn báo nguồn sẽ sáng và điện áp được cấp vào mạch, ấn cơng tắc M11 lúc đĩ tiếp điểm thường mở R0 sẽ đĩng lại, tiếp điểm R8 là thường đĩng nên đèn W1 sẽ sáng và tồn bộ DC POWER SUPPLY được cấp điện. BZ là kí hiệu một loại rơle nhằm ổn định điện áp tránh hiện tượng điện áp cao. DC POWER SUPPLY là bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều đối xứng 24V. Nguồn một chiều này được cấp cho CD – SERVO. PH1 là cảm biến quan ngắn tại bộ phận nhả vải mành, báo cho ta biết các cuộn vải đã ở trạng thái sắn sàng. EM STOP cơng tắc dừng khẩn cấp, nếu được nhấn thì tiếp điểm thường đĩng R8 sẽ mở ra và R0 bị ngắt, tồn hệ thống được tách ly ra khỏi nguồn. Khi ấn cơng tắc M12 thì tiếp điểm thường mở R5 sẽ đĩng lại và tín hiệu băng tải chuyển động tiến được đưa vào bộ điều khiển. Khi ấn cơng tắc M13 thì cĩ tín hiệu đưa vào bộ điều khiển để cài đặt lại khi cĩ sự cố bất thường. Tiếp điểm R6 thường đĩng để đưa tín hiệu tự khởi động lại CD – SERVO, R7 là tiếp điểm thường mở, khi ấn cơng tắc khởi động CD – SERVO thì tiếp điểm này sẽ đĩng lại và CD – SERVO khởi động tự động. R4 là tín hiệu đưa ra chuơng từ bộ điều khiển báo khi cĩ sự cố bất thường. Khi cấp nguồn điện, đồng thời mở nguồn khí nén cho các cơ cấu phanh khí nén ở cụm nhả, dẫn vải, hệ thống hồn tồn cĩ thể được làm việc tự động. Sau khi động cơ băng tải đã chạy đủ chiều dài khổ vải cần cắt, thì động cơ nhả và dẫn vải cũng đồng thời họat động. Khi băng tải chuyển động kéo mảnh vải mành chuyển động theo. Chiều dài miếng vải cắt được xác định thơng qua bộ cảm biến đo gắn trên băng tải, nếu đã định đủ chiều dài thì động cơ băng tải dừng quay. Và cuộn hút van khí nén KV3 hạ dao cắt, cùng lúc đĩ bàn dao nhận được tín hiệu chạy tiến nhờ cuộn hút van khí nén KV3 hạ dao cắt, cùng lúc đĩ bàn dao nhận được tín hiệu chạy tiến nhờ cuộn hút KV1t, và lùi thơng qua cuộn hút KV21. Động cơ dao cắt được khởi động nhờ MC2. Sau khi thực hiện cắt xong thì động cơ băng tải lại được bắt đầu hoạt động bắt đầu hành trình mới. Quá trình cứ lặp đi lặp lại theo sự vận hành của người điều khiển. Tồn bộ hệ thống được bảo vệ bằng rơle nhiệt RN. Khi cần điều chỉnh gĩc cắt M3. Vải mành sau khi cắt xong được quấn lại nhờ động cơ M7, để kích hoạt nĩ sau khí cắt xong ta ấn cơng tắc K16. 2.7 Các thiết bị hộ trợ điều khiển trong dây chuyền cắt vải mành 2.7.1 Giao diện CIMTEK – BC 100 2.7.1.1 Khái quát về CIMTEK – BC 100 Giao diện CIMTEK – BC 100 được kết nối với bộ điều khiển động cơ băng tải (CD SERVO CONTROLLER) dùng thao tác chạy băng tải bằng tay, cài đặt chiều dài cắt và đếm sản phẩm. Bề mặt giao diện như sau: 2.7.1.2 Cách thức sử dụng Thao tác chạy băng tải bằng tay: +) Xoay cơng tắc chọn chế độ trên bàn điều khiển sang phía “Bằng tay” +) Ấn - nhả phím “JOG+”: băng tải sẽ tiến - dừng chậm +) Ấn - nhả phím “JOG-“ : băng tải sẽ lùi - dừng chậm +) Muốn chạy nhanh băng tải : ấn phím “HIJOG”( đèn LED trên phím này sẽ sáng), sau đĩ ấn “JOG+” hoặc “JOG-“, băng tải sẽ tiến hoặc lùi nhanh. Để trở về chế độ chạy chậm: ấn phím “HIJOG”( đèn LED tắt) Thao tác đặt chiều dài cắt sản phẩm: +) Ấn phím M/M( Hệ quốc tế ) bên phải phía dưới để chọn hệ đơn vị định dài theo hệ quốc tế( tính bằng milimét ) trên cột “LENGTH “ (hiển thị định dài ) đơn vị là 0,1 mm, đèn hiển thị “ M/M “ phía trên bên trái sẽ sáng ( Trong quá trình vận hành tuyệt đối khơng thay đổi hệ đơn vị đình dài vì tiêu chuẩn kỹ thuật cơng nghệ được ban hanh theo chuẩn đơn vị này ). +) Trình tự thao tác định dài cho mỗi qui cách vải cắt: +) Ấn phím “ CUTLENGTH “ ( chiều dài cắt ) cột “ hiển thị trạng thái “ sẽ hiện chữ “ CUTTING “ +) Ấn phím “ REVISE “để xĩa qui cách trước +) Ấn các phím chữ số từ 0 ÷ 9 để đặt chiều dài cắt (đơn vị là : 0,1mm ) theo qui cách cơng nghệ. +) Ấn phím “ENTER “để nhập vào quy cách mới +) Ấn phím “ COUNTREST “để xĩa “đếm sản phẩm “ về 0. +) Thực hiện các thao tác chạy máy theo hướng dẫn. 2.7.2 Màn hình đồ họa F904GOT – LWD – E Màn hình đồ họa này kết nối với bộ PLC FX 2 – 64 MR để thao tác cài đặt và hiển thị các thao tác máy như : tiến lùi bàn dao, quay - dừng lưỡi dao, nâng - hạ tay dao, nâng - hạ thanh đè vải ( bằng tay ); đặt gĩc cắt ( bằng tay và tự động ), chọn thao tác cắt tự động “ một miếng “ hoặc “ liên tục “ ... 2.7.2.1 Trang màn hình khởi động ( trang 1) Các thao tác : +) Ấn vào ơ “ MAN “để chọn trang màn hình “ Bằng Tay “ (trang 2) +) Ấn vào “ AUTO “đê chọn trang “ tự động “ (trang3) 2.7.2.2 Trang màn hình “ bằng tay “ (trang2) +) Các thao tác: thao tác trang này chỉ cĩ tác dụng khi xoay cơng tắc chọn chế độ thao tác sang phía “ bằng tay “ ( Nếu màn hình đang ở trạng thái khác khi chuyển “ bằng tay “ sẽ tự động chuyển sang trang này ). Các thao tác như sau: Tay dao lên - xuống : ấn vào ơ chữ nhật “ UP “ hoặc “ DOWN “ trong khung “ CUTKNIFE UP – DOWN “ Thanh đè lên - xuống : ấn vào ơ chữ nhật “ UP “ hoặc “ DOWN “ trong khung “ PERSS MAST “ Bàn dao tiến : ấn vào ơ “ AHEAD “ trong khung “ CUTUNIT AHEAD” Quay lưỡi dao : ấn “ START “ trong khung “ CUTKNIFE – START “ Dừng quay lưỡi dao : ấn “ STOP “ trong khung “CUTKNIFE – STOP “ Các thao tác khác : - ấn “ LIST “ - trở về trang 1 - ấn “ AUTO “ -chuyển sang “ tự động “ (trang3) 2.7.2.3 Trang màn hình “ tự động “ (trang3) Là trang màn hình sử dụng trong suốt quá trình thao tác cắt vải, dùng để chọn quy cách vải đặt gĩc cắt “ bằng tay và tự động “ chọn chế độ cắt một miếng hoặc liên tục. +) cách thao tác Thao tác chọn qui cách - ấn vào ơ + hoặc – trong khung “SIZEELECTING” (chọn qui cách) chữ số trong ơ bên trái sẽ thay đổi từ 01 – 99 tương ứng với số thứ tự cuủa các qui cách mà ta đặt sau đĩ. - ấn thay vào khung “ SIZESETUP” ( đặt qui cách) khung thao tác sau sẽ hiện lên phía dưới bên phải màn hình : ấn vào ơ CRL để xoĩa qui cách cũ (nếu cĩ) ấn các phím số và dấu gạch ngang (ơ - ) để cĩ qui cách vải tương ứng, thí dụ 12,00 – 20, sau đĩ âấn ENT nhập qui cách đặt trong ơhiển thị qui cách ( phía dưới chữ SIZESETUP) sẽ hiêện qui cách vải cắt (vd: 12.00-20) ấn vào phía bên trái, khung thao tác sẽ mất. - + + + Thao tác gĩc cắt : - Ấn vào ơ hoặc rong khung “ ANGLEAUTOSET” để đặt gĩc cắt, chữ số trong o “ hiển thị gĩc cắt “ sẽ thay đổi tăng hoặc giảm ( đơn vị là 0,1o) dải giá trị gĩc cắt từ 43o : 90o, bộ nhớ của hệ điều khiển sẽ tự động nhập vào gĩc cắt đặt ứng với mỗi qui cách cắt vải. - Nếu chế độ điều chỉnh gĩc cắt đặt ở “AUTO“ (tự động) – ơ chữ nhật bên trái chữ MAN AUTO bộ điều khiển sẽ tự động khởi động, động cơ và quay tới gĩc đặt trước, gĩc thực của hành trình dao sẽ được chỉ thị trong ơ “hiển thị gĩc thực” Thao tác chọn chế độ cắt : MAN ấn vào ơ chữ nhật phía dưới chữ “ CUTELECTING “ để chọn chế độ cắt “ một miếng “ hoặc “ liên tục “ ( 1 PCS hoặc CONT ) LIST ấn vào ơ phía dưới bên phải để chuyển sang trang 2 (bằng tay) ấn vào ơ để chuyển sang trang 1 2.7.3 Khái quát về bộ điều khiển CD – SERVO 2.7.3.1 Sơ đồ khối các cổng vào ra S2 S3 S4 NO ON OFF NO ON OFF NO ON OFF NO ON OFF 1 Ư 1 Ư 1 Ư 1 Ư 2 Ư 2 Ư 2 Ư 2 Ư 3 Ư 3 Ư 3 Ư 3 Ư 4 Ư 4 Ư 4 Ư 4 Ư 5 Ư 5 Ư 6 Ư 6 Ư 7 Ư 7 Ư 8 Ư 8 Ư 9 Ư 10 S1 PROM: bộ nhớchương trình SV, OV, UV, SC bấo trạng thái của bộ CD – SERVO: cấp dịng, điệ ấp thấp, quá dịng điện, quá điện áp, cấp áp. S1, S2, S3, S4 lần lượt các cơng tắc thực hiện các thao tác mở các cổng tín hiệu, trạng thái mặc định luơn là đĩng (OFF). 3 CON DISPLAY – cổng hiển thị 4 CON ENCORDER – cổng thu thập số liệu tứ ENCORDER 5 CON INPUT – Cổng nhận tín hiệu vào 6 CON OUTPUT – Cổng nhận tín hiệu ra. +) Các tín hiệu đưa vào qua 5CON Cài đặt lại khi chuơng báo lỗi Dừng khẩn cấp Cài đặt lại vị trí từ bên ngồi Tiến băng tải chậm theo chiều dài cắt Lùi băng tải chậm Thực hiện thao tác cắt Chọn tốc độ cao Thực hiện cắt +) Các tín hiệu đi ra qua 6CON Chuơng báo lỗi thao tác Điều chỉnh động cơ Tín hiệu ra thực hiện thao tác cắt Hãm động cơ 2.7.3.2 Đặc điểm cơ bản của bộ điều khiển CD – SERVO Đây là họ biến tần chuyên dụng, dùng trong những hệ truyền động vị trí địi hỏi độ chính xác cao. Giá thánh rất đắt, Việc bảo trì, bảo dưỡng khĩ khăn. Chủng loọai động cơ điều khiển: motor loọai cảm ứng 4P, 6P (22v, 3phase) Cơng suất điều khiển: 1HP (1.5KVA), 2HP(3KVA), 7.5HP(12KVA) Phương thức điều khiển: - hồi tiếp khép nửa ENCODER - hoặc hồi tiếp vịng kín tịan bộ ENCODER Phạm vi điều chỉng tốc độ: 150rmp ~ 3500rmp Dữ liệu được đặt riêng biệt qua OEM PANEL Cĩ các cổng vào ra kết nối PLC Cĩ LED, chuơng báo trạng thái, sự cố Dữ liệu lưu trữ trong bộ điều khiển nhờ 1 pin nguồn: tuổi thọ 2 năm 2.8 Tổng cơng suất điện của tồn hệ thống máy cắt vải Hệ thống dây chuyền cắt vải nằm RC – BH1 được đảm bảo an tồn nhờ hệ thống cầu chì rơle nhiệt. Khi cĩ sự cố ngắn mạch dịng hoặc áp thì câầu chì lúc này sẽ hoọat động, khi hệ thống máy chạy ở trạng thái quá tải thì thì rơle nhiệt sẽ tác động đĩng ngắt. Ta nhận thấy, điện năng cung cấp cho tịan bộ hệ thống chủ yếu phân bổ ở 7 động cơ. Do đĩ cơng suất điện của toịan hệ thống cĩ thể tính tĩan 1 cách gần đúng thơng qua tổng cơng suất của 7 động cơ: Pt = ∑ Pi = P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6 + P7 Trong đĩ: P1 = 3.75 kW – động cơ băng tải P2 = 0.37 kW – động cơ cắt P3 = 0.37 kW – động cơ điều chỉnh gĩc cắt P4 =0.75 kW – động cơ dẫn vải P5 =1.5 kW – động cơ thu nhả vải No1 P6 =1.5 kW – động cơ thu nhả vải No2 P7 =0.75 kW – động cơ thu vải sau khi cắt Vậy: PT =∑ Pi=8.99 kW Dịng điện tổng: IT= PT /(U.cosφ) Ta cĩ cosφ=0.86 (do nhà sản xuất đưa ra khi thiết kế) Do đĩ ta tính được, dịng điện tổng IT=8990/(380x0.86)=27.5 A 2.9 Những hạn chế và hướng cải tiến trên dây chuyền cắt vải Như đã phân tích ở trên, bộ phận quan trọng nhất và cĩ tính quyết định trong dây chuyền cắt vải nằm là bộ phận băng tải. Sựu hoạt động của băng tải do biến tần CD – SERVO đảm nhiệm, theo một trình tự nhất định dưới sự giám sát liên động của PLC. Điều ta muốn nĩi đến ở đây là bộ biến tần CD – SERVO. Đây là loại biến tần chuyên dụng, thường dùng trong những hệ thống truyền động địi hỏi độ chính xác cao, đặc biệt trong điều khiển vị trí. Bởi vậy giá thành rất đắt, hơn nữa lại khĩ bảo trì, bảo dưỡng và sửa chữa. Đĩ chính là một nhược điểm rất lớn trong hệ thống điều khiển này. Đã cĩ rất nhiều phương án đưa ra nhằm nâng cao chất lượng, giảm tổng chi phí, nâng cao độ tin cậy cho bộ phận quan trọng này. Và sau rất nhiều cố gắng kết hợp giữa lý thuyết và thực tế tại xí nghiệp Cao su số 3, được sự giúp đỡ của Thầy giáo và phịng kỹ thuật Cơ năng, chúng em đã mạnh dạn đưa ra giải pháp thay thế động cơ xoay chiều bằng động cơ một chiều tương đương. Điều này là rất khĩ nhưng chúng em hy vọng sẽ được sự chỉ bảo đĩng gĩp ý kiến quý báu của các thầy cơ cùng tồn thể các bạn để giải pháp này cĩ thể ứng dụng được vào thực tế. Yêu cầu đặt ra khi thay thế đĩ là phải thiết kế các mạch lực, mạch điều khiển để vẫn đảm bảo được mọi tính năng vốn cĩ của hệ thống cũ. Vấn đề này chúng em sẽ trình bầy cụ thể hơn trong chương sau. Điều thứ hai, cần nĩi ở đây là bộ phận thu bán thành phẩm. Tại bộ phận này, mọi thao tác cịn quá thủ cơng. Cơng việc này do người cơng nhân đảm nhiệm: từng miếng vải mành đã được cắt trên băng tải chính sẽ được người cơng nhân lần lượt lấy đưa sang băng tải thu vải thành phẩm. Ở đây cần tới hai người và điều này làm giảm năng suất của tồn hệ thống. Một giải pháp nêu ra ở đây là thiết kế thêm một máng trượt để vải mành sẽ di chuyển từ băng tải chính xuống băng tải quấn thành phẩm một cách tự động theo sự hoạt động của các bộ phận trong dây chuyền. Hệ thống điều khiển dây chuyền RC – BH1 được giám sát thơng qua một PLC 64MB RAM của hãng MITSUBISHI. Họ PLC này lần đầu tiên được lắp đặt tại Cơng ty do đĩ gây rất nhiều khĩ khăn trong việc bảo trì bảo dưỡng, khắc phục sự cố, hiệu chỉnh chương trình. Ban lãnh đạo Cơng ty mong muốn thay thế bằng họ Simatic S7 – 200/300 của Siemens. Do đĩ chúng em đã đưa ra lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển tồn hệ thống. Sau đĩ lập trình và kiểm nghiệm trực tiếp trên PLC S7 – 200 tại Cơng ty. Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC S7 – 300 CHO DÂY CHUYỀN CẮT VẢI MÀNH 3.1 Nhiệm vụ thiết kế 3.1.1 Yêu cầu và nhiệm vụ thiết kế Hiện nay, Cơng ty cao su sao vàng Hà Nội đang sử dụng dây chuyền cắt vải nằm RC – BH1 với bộ điều khiển PLC MITSUBISHI. Dây chuyền này do nhà phân phối Bắc Kinh Trung Quốc lắp đặt. Dây chuyền này đã cũ và đang trong giai đoạn nâng cấp tu sửa. Được sự định hướng của phịng Cơ năng, chúng em đã thay thế hệ thống điều khiển cũ bằng bằng hệ thống điều khiển PLC S7 – 200 của hãng SIEMENS. Việc thay thế này sẽ làm cơ sở để thiết kế một dây chuyền cắt vải mới tại Cơng ty. Qua khảo sát, nghiên cứu dây chuyền cắt vải mành RC – BH1 tại Cơng ty cao su sao vàng Hà Nội, thì điều ta cần quan tâm đĩ là: sự chuyển động cĩ tính trình tự, logic giữa các bộ phận. Nĩi cách khác, sự chuyển của các động cơ trong dây chuyền đều phải thơng qua PLC. Nhiệm vụ của PLC là xử lý các tín hiệu số để thực hiện các thao tác đĩng-ngắt, chạy-dừng các động cơ, cấp điện hay ngắt điện cho các cuộn dây của van điện từ theo chu trình khép kín. Muốn vậy ta phải nắm rõ được trình tự hoạt động của từng động cơ, sự đĩng ngắt của các van điện từ. Ta biết rằng, hệ thống này được vận hành bằng tay hay thực hiện hồn tồn tự động thơng qua chuyển mạch CS2 RUN MAN – AUTO. Các thao tác khi vận hành bằng tay : Đặt chuyển mạch CS RUN MAN – AUTO vị trí MAN Thực hiện trình tự kiểm tra sự hoạt động các thiết bị sau: Động cơ dao cắt chạy dừng qua nút nhấn PB Cơ cấu nâng – hạ dao cắt thơng qua CS Cơ cấu nâng – hạ thanh đè vải thơng qua CS Động cơ băng tải tiến – lùi – dừng qua PB Cơ cấu di chuyển bàn dao tiến – lùi – dừng bằng các nút nhấn PB Động cơ dẫn vải tiến – lùi – dừng qua nút nhấn PB Động cơ nhả vải tiến – lùi – dừng qua nút nhấn PB Sự đĩng ngắt của van điện từ 5/2 hãm dừng động cơ dẫn vải, nhả vải Động cơ quấn vải sau khi cắt tiến – lùi – dừng qua nút nhấn PB. Trình tự thao tác khi vận hành ở chế độ tự động : Đặt cơng tắc chuyển mạch CS2 RUN MAN – AUTO sang vị trí AUTO Đặt chiều dài khổ vải cần cắt thơng qua màn hình đồ họa GOT904 Chọn thao tác cắt 1 miếng 1PCS hay liên tục CONT Khởi động dao cắt Bắt đầu quá trình cắt bằng nút nhấn PB AUTO START Sau đĩ quá trình cắt cứ lặp đi lặp lại cho tới khi cĩ tín hiệu báo dừng. 3.1.2 Các yêu cầu đặt ra trong thiết kế Hệ thống chỉ chuyển sang chế độ tự động khi cĩ đủ lượng trữ vải cần thiết và cụm dao cắt phải luơn xuất phát từ vị trí bên phải (vị trí xuất phát). Băng tải khơng được chuyển khi các thao tác đang thực hiện: hạ thanh đè vải, hạ dao cắt, tiến bàn dao, nâng dao cắt, lùi bàn dao, cho tới khi nâng thanh đè vải lên băng tải mới được hoạt động nghĩa là khi thao tác cắt đã xong. Khi băng tải dừng để thực hiện các thao tác cắt hay khi hết lượng trữ vải bộ phận dẫn - thu/nhả vải được kích hoạt đồng thời. Và sẽ dừng khi nhận được tín hiệu giới hạn dưới của lượng trữ vải. Lượng vải được tích trữ nhờ trọng lượng rơi xuống tự do của tang trữ. Lúc này, hai động cơ dẫn và thu/nhả vải bị ngắt điện cùng lúc ấy sẽ cĩ tín hiệu hãm dừng cuộn vải mành và cuộn vải lĩt.Trạng thái hoạt động của hệ thống phải được hiển thị qua đèn LED hay trên màn hình đồ họa GOT904. Khi cĩ sự cố xảy ra phải dừng ngay tức khắc tồn hệ thống, và khi đã được khắc phục hệ thống sẽ trở lại hoạt động như trước, cụm dao cắt trở về xuất phát từ vị trí bên trái để đảm bảo tính chính xác của khổ vải mành được cắt. 3.2 Các bước thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC Muốn thiết kế thành cơng chương trình điều khiển cho một dây chuyền sản xuất, ngồi việc phân tích để nắm vững, hiểu rõ từng bộ phận chi tiết trong hệ thống đĩ, người thiết kế cần phải cĩ sự định hướng đúng đắn cả trong thay thế sửa đổi thiết bị lẫn trong thao tác lập trình. Vì thế, chúng em xin đưa ra dưới đây các bước chính trong quá trình thiết kế một chương trình điều khiển dùng PLC mà đã ứng dụng thành cơng vào việc thiết kế chương trình điều khiển cho dây chuyền cắt vải nằm tại Cơng ty cao su sao vàng Hà Nội. 3.2.1 Xác định quy trình cơng nghệ Trước tiên ta phải xác định thiết bị hay hệ thống nào muốn điều khiển. Mục đích cuối cùng của bộ điều khiển là điều khiển một hệ thống hoạt động đúng theo yêu cầu đặt ra. Sự vận hành của hệ thống được kiểm tra bởi các thiết bị đầu vào. Nĩ nhận tín hiệu và gửi tới PLC, CPU của PLC sẽ xử lý tín hiệu và gửi nĩ đến thiết bị chấp hành để điều khiển sự hoạt động của hệ thống theo chương trình đã được lập trình sẵn và được tải vào trong EPROM của PLC. 3.2.2 Xác định ngõ vào, ngõ ra Tất cả các thiết bị xuất, nhập bên ngồi đều được kết nối với bộ lập trình PLC. Thiết bị nhập là các cảm biến, cơng tắc tơ, cơng tắc hành trình, nút bấm, ... Thiết bị xuất là những cuộn dây, khởi động từ, van điện từ, động cơ AC-DC, bộ hiển thị, .. Sau khi xác định tất cả các thiết bị nhập, xuất cần thiết, ta định vị các thiết bị vào - ra tương ứng cho từng ngõ vào – ra trên PLC trước khi viết chương trình. 3.2.3 Viết chương trình điều khiển Tùy theo từng loại PLC mà ta cĩ cách thức tổ chức chương trình điều khiển riêng. Tuy nhiên, để đảm bảo tính đúng đắn của chương trình nhất thiết phải cĩ lưu đồ thuật tốn trước khi viết chương trình điều khiển. Đặc biệt với những hệ thống điều khiển lớn và phức tạp nên chia nhỏ ra thành các chương trình điều khiển con. 3.2.4 Nạp chương trình vào bộ nhớ Sau khi đã cĩ chương trình điều khiển ta cĩ thể nạp vào bộ nhớ PLC thơng qua bộ console lập trình hay máy tính cĩ chứa phần mềm lập trình (SIMATIC – Manager). Sau khi nạp xong kiểm tra lại chương trình, rồi mơ phỏng tồn bộ hoạt động của hệ thống để chắc chắn rằng chương trình đã hoạt động tốt. 3.2.5 Chạy chương trình Trước khi nhấn nút Start, phải chắc chắn rằng các dây dẫn nối các ngõ vào, ra đến các thiết bị nhập, xuất đã được nối đúng theo chỉ định. Lúc đĩ PLC mới bắt đầu cho hoạt động thực sự, nút chuyển trạng thái từ STOP sang RUN. Trong khi chạy chương trình, nếu cĩ lỗi thì máy tính hoặc bộ console sẽ báo lỗi, ta theo dõi rồi sửa lại chương trình. Sau khi sửa xong ta nạp lại vào PLC và tiến hành các thao tác như trước cho tới khi hệ thống hoạt động đúng. 3.2.6 Lập hồ sơ và bảng biểu theo dõi hoạt động tồn hệ thống Bất kì một hệ thống nào trước khi đi vào hoạt động thực sự cũng cần phải kiểm định thẩm tra theo dõi trong một thời gian tùy thuộc vào từng hệ thống điều khiển. Đây là bước hồn tất, bước cuối cùng trong quá trình thiết kế một hệ thống điều khiển sử dụng PLC nhưng tính quan trọng, tính quyết định của nĩ lại rất lớn. Trong bước này người thiết kế phải theo dõi hệ thống cĩ hoạt động đúng theo yêu cầu cơng nghệ đặt ra hay khơng và chỉnh sửa mọi sai phạm cho đúng. 3.3 Thiết kế hệ thống PLC cho dây chuyền cắt vải mành 3.3.1 Nội dung thiết kế Trên cơ sở phân tích những yêu cầu thực tế và để đảm báo tính cơng nghệ của dây chuyền cắt vải, ta lựa chọn phương án thiết kế và cải tạo như sau: Biến đổi xử lý các tín hiệu của hệ thống cũ bằng bộ PLC S7-200 cùng các module số vào ra Thay thế các mạch xử lý tín hiệu số và điều khiển cũ bằng các chương trình phần mềm đã được lập trình sau đĩ nạp vào PLC sao cho hệ thống mới đảm bảo được đầy đủ các chức năng hoạt động của hệ thống cũ Thực hiện đi dây vào ra từ PLC tới các thiết bị một cách chắc chắn, an tồn. Lắp đặt các thiết bị bảo vệ: cầu dao, cầu chì ... cho hệ thống. Với nhiệm vụ thiết kế như vậy hệ thống điều khiển của tồn dây chuyền cắt vải này bao gồm 39 đầu vào số, 28 đầu ra số. 3.3.2 Chọn cấu hình PLC Với các yêu cầu như trên PLC được sử dụng là PLC SIMANTIC S7-200 dùng CPU 214 với các thơng số kĩ thuật sau: Work Memory RAM EEPROM Dung lượng bộ đệm vào ra Thời gian thực hiện Số lượng Module mở rộng Khả năng mở rơng + Đầu vào số lớn nhất + Đầu ra số lớn nhất + Đầu vào tương tự lớn nhất + Đầu ra tương tự lớn nhất CPU cĩ 128 khối FC, 128 khối FB, 127 khối DB, 128 bộ thời gian(Timer), 64 bộ đếm(Counter). Các module được chọn như sau: Nguồn nuơi: 01 module Các module vào ra: 02 Module SM322 cĩ 16 đầu vào/16 đầu ra số được lắp từ Slot 4 đến Slot 5. Địa chỉ các cổng vào này sẽ là I0.0 ... I 4.7 và địa chỉ cổng ra sẽ là Q 0.0 ... Q 4.7 01 Module SM323 8 đầu vào số 8DixDC24V/0,5A. Được lắp ở Slot 6. Địa chỉ các cổng vào số này là I5.0 ... I 5.7 Các Module đều được gắn trên Rack 0 3.3.3 Tổ chức chương trình điều khiển Chương trình điều khiển của tồn hệ thống được lập trình cĩ cấu trúc và được chia nhỏ thành các chương trình con. Các chương trình con này được tổ chức trong các khối hàm FC(Function Block) với chức năng nhiệm vụ điều khiển riêng nhưng cĩ quan hệ với nhau một cách chặt chẽ để đảm bảo tính logic và trình tự liên động của dây chuyền. Dựa vào trình tự hoạt động và chức năng của từng cụm trong dây chuyền cắt vải RC-BH1, ta chia chương trình điều khiển tồn hệ thống ra thành các chương trình con mà mỗi chương trình con này lại được tổ chức trong các khối hàm FC với nhiệm vụ như sau: FC1: Nhiệm vụ của nĩ là lựa chọn chế độ làm việc của hệ thống FC2: Chương trình con này cĩ nhiệm vụ điều khiển động cơ dẫn, nhả vải hoạt động theo đúng yêu cầu cơng nghệ và trình tự logic FC3: Đây là chương trình điều khiển sự hoạt động của băng tải và các thao tác cắt vải. Chú ý chế độ cắt “một miếng” hay “liên tục” FC4: Chương trình đặt và điều chỉnh gĩc cắt. Tất cả các khối chương trình này sẽ được gọi ra bằng lệnh CALL, trong khối tổ chức chương trình OB1. Vì đây là khối duy nhất mà PLC luơn quét và thực hiện từ lệnh đầu tiên tới lệnh cuối cùng sau đĩ lại quay lại lệnh đầu tiên. Cũng chính vì hình thức tổ chức như vậy nên chương trình trong khối OB1 cĩ đầy đủ điều kiện của một chương trình điều khiển thời gian thực. 3.3.4 Lưu đồ thuật tốn tổng quát chương trình điều khiển 3.4 Địa chỉ các cổng I/O trên PLC tương ứng với các thiết bị 3.4.1 Khai báo địa chỉ các cổng vào PLC Cổng vào Ký hiệu thiết bị đưa đến Ý nghĩa I0.0 C/V ERR IN Báo C/V cĩ lỗi I0.1 C/V OK C/V sẵn sàng I0.2 C/V RUN C/V chạy I0.3 ERR RESET Xĩa lỗi C/V COM I0.4 CS2 Lựa chọn chế độ hoạt động I0.5 PB1 Dừng khẩn cấp I0.6 PB2 Chế độ tự động bắt đầu I0.7 PB3 Dừng các thao tác của máy I1.0 PX1 Giới hạn dừng khi tiến của bàn dao I1.1 PX2 Giới hạn dừng khi lùi của bàn dao I1.2 CS3 Lựa chọn cụm nhả vải No1-No2 I1.3 PB4 Nút nhấn động cơ dẫn vải lùi I1.4 PB5 Nút nhấn động cơ dẫn vải tiến I1.5 PB6 Nút nhấn động cơ dẫn vải dừng I1.6 PB7 Dừng động cơ nhả vải No1 I1.7 PB8 Tiến động cơ nhả vải No1 I2.0 PB9 Lùi động cơ nhả vải No1 I2.1 PB10 Dừng động cơ nhả vải No2 I2.2 PB11 Tiến động cơ nhả vải No2 I2.3 PB12 Lùi động cơ nhả vải No2 I2.4 LS1 Giới hạn trên của tang trữ vải I2.5 LS2 Tín hiệu cho phép vải được dẫn I2.6 LS3 Giới hạn dưới của tang trữ vải I2.7 PH1 Phát hiện tang vải tại cụm No1 I3.0 PH2 Phát hiện tang vải tại cụm No2 I3.1 PX3 Gĩc cắt tiến I3.2 PX4 Tín hiệu dừng gĩc cắt khi tiến I3.3 PX5 Gĩc cắt lùi I3.4 PX6 Tín hiệu dừng gĩc cắt khi lùi I3.5 PX7 Vị trí quy ước gĩc cắt 0° I3.6 I4.0 CS4 ._. khiển T1 Từ các thơng số của van lực T1 đã chọn, ta cĩ: + Dịng collector lớn nhất: Icmax=50A + Sụt áp trên van khi dẫn bão hịa: UCE=1.2V + Hệ số khuếch đại dịng: =10 + Dịng làm việc định mức: Itdm=24A + Dịng làm việc bazơ điều khiển van là: IB = Itdm/β ~ 2.4 A = Iđk Vậy điện trở hạn chế đột biến dịng điều khiển cho Q10 là R80 = En/Iđk = 24/2.4 = 10Ω Q10 làm việc ở chế độ khĩa đĩng mở, dịng chảy qua Q10 phải lớn hơn Iđk của van lực và tần số đĩng cắt phải lớn hơn tần số băm xung f. Vậy chọn Q10 là loại transistor BD266B cĩ mã hiệu và thơng số sau : + Dịng collector lớn nhất cho phép: Icmax = 9A + Hệ số khuếch đại dịng: βmin = 50 + Khi hở mạch bazơ: UCB0 = 40 V + Điện áp cực trên CE: UCE0 = 60V + Tần số làm việc giới hạn: fmax 7MHz + Dịng để mở Q10 là: Ib = Iđk / β= 2.4 / 50 = 48mA Chọn Q9 là loại đĩng cắt nhanh để tránh hiện tượng ngắn mạch, do đĩ ta chọn giống Q10 vì cĩ cùng thơng số kỹ thuật. Loại transistor BD266B của hãng RAD Tính chọn phần tử quang điện cách ky mạch lực với mạch điều khiển: chọn loại 4N32 cĩ thơng số: + Dịng collector lớn nhất: Icmax = 125 mA + Thời gian mở đĩng nhanh nhất: tON = 10µs; tOFF = 35 µs + Hệ số truyền đạt: Ic / If = 100 ( trong điều kiện t= 25độC và UCE = 5V) + Dịng qua LED hồng ngoại: If = 10 – 60 mA + Sụt áp và dịng tiêu thụ giữa C và E: UCE8ut = 1V và ICE = 2mA + Điện áp UCE khi hở mạch Bazơ: UCE0 = 110V Khi photo-transistor mở thơng cho phép dịng ra lớn nhất là 125 mA. Nhưng hệ số truyền đạt dịng Ic/IF của bộ ghép quang khơng tuyến tính, dịng Ic khơng những phụ thuộc vào IF mà cịn phụ thuộc vào nhiệt độ cùng giá trị điện áp UCE, với IF =10mA; 10V<UCE<30V, tra tốn đồ của 4N32 ta được dịng Icmax = 100 mA. Chọn UCE = 24V với sụt áp UCEsat = 1V. Ta tính được điện trở hạn chế dịng cực gốc cho transistor Q10 là: Rhc3 = 23V / 0.048 A = 500Ω Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại xung điều khiển các van T2, T3, T4 ở nhĩm U, B, V và việc tính tốn các thơng số của mạch tương tự như đối với nhĩm A được biểu diễn ở các hình 4.21b; 4.21c; 4.21d Hình 4.21b: Mạch khuếch đại xung điều khiển T2 Hình 4.21c: Mạch khuếch đại xung điều khiển T3 Hình 4.21d: Mạch khuếch đại xung điều khiển T4 4.2.5 Thiết kế mạch đo lường các tín hiệu 4.2.5.1 Mạch đo lường dịng điện Mạch đo lường dịng điện cĩ nhiệm vụ đo dịng diện 1 chiều ở phần ứng động cơ và đưa ra tín hiệu Ufi tỷ lệ với Iư về để tổng hợp với các tín hiệu đặt dịng điện để đưa ra tín hiệu điều khiển mở các van Transistor lực. Ngồi các yêu cầu về độ chính xác tĩnh, cịn cĩ yêu cầu về thời gian tối thiểu để khơng gây ảnh hưởng tới chất lượng hệ thống điều chỉnh. Trong các hệ thống truyền động điện 1 chiều hay sử dụng các phương pháp đo dịng điện 1 chiều sau: Đo trực tiếp bằng Shunt đo dịng: Là phương phápđơn giản nhất, nhược điểm của phương pháp này là tín hiệu thường bé, khơng cách ly được giữa mạch lực và mạch điều khiển Đo bằng Shunt dịng và đưa thêm bộ biến điệu, bộ chỉnh lưu nhạy pha, cách ly bằng biến áp: Phương pháp này đạt được độ chính xác cao, tuy nhiên mạch đo khá phức tạp Đo dịng điện bằng cách sử dụng các phần tử quang bán dẫn, cách ly được mạch điều khiển và mạch lực, dùng biến điệu bề rộng xung. Trong trường hợp này, để đơn giản, chọn phương pháp đo trực tiếp bằng sun dịng, khơng cách ly vì điện áp mạch lực cũng khơng cao lắm. Để khắc phục tín hiệu ra quá nhỏ, dùng thêm các mạch khuyếch đại vi sai và IC tuyến tính. Sơ đồ nguyên lý như hình 4.22 Sun dịng Rs mắc nối tiếp với động cơ. Điện áp rơi trên Rs sẽ tỷ lệ với dịng điện phần ứng, điện áp này nối tới điểm 1 , 2 trên mạch nguyên lý. Tùy vào cực tính của áp phản hồi dịng ( phụ thuộc vào chiều dịng điện phần ứng động cơ) mà điện áp ra của 2 cặp bĩng thuận Q21 , Q22 và ngược Q19 , Q20 sẽ cĩ các giá trị Ui+ và Ui-, Dịng điện qua phần cứng càng lớn thì |Ưi+| và |Ui-| càng khác nhau do đĩ tín hiệu vào A10 sẽ cĩ giá trị lớn hơn, Khi dịng phần ứng bằng 0 thì |Ui+| = |Ui-| , dẫn đến tín hiệu vào A10 bằng 0. Theo nguyên lý làm việc, ta tính chọn được các linh kiện như sau: Hình 4.22: Mạch đo dịng điện phản hồi Chọn sun dịng Rs = 10 mΩ. Sụt áp trên sun là : Usđm = Rs . Iđ = 0.5V Chọn cặp trasistor Q19 , Q20 là loại BC182L (thơng số ở phụ lục) Chọn cặp trasistor Q19 , Q20 là loại BC212L (thơng số ở phụ lục) chọn IC A10 la loại µA741 (thơng số ở phụ lục) Hệ số khuyếch đại =100 ==> Mạch lọc R = 1 KΩ ; C = 1µF → Ti = 0.001 s .4.2.5.2 Mạch đo lường tốc độ Mạch đo lường tốc độ cĩ nhiệm vụ đo tín hiệu tốc độ trên trục động cơ và biến đổi nĩ thành tín hiệu điện áp. Để đảm bảo độ chính xác trong hệ tự động điều chỉnh địi hỏi mạch độ đo lường tốc độ phải cĩ độ chính xác tĩnh cao và thời gian trễ của mạch nhỏ và phải đo được cả 2 chiếu quay của động cơ. Nười ta dùng các phương pháp đo tốc độ sau: Mát phát tốc 1 chiều: Ưu điểm là tín hiệu ra của máy là 1 chiều, tuy nhiên nĩ cĩ nhược điểm là cần cĩ vành gĩp nên ở tốc độ thấp việc chuyển mạch ở vành gĩp là rất khĩ khăn, ở tốc độ cao điện áp rơi vào vùng từ trễ của mạch từ ( vùng phi tuyến) gây nên sai lệch tốc độ Máy phát tốc xoay chiều : Ưu điểm là máy khơng cần vành gĩp nên được dùng nhiều trong các mơi trường khắc nghiệt, tuy nhiên nĩ cĩ nhược điểm là khơng phát hiện được chiều quay của động cơ, tín hiệu ra cĩ sĩng hài bậc cao lớn và phải thơng qua chỉnh lưu. Mạch cầu đẳng trị: được mắc trực tiếp vào phần ứng của động cơ, nếu mạch cầu là cân bằng thì điện áp đầu ra tỷ lệ với sức điên động của động cơ E = KØ Mạch cĩ ưu điểm là đơn giản . Tuy nhiên nhược điểm là phải thêm điện trở vào mặc phần ứng nên làm tăng tổn thất, giảm độ cứng đặc tính cơ Đo tốc độ quay bằng xung – số : phương pháp này cĩ độ chính xác cao, đo được cả 2 chiều của động cơ, cho ra cả 2 loại tín hiệu là tương tự và số. Trong trường hợp này, để đơn giản, chọn phương pháp đo bằng máy phát tốc 1 chiều. Sơ đồ nguyên lý như hình vẽ: Hình 4.23: Mạch đo phản hồi tốc độ Chọn phát tốc FT cĩ điện áp phát 1 chiều Uph = 100V Chọn Rp 20Ω, qua mach cầu đối xứng → Ufw= 10V Tw = 0.001s = 2.Rhc.C;==> Chọn Rhc=50Ω; C=1µF 4.2.5.3 Bộ đo vị trí Mạch đo lường vị trí là mạch vịng kín và đĩng vai trị rất quan trọng vì nĩ quyết định sự chính xác của hệ thống. Cĩ nhiều loại thiết bị đo được chế tạo mà sự khác nhau chủ yếu do giải pháp kĩ thuật linh kiện. Cĩ thể chia các hệ thống đo lường thành các cách sau đây: * Theo hình thức truyền động, từ đĩ trích lấy các giá trị đo theo kiểu tịnh tiến hoặc quay * Theo hình thức định lượng giá trị đo: kiểu số hoặc kiểu tương tự * Theo nguyên tắc đo: kiểu gia số hoặc kiểu tuyệt đối. Dưới đây ta sẽ phân tich hệ thống đo quãng đường dịch chuyển quay va tịnh tiến Với hệ thống đo kiểu tịnh tiến, nghĩa là với thước đo thẳng ta đạt được độ chính xác cao nhất. Đĩ là do hệ thống đo kiểu tịnh tiến khơng cần đến một khâu truyền dẫn cơ khí trung gian nào giữa máy và hệ thống đo. Ngay cả vit-me bàn máy và bộ dẫn động khơng cần cĩ độ chính xác cao nhất, quá trình đo khơng phụ thuộc lực tác động trên trục dẫn. Với hệ thống đo lường dịch chuyển kiểu quay (hệ thống đo gián tiếp) đoạn đường dịch chuyển sẽ được đo thơng qua số vịng quay hoặc mootj bộ truyền thanh răng – bánh răng. Do cĩ sự truyền động của các cơ cấu khí trung gian mà hệ thống đo kiểu quay khơng cĩ được số vạch chia lớn và chính xác cao như thước đo thẳng. Phổ biến nhất là sử dụng trục vit-me bàn máy trục đo, như vậy yêu cầu với trục vit-me phải cĩ độ chính xác cứng vững cao, giảm các hiệu ứng bước nhảy do hệ số ma sát trên từng đoạn dịch chuyển khơng đều nhau hoặc do độ cứng vững của chi tiết máy khơng đảm bảo đăc biệt khi trượt. Hiệu ứng này gây ra các lỗi chỉ thị khơng mong muốn trên thang đo, ảnh hưởng đến độ chính xác định vị. Cụm dẫn động cũng phải phủ được các khe hở điều chỉnh vit-me đai ốc và bản thân chúng phải cĩ độ mịn nhỏ. Do vậy, những yêu cầu kỹ thuật tren chỉ thỏa mãn khi dùng vit=me đai ốc bi. Để đảm bảo độ tác động nhanh, độ chính xác cho hệ thống và vừa để đơn giản, ta chọn phương án đo vị trí bằng biến trở sử dụng trục vitme – bàn máy trục: Hình 4.24: Nguyên lý mạch đo vị trí + Điện áp đầu ra :Ufx=Urx=Kx.x +Chọn giá trị của biến trở là Rv=1kΩ +Kx=0.01 : hệ số khuyếch đại mạch đo vị trí, 1mm tương ứng 0.01V. Hệ dịch chuyển giới hạn 1m tương ứng 10V=Utxmax. +Mạch lọc RC cĩ hằng số thời gian lọc Tx=0.001s RC=Tx=0.001s=> Chọn R=1kΩ; C=1µF Chương 5: TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO CỤM BĂNG TẢI 5.1 Khái quát về bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID ngày càng được khia thác một cách triệt để hơn về mọi mặt để ứng dụng vào thực tiễn. Ngày nay bộ điều khiển PID thực sự là bộ điều khiển động thích ứng với mọi loại đối tượng từ cĩ mơ hình tới khơng cĩ mơ hình, từ mơ hình liên tục tới mơ hình rời rạc. Việc thay đổi các tham số của bộ điều khiển được thực hiện một cách dễ dàng, do đĩ cĩ khả năng thay đổi đặc tính động và đặc tính tĩnh của hệ thống điều khiển tự động theo mong muốn. Bộ điều khiển PID thực chất là thiết bị điều khiển thực hiện luật điều khiển được mơ tả bởi phương trình: Trong đĩ : e(t) tín hiệu vào( tín hiệu sai lệch) u(t) tín hiệu ra của bộ điều khiển( tín hiệu điều khiển) kp hệ số khuếch đại của luật điều khiển tí lệ( luật P) TD hằng số thời gian vi phân( luật D) TI hằng số thời gian tính phân( luật I) Bộ điều khiển PID thường dùng trong hệ thống điều khiển đối tượng theo nguyên lý hồi tiếp, vì nĩ rất đơn giản cả về cấu trúc lẫn nguyên lý làm việc. Nhiệm vụ của nĩ là đưa sai lệch hệ thống e(t) về 0 sao cho quá trình quá độ thỏa mãn các yêu cầu cơ bản về chất lượng. Bộ điều khiển PID được cấu thành bởi ba luật điều khiển mà mỗi luật cá mặt mạnh riêng: + luật P: khuếch đại chính xác tín hiệu điều khiển u(t) chùng nào cịn sai lệch e(t)t thơng qua hệ số khuếch đai kp + luật I: triệt tiêu hồn tồn sai lệch tĩnh khi sai lệch e(t) chưa bằng 0 nhờ hằng số thời gian tính phân TI + luật D: đáp ứng nhanh với sự thay đổi của tín hiệu sai lệch e(t) thơng qua hằng số thời gian vi phân TD Luật điều khiển PID được biểu diễn dưới dạng hàm truyền đạt: Ngày nay khi kĩ thuật số phát triển mạnh mẽ và tồn diện thì bộ PID càng được ứng dụng triệt để hơn trong cơng nghiệp dưới nhiều hình thức khác nhau. Một trong những minh chứng cụ thể là bộ PID tự chỉnh( thích nghi), bộ điều khiển PID mờ cĩ khả năng tự thay đổi, chỉnh định lại các thơng số của nĩ cho phù hợp với sự thay đổi khơng biết trước của hệ thống nhằm đạt được các chỉ tiêu chất lượng đặt ra. Ngày nay bộ PID đã được số hĩa và thực hiện bằng vi xử lý, vi điều khiển. Trong miền rời rạc, PID số cĩ dạng: trong đĩ: Với bộ điều khiển PID điều quan trọng với người thiết kế là phải nắm vững các phương pháp chọn luật điều khiển và chọn tham số. Việc chọn luật điều khiển phải tùy theo từng đối tượng, hệ thống điều khiển cụ thể vsf các chỉ tiêu chất lượng đề ra: + Đối với hệ thống cĩ độ ổn định cao, để tăng độ chính xác điều khiển ta chọn bộ điều khiển P + Khi bản thân đối tượng cĩ thành phần tính phân ta chọn luật PD + Khi tín hiệu trong hệ thống thay đổi chậm và bản thân bộ điều khiển khơng cần phải cĩ phản ứng thật nhanh với sự thay đổi sai lệch e(t) ta chọn bộ điều khiển PI Sau khi đã chọn bộ điều khiển thì ta phải xác định tham số cho bộ điều khiển đĩ bằng các phương pháp như: tối ưu mơdul, tối ưu đối xứng, Ziegle-Nichols..... 5.2 Sơ đồ khối cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí cụm băng tải 5.3 Mơ tả tĩan học động cơ điện và bộ băm xung áp một chiều 5.3.1 Hàm truyền của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hình 5.1: Sơ đồ thay thế của động cơ một chiều kích từ độc lập Tín hiệu vào là điện áp trung bình sau bộ biến đổi xung áp Ud = Uu Phương trình cân bằng điện áp động cơ: Trong đĩ: Ed = KØ= KØn K = pN/2πa – hệ số tỷ lệ sức điện động động cơ Phương trình cân bằng mơ men J = Md - Mc trong đĩ: Md: Mơmen do động cơ sinh ra trên trục. Mc: Mơmen phụ tải quy đổi về trục động cơ. J: Mơmen quán tính của trục động cơ và phụ tải quy đổi về trục động cơ Ta cĩ: Md = Mđt = KØIu Do vậy ta cĩ hệ phương trình mơ tả động cơ viết dưới dạng tĩan tử Laplace Uu(p) = KØ(t) + RuIu(p) + LuIu(p).p J.p.(p) = KØIu(p) – Mc(p) Uu(p) = KØ(p) + (Ru + pLu).Iu(p) Hình 5.2: Sơ đồ mơ tả hàm truyền động cơ một chiều kích từ độc lập trong đĩ: Tu = Lu/Ru : hằng số thời gian mạch điện từ của động cơ Tc = JRu/ : hằng số thời gian điện cơ Kđ = 1/ KØ : hệ số khuếch đại động cơ Khi khơng tải Mc = 0, hàm truyền đật của động cơ là khâu bậc 2: Wdc(p) = 5.3.2 Hàm truyền đạt bộ băm xung áp một chiều Các tín hiệu vào và ra của bộ biến đổi: - Udk : tín hiệu vào điều khiển lấy từ bộ điều chỉnh dịng điện Ud : tín hiệu ra của bộ băm xung là điện áp trung bình đặt vào động cơ Bộ biến đổi gồm cĩ: Phần mạch lực dùng các van Transistor mắc theo sơ đồ cầu Phần mạch điều khiển được xây dựng theo phương pháp điều chỉnh độ rộng xung và cấu trúc mạch theo phương pháp điều khiển 2 kênh cho mooix cặp van chẵn lẻ, tương ứng với chiều quay thuận và nghịch của động cơ. Điện áp trung bình đặt lên động cơ là: trong đĩ: T – là chu kì phát xung chuẩn, chọn T = 1ms; T = 1/f = 1/1000(s) tx – độ rộng xung điều khiển 0 < tx < T EN – điện áp nguồn 1 chiều EN = 110V Bộ biến đổi băm xung một chiều là một mạch điều chỉnh điện áp điều chế độ rộng xung cĩ tính chất phi tuyến và khơng dừng. Việc mơ tả tĩan học rất phức tạp nên chỉ cĩ thể mơ tả gần đúng bằng phương pháp biến thiên các đại lượng nhỏ cùng mơ hình tuyến tính hĩa. Nhận thấy ứng với mỗi khoảng biến thiên của tín hiệu điều khiển , tại thời điểm phát xung mở cho mỗi cặp van là thời điểm mà tại đĩ tín hiệu Udk = Ur( điện áp chuẩn) được gọi là thời điểm chuyển mạch. Giả thiết bỏ qua quá trình chuyển mạch thì bộ biến đổi xung áp được mơ tả như hình 5.3: Hình 5.3: Sơ đồ khối mơ tả khâu băm xung áp Vì cĩ tính chất xung nên khi tín hiệu điều khiển biến thiên một lượng nhỏ thì sau một khoảng thời gian ( T – tx ) cặp van tương ứng mới mở. Độ biến thiên lớn nhất của Uđk bằng biên độ lớn nhất của điện áp răng cưa = Vậy thì khoảng thời gian trễ lớn nhất là: (T – tx )max = T/2 Do đĩ cĩ thẻ mơ tả bộ biến đổi xung áp xung áp bằng một hàm trễ; bằng khai triển Mc Larin và bỏ qua các vơ cùng bế bậc cao ta cĩ hàm truyền đạt của bộ biến đổi xung áp một chiều là một khâu quán tính: Và hệ số khuếch đại được tính bằng biểu thức Tiính gần đúng theo các giá trị lớn nhất ta cĩ = Umax = 10v thì = 1 và = EN = 110V = 110/10 =11 Hằng số thời gian băm xung bằng nửa chu kì điều chế xung: Tbx = T/2 = ½.f = 1/ 2.1000 = s 5.4 Tổng hợp bộ điều chỉnh mạch vịng dịng điện: 5.4.1 Tổng hợp mạch vịng dịng điện khi bỏ qua sức điện động động cơ Hình 5.4: Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện trong đĩ: Uid: là tín hiệu đặt cho dịng điện Tf: là hằng số thời gian mạch lọc Trong trường hợp hệ thống truyền động cĩ hằng số thời gian cơ học lớn hơn rất nhiều hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng thì cĩ thể cĩiức điện động động cơ khơng ảnh hưởng đến quá trình điều chỉnh của mạch vịng dịng điện tức là coi E= 0 hay = 0 Hàm truyền của mạch vịng dịng điện hay của đối tượng điều chỉnh cĩ dạng: Trong đĩ các hằng số thời gian Tf, Tdk, Tbx, Ti là rất nhỏ so với hằng số thời gian điện từ Tư . Do đĩ ta đặt Ts = Tf + Tdk + Tbx + Ti Như vậy ta cĩ: với Ts << Tư Theo chuẩn tối ưu mơdul ta cĩ hàm truyền đạt của bộ điều chỉnh dịng điện : (5-3) trong đĩ : (chon a = 2) là hàm truyền của chuẩn tối ưu mơdul. thay vào (5-3) ta cĩ: Chọn = ta được: Như vậy bộ điều chỉnhdịng điện là một khâu tỷ lệ - tích phân PI. Khâu này sẽ đảm bảo được độ tác đọng nhanh, nhạy, chính xác của bộ điều khiển. Thay số: + Mạch lọc cĩ Tf = 0.0001 rất nhỏ cĩ thể bỏ qua + Bộ điều khiển và băm xung áp cĩ các hệ số Tđk = 0.001s ; Kbx = 11 ; Tbx = 0.0005s + Xensơ đo dịng điện Si: Ki = 0.42 ; Ti = 0.001s Do đĩ Ts = Tf + Tdk + Tbx + Ti = 0.0001 + 0.001 + 0.0005 + 0.001 = 0.0026s Thay số vào bộ điều chỉnh PI ta cĩ: = Cuối cùng hàm truyền đạt dịng điện thu được là: = 5.4.2 Tổng hợp mạch vịng dịng điện cĩ tính đến ảnh hưởng của sức điện động động cơ và biện pháp khắc phục Hình 5.5a: Mạch vịng dịng điện cĩ tính đến ảnh hưởng của s.đ.đ Với động cơ điện một chiều kích từ độc lập, ta cĩ các phương trình: U(p) = Ru.Iu(p).(1+p.Tu) + K (5.4.2a) KØ. Iu(p).- Mc (p) = J.p. (5.4.2b) Từ 5.4.2a ta cĩ Thay vào 5.4.2b ta được Biến đổi ta được: trong đĩ - hằng số thời gian cơ học đặt - thành phần dịng điện động - thành phần dịng điện tĩnh ==> Như vậy ta cĩ thể thay thế sơ đồ 5.5a bằng sơ đồ 5.5b dưới đây: Hình 5.5b: Mạch điều chỉnh dịng điện cĩ tính đến ảnh hương s.đ.đ động cơ Khi khơng tải (Mc = 0) hàm truyền của đối tượng điều chỉnh như sau: Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu mơdul ta tìm được bộ điều chỉnh dịng điện cĩ dạng: Chọn = ==> Thay số Tc = 0.59 ; Tu = 0.096 ; Kbx = 11 ; Ki = 0.42 ; Ru = 0.96 ; Ts = 0.0026 ta thu được bộ điều chỉnh dịng khi tính đén sức ảnh hưởng s.đ.đ của đơng cơ : Trong trường hợp nếu thơng số của đối tượng thỏa mãn Tc >> 4Tu nghĩa là Tc.Tu.p2+Tc.p+1=(1+T1.p).(1+T2.p), thì cĩ thể dùng 2 bộ điều chỉnh PI nối cấp nhau sao cho đảm bảo đúng hàm truyền . Với các hệ thống yêu cầu khơng cao lắm về chất lượng, cĩ thể dùng một bộ điều chỉnh PI để bù hằng số thời gian và chấp nhận sai lệch tĩnh của hệ thống Phương pháp bù ảnh hưởng của s.đ.đ của động cơ Sơ đồ mạch bù: Hình 5.6: Bù ảnh hưởng s.đ.đ động cơ Khi Uiđ(p) = 0 và E(p) 0 ta cĩ Để Uiđ khơng phụ thuộc vào E(p) thì 1 - W1(p)WB(p) = 0 ==> WB(p) = 1/W1(p) Theo sơ đồ mạch vịng điều chỉnh ta cĩ: W1(p) = RI(p).WBBD(p); W2(p) = ; W3(p) = WB(p) = RI(p) = Vậy hàm truyền đạt khâu bù cĩ dạng( tính theo bộ điều khiển RI) : WB = 5.4.3 Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh dịng điện Khâu điều chỉnh dịng điện cĩ nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển để mở các van Transistor của bộ băm xung bằng cách so sánh tín hiệu đặt dịng điện Uid lấy từ đầu ra của bộ điều chỉnh tốc độ với tín hiệu phản hồi dịng phần ứng. Đồng thời duy trì dịng điện phần ứng luơn bằng giá trị đặt bất kể hệ thống đang làm việc ổn định hay đang trong quá trình quá độ. Phần trước ta đã tổng hợp được bộ điều chỉnh dịng điện là khâu PI. Do đĩ sơ đồ mạch điện nguyên lý được trình bầy như sau: Hình 5.7: Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh dịng điện Trong sơ đồ này, đầu ra của bộ điều chỉnh được hạn chế bởi 2 điơt Zener Đz3 và Đz4 để đảm bảo tín hiệu điều khiển khơng vượt quá trị số cực đại của điện áp răng cưa. Hàm truyền PI của bộ điều chỉnh dịng điện: Do đĩ, ta tính được: Tính chọn các linh kiện chủ yếu: Chọn C2 = 1 mF Þ Kp = 3,84 Þ R14 = 3,84.R11 = 96 KW; R12 = R11 Chọn điốt Zener loại cĩ điện áp ngưỡng 10V (thơng số cĩ trong phụ lục) Chọn IC A4 là loại mA741 (thơng số cĩ trong phụ lục) 5.5 Tổng hợp bộ điều chỉnh mạch vịng tốc độ 5.5.1 Xác định bộ điều chỉnh tốc độ theo nguyên lý tối ưu mơdun Trong phần này, ta sẽ điều chỉnh bộ điều chỉnh tốc độ Rw. Bộ điều chỉnh này được tổng hợp từ mạch vịng điều chỉnh dịng điện. Tùy theo yêu cầu cơng nghệ mà các bộ điều chỉnh tốc độ Rw cĩ thể được tổng hợp theo tín hiệu điều khiển hoặc theo nhiễu tải Mc. Trong trường hợp tổng quát, hệ thống phải cĩ đặc tính điều chỉnh tốt cả từ phía tín hiệu điều khiển lẫn phía tín hiệu nhiễu loạn. Sơ đồ khối cấu trúc mạch vịng điều chỉnh tốc độ được thể hiện trên hình 5.8 Hình 5.8: Sơ đồ mạch vịng điều chỉnh tốc độ Trong sơ đồ, HCD là phần tử phi tuyến hạn chế dịng điện trong quá trình quá độ. Sensor tốc độ Sw đĩng vai trị là khâu phản hồi tốc độ. Hàm truyền của nĩ là một khâu quán tính bậc nhất. trong đĩ: Kw - Hệ số khuếch đại Sensor tốc độ Tw - Hằng số thời gian của Sensor tốc độ Trong phần trên ta đã tổng hợp được mạch vịng dịng điện, phần này ta sẽ sử dụng kết quả đĩ để xác định Rw. Hàm truyền mạch vịng dịng điện, bỏ qua các vơ cùng bé bậc cao, như sau: Sơ đồ khối mạch vịng điều chỉnh tốc độ như hình 5.9 dưới đây: Hình 5.9 Cấu trúc mạch vịng điều chỉnh tốc độ Hàm truyền của mạch vịng tốc độ (đối tượng điều chỉnh) cĩ dạng: (5 - 4) Đặt 2Ts = 2Ts + Tw ta cĩ: (5 - 5) Theo tiêu chuẩn tối ưu mơdun ta cĩ: Þ Chọn Td = 2T's ta thu được hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ là khâu P: (5 - 6) Thay số: Kw = 0,125; Tw = 0,001; Tc = 0,59; Ru = 0,96; Kf = 0,64 Ts = 0,0026s; Ki = 0,42 Ta tính được: 4T’s = 2Ts + Tw = 0,011 Do đĩ Hàm truyền của mạch vịng điều chỉnh tốc độ sẽ là: (5 - 7) 5.5.2 Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh tốc độ Sơ đồ mạch điện nguyên lý dùng IC khuếch đại thuật tốn được trình bầy trên hình 5.12 dưới đây: Hình 5.12: Sơ đồ nguyên lý mạch điều chỉnh tốc độ trong đĩ: Uwđ: tín hiệu đặt tốc độ Uw: tín hiệu phản hồi tốc độ lấy từ máy phát tốc Un: điện áp nguồn Un = ± 12V Uiđ: tín hiệu ra bộ điều chỉnh tốc độ Với các hệ truyền động ta thường phải dùng thêm khâu hạn chế tín hiệu đặt cho dịng điện bởi khi bắt đầu khởi động thì tín hiệu phản hồi tốc độ bằng 0, do đĩ tồn bộ điện áp đặt cho tốc độ được đưa tới đầu vào khâu điều chỉnh tốc độ nên tín hiệu đầu ra đặt cho dịng điện sẽ rất lớn làm dịng điện phần ứng sẽ rất lớn, đĩ là điều ta khơng mong muốn. Trong sơ đồ bộ điều chỉnh tốc độ ở trên, ta sử dụng mạch hạn chế bao gồm 2 điơt Đ1, Đ2 và hai biến trở thay đổi được giá trị thơng qua các con trượt. Mạch này cĩ đặc tính hạn chế như sau: Hình 5.13: Đặc tính khâu hạn chế dịng điện Với động cơ đã cho cĩ dịng phần ứng định mức là 24A lấy mức hạn chế của tín hiệu đặt dịng điện là 10V ® Với nguồn Un = 12V ® ®a1= 0,45 Tương tự ta tính được a2 = 0,45 trong trường hợp Uiđ < 0 Nếu dịng tải cĩ xu hướng tăng lên thì tín hiệu phản hồi dịng điện sẽ vượt quá trị số này, tín hiệu sai lệch dịng điện sẽ giảm đi làm điện áp đầu ra của bộ băm xung giảm do đĩ dịng tải sẽ tự động giảm xuống. Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ: Từ ; chọn kw = 0,1 Þ Chọn R2 = 10 KW Þ R1 = 10.0,8 = 8 [KW] Ta cĩ: Kp = 120,15 Từ Þ R3 + R4 = Kp.R1 = 120,15.8 » 962 [KW] Chọn R = R5 = R6 = 10 KW Diơt chọn loại B-10 cĩ các thơng số: Dịng trung bình: Itb = 10 A Điện áp ngược lớn nhất: Ungmax = 100 ¸ 1000V Sụt áp khi dẫn: DU = 0,7 V Chọn IC A1, A2 loại mA741 (cĩ các thơng số cho trong phụ lục) 5.6 Tổng hợp mạch vịng điều chỉnh vị trí 5.6.1 Nguyên tác xây dựng hệ điều chỉnh vị trí Hệ thống điều khiển vị trí được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp như trong cơ cấu truyền động cho tay máy, người máy, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, dây chuyền cắt giấy, cắt vải ... Yêu cầu của hệ điều chỉnh vị trí là phải điều chỉnh gĩc quay của trục động cơ tương ứng với dịch chuyển một quãng đường hay một gĩc đặt trước. Vị trí đặt trước này ( đại lượng đặt jđ, Xđ ) cĩ thể là hằng số hay theo một quy luật định sẵn. Thơng thường, lượng điều khiển là một hàm của thời gian. Nĩ cĩ thể là 1 hàm nhảy cấp, hàm tuyến tính, hàm parabol hay hàm điều hịa như hình vẽ 5 – 14. Hình 5.14: Lượng điều khiển Trong hệ điều khiển vị trí, chỉ tiêu chất lượng được quan tâm nhiều nhất là độ tác động nhanh của hệ. Điều này liên quan đến giản đồ tối ưu về tốc độ w(t), gia tốc e(t), vị trí j(t). Để xây dựng hệ điều khiển vị trí người ta dựa trên quy luật tối ưu tác động nhanh bằng việc nghiên cứu quỹ đạo pha chuyển động. Nếu lượng điều khiển là hàm nhảy cấp ta cĩ giản đồ w(t), e(t), j(t) và quỹ đạo pha tối ưu trên hình 5.15 dưới đây: Hình 5.15 Đối với giản đồ w(t), e(t) và j(t) ta cĩ: Với 0 < t < T/2 thì w(t) = emaxt j(t) = 1/2emaxt*t Với T/2 < t < T thì w(t) = emax(T- t) j(t) = 1/2emax(T- t*t/2 – T*T/4) Từ đây ta tính được: wmax|t = T/2 = emaxT/2 = trong đĩ thời điểm bắt đầu hãm là t = T/2 ứng với w = wmax Đối với quỹ đạo pha chuyển động: đường nét đậm là quỹ đạo chuyển hay cịn được gọi là đường cong hãm. Đường 1 và đường 3 ứng với độ dài dịch chuyển nhỏ với sai lệch vị trí Dj1(0) và Dj3(0), đường 2 ứng với độ dài dịch chuyển lớn cần thời gian chạy ổn định với w = wmax Nếu lượng điều khiển là hàm tuyến tính ta cĩ giản đồ w(t), e(t), j(t) và quỹ đạo pha tối ưu trên hình 5.16 Hình 5.16: giản đồ j(t), M(t), jM(t), w(t) và quỹ đạo pha chuyển động Như vậy dựa trên quy luật tối ưu tác động nhanh theo thời gian, ta đưa ra sơ đồ khối cấu trúc của hệ điều chỉnh vị trí chiều dài khổ vải đặt trước như hình 5.17 dưới đây. Nĩ bao gồm mạch vịng điều chỉnh dịng điện, tốc độ và vị trí với các bộ điều chỉnh dịng điện Ri, tốc độ Rw và vị trí Rx, khâu hạn chế tốc độ HCTĐ Hình 5.17: Sơ đồ cấu trúc mạch vịng điều chỉnh vị trí 5.6.2 Xác định bộ điều chỉnh vị trí theo nguyên lý tối ưu mơđun Sau khi tính tốn, biến đổi sơ đồ khối trên ta thu được sơ đồ cấu trúc mạch vịng điều chỉnh vị trí như hình dưới đây: trong đĩ: Kx, Tx: hệ số khuếch đại và hằng số thời gian của bộ đo lường vị trí Ktv: hệ số khuếch đại của hộp giảm tốc và cơ cấu trục vít – đai ốc để đặt chiều dài khổ vải cần cắt Rth(p) = 1/(1+T.p): hàm truyền đạt của bộ tạo tín hiệu điều khiển tốc độ ta mong muốn Ta cĩ: Ktv = 0,1; Kx = 0,01; Tx =0,001[s] Chọn T = 0,01[s] thay vào trên và bỏ qua các vơ cùng bé bậc cao Ta cĩ sơ đồ khối cấu trúc tương đương như sau: Hàm truyền đạt của đối tượng điều chỉnh là: = = Bỏ qua các vơ cùng bé bậc cao, áp dụng tiêu chuẩn tối ưu mơđun, ta cĩ khâu Rx(p) là bộ điều chỉnh PD cĩ dạng: 5.6.3 Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh vị trí Tín hiệu từ mạch đo vị trí Ufx và tín hiệu đặt ngưỡng Uđx được đưa tới mạch điều chỉnh vị trí thực chất là một khâu P lắp song song Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh vị trí Tín hiệu đặt vị trí được đưa vào đầu vào khơng đảo, cịn tín hiệu thực đưa vào đầu vào đảo. Nhằm tăng độ nhạy của bộ điều chỉnh này với sai lệch vị trí đặt, ta lắp thêm khâu vi phân ở đầu tín hiệu phản hồi vị trí. Tín hiệu đầu ra được hạn chế bởi hai điơt Zener Dz1 và Dz2 để điều chỉnh tín hiệu ra phù hợp với tầng tiếp theo. Nếu vì lý do nào đĩ mà sai lệch vị trí tăng lên quá cao thì tín hiệu đầu ra sẽ lớn làm cho điơt Dz1 hoặc Dz2 thơng. Do đĩ, điện áp đầu ra bị hạn chế bằng điện áp sụt trên hai điơt Zener. Hàm truyền của bộ điều chỉnh vị trí: Từ sơ đồ mạch điện nguyên lý, ta cĩ: ; Tính chọn các linh kiện chính: Chọn IC Ax1 là khuếch đại thuật tốn mA741 (cĩ thơng số ở phụ lục) Rx1 = 56 KW; Rx2 = 22 KW; Cx1 = 22 nF Rx3 = 56 KW; Rx4 = 56 KW; Rx5 = Rx6 = 520 KW Điơt Zener cĩ điện áp ngưỡng 10 V 5.6.4 Khâu tạo tín hiệu đặt độ dài khổ vải Độ dài khổ vải hay vị trí của chuyển động được đặt thơng qua mạch tạo tín hiệu đặt, nhờ đĩ độ dài khổ vải cĩ thể thay đổi được tùy theo yêu cầu. Tín hiệu đặt nhỏ, ta dùng mạch khuếch đại để đưa tín hiệu đủ lớn cho tầng tiếp theo. Sơ đồ mạch tạo tín hiệu đặt vị trí (độ dài khổ vải) Sơ đồ cĩ một mạch khuếch đại đảo nối tiếp với một khâu lặp áp nhằm đưa đúng dấu điện áp điều khiển. Hệ số khuếch đại cĩ thể thay đổi được bằng cách điều chỉnh điện trở R3 và R6. Để đổi chiều quay của động cơ ta thay đổi cực tính của điện áp vào Utv bằng cách dịch chuyển con trượt trên biến trở về phía nguồn –12V Chọn IC Ađ1,Ađ2 là loại mA741 (cĩ thơng số ở phụ lục) R1 = R4 = R5 = 10 [KW] R2 = R3 = 20 [KW] Rb1 = Rb2 = 8 [KW] 5.7 Sơ đồ mơ phỏng simulink hệ thống điều khiển vị trí cụm băng tải Sơ đồ mơ phỏng simulink hệ thống điều khiển vị trí cụm băng tải và các tín hiệu đầu ra được trình bày như sau: Kết quả mơ phỏng với tín hiệu đặt là Uzđ = 0,1 V; 0,2 V như sau: Dạng ra của dịng điện Dạng ra của dịng điện khi tín hiệu đặt Uxđ = 0,1V khi tín hiệu đặt Uxđ = 0,1V Dạng ra của tốc độ Dạng ra của tốc độ khi tín hiệu đặt Uxđ = 0.1V khi tín hiệu đặt Uxđ = 0.2V Dạng ra của vị trí Dạng ra của vị trí khi tín hiệu đặt Uxđ = 0.1V khi tín hiệu đặt Uxđ = 0.2V Nhận xét: Qua mơ phỏng với tín hiệu đặt là độ dài khổ vải, ta thấy hệ thống vị trí đã tổng hợp đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng cũng như cơng nghệ đặt ra. KẾT LUẬN Sau hơn ba tháng thực hiện đồ án cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Phạm Cơng Ngơ cùng với sự giúp đỡ của các thầy cơ giáo trong bộ mơn điều khiển tự động và các bạn sinh viên, chúng em đã hồn thành đồ án “ Nghiên cứu và tổng hợp hệ thống điều khiển dây chuyền cắt vải mành tại cơng ty Cao su SAO VÀNG Hà Nội”. Đồ án đã đạt được một số kết quả như sau: Đưa ra cái nhìn tổng quát về cơng nghệ sản xuất lốp ơ tơ tại nhà máy Cơng ty Cao su SAO VÀNG Hà Nội. Khảo sát và nắm được nguyên lý hoạt động của dây chuyền cắt vải mành RC – BH1 Thiết kế được hệ thống điều khiển PLC S7 – 200 cho dây chuyền cắt vải mành RC – BH1 Thay thế động cơ xoay chiều của băng tải bằng động cơ một chiều điều khiển bằng phương pháp băm xung áp. Thiết kế và tính chọn các phần tử của mạch lực, mạch điều khiển bộ băm xung áp. Tổng hợp các mạch vịng điều chỉnh cho hệ thống điều khiển mới tại cụm băng tải và thực hiện mơ phỏng băng SIMULINK của MATLAB. Qua việc mơ phỏng nhận thấy hệ thống điều khiển vị trí tại cụm băng tải đã đáp ứng được yêu cầu về chất lượng và cơng nghệ đề ra. Qua việc quan sát trạng thái các đèn LED nối với PLC, ta thấy chương trình điều khiển nạp cho PLC đã chạy đúng theo yêu cầu cơng nghệ đặt ra. Tuy nhiên do thời gian cĩ hạn và trình độ cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi những thiếu sĩt, chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy cơ giáo và các bạn sinh viên khác dể đồ án được hồn thiện. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phạm Cơng Ngơ cùng các thầy cơ giáo trong bộ mơn và tồn thể các bạn sinh viên! Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2008 Ngơ Hồng Hải Vũ Đại Dương Tài liệu tham khảo TSKH Nguyễn Phùng Quang, “Điều khiển truyền động điện thơng minh” Nhà xuất bản Khoa học Kĩ thuật – 2002 Phạm Cơng Ngơ, “Lý thuyết điều khiển tự động” Nhà xuất bản Khoa học Kĩ thuật – 1992 ALLWELL “Hướng dẫn vận hành máy cắt vải mành AW – HB – 1A” Nguyễn Dỗn Phước – Phan Xuân Minh, “Tự động hĩa với SIMANTIC S7-200” Nguyễn Bính, “Điện tử cơng suất” Nhà xuất bản Khoa học Kĩ thuật – 1996 Nguyễn Văn Liễn, Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi, “Điều chỉnh tự động Truyền động điện” Nhà xuất bản Khoa học Kĩ thuật – 1999 Cyril W.Lander, Lê Văn Doanh dịch, “Điện tử cơng suất và điều khiển động cơ điện” Nhà xuất bản Khoa học Kĩ thuật – 1997 Viện thiết kế máy năng lượng và mỏ, “Hướng dẫn vận hành máy cắt vải nằm CVN14” Dương Minh Trí, “Sơ đồ chân linh kiện bán dẫn” Nhà xuất bản Khoa học Kĩ thuật – 1999 Semicon indexs volume 1 – International transistor index 1999. ._.