Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 1 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẮT ỐNG TỰ ĐỘNG TẠI CÔNG TY DOOSAN VIỆT NAM CONSTRUCTION AND DESIGN AUTOMATED CUTTING PIPE SYSTEM AT DOOSAN VIETNAM COMPANY SVTH: Lê Văn Trực, Lương Văn Vân Lớp 07C1B, Khoa Cơ Khí, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng GVHD: ThS. Trần ngọc Hải, TS. Đinh Minh Diệm Khoa Cơ Khí, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Hiện nay, dây chuyền cấp phôi tự động kết hợp với gia công tích hợp nhiều nguyên công để chế tạo chi tiết máy được sử dụng ngày càng nhiều, đặc biệt là ở các nước có nền công nghiệp phát triển tiên tiến và hiện đại. Dựa trên cơ sở các thiết bị điều khiển tự động và tính chất tự lăn của các ống tròn đề tài nguyên cứu được áp dụng để thiết kế và chế tạo mô hình cấp và cắt phôi thép ống tự động được điều khiển bằng PLC. ABSTRACT Nowadays, the supply chain automatically workpieces combining with the integrated multi - operations processing to create machine parts is being used increasingly, especially in those countries who have advanced and modern industry. Basing on automatic control devices and free rolling ability of the circular tube, thesis is applred to design and create model of automated feeding and cutting steel pipe workpieces system by control PLC S7-200. 1. Đặt vấn đề Xu thế sản xuất hiện đại là tự động hóa ngày càng cao các quá trình gia công nhằm đáp ứng được với các nhu cầu của nền sản xuất theo kinh tế thị trường và nâng cao sức cạnh tranh của một doanh nghiệp. Sự phát triển đó cũng tạo khả năng nâng cao trình độ kỹ thuật của người lao động bằng việc sử dụng các công nghệ sản xuất tiên tiến trên các máy hiện đại cũng như làm cho công việc của người công nhân cơ khí ngày một văn minh hơn. Vì vậy lĩnh vực sản xuất tự động ngày càng được các nhà thiết kế và công nghệ chế tạo cơ khí quan tâm hơn, trên cơ sở này cùng với quá trình khảo sát thực tế trong đợt thực tập tốt nghiệp vừa qua tại chính các đơn vị sản xuất, chúng tôi đã tìm hiểu và tiến hành nguyên cứu để thực hiện đề tài này. Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi sẽ giới thiệu về ba bộ phận của một hệ thống sản xuất tự động, đó là bộ phận cấp phôi, bộ phận gia công cắt, bộ phận lưu trữ phôi, đặc biệt phôi được sử dụng là ống thép có tỷ lệ chiều dài trên đường kính lớn, hệ thống được điều khiển tự động bằng PLC. Hệ thống sản xuất này được ứng dụng để cung cấp các ống thép có chiều dài theo yêu cầu nhằm hàn nối các ống lại với nhau sau đó tiến hành uốn các ống này lại thành các sản phẩm được sủ dụng trong các nhà máy nhiệt điện. Ngoài ra hệ thống cấp phôi này còn có thể ứng dụng cho các dây chuyền sản xuất và chế tạo khác có liên quan đến phôi dạng ống. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 2 Mô hình thực tế được chế tạo dựa trên phôi liệu là ống nhựa chiều dài L = 900mm, đường kính d = 27mm và độ dày ống là x = 2mm, số ống được sử dụng trong mô hình là 24 ống. Hệ thống điều khiển được sử dụng trong đề tài là điều khiển bằng PLC với các tín hiệu điều khiển chủ yếu là hệ thống khí nén. 2. Nội dung Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống cấp và cắt phôi tự động. Thiết kế chu trình hoạt động của hệ thống. Xây dựng thuật toán điều khiển và viết chương trình cho PLC S7-200. 2.1 Thiết kế và chế tạo mô hình cấp và cắt phôi tự động 2.1.1 Bộ phận cấp phôi Nguyên lý chính của hệ thống cấp phôi là vận dụng khả năng tự lăn của phôi là dạng ống tròn, khi có điều kiện tác động vào ống thì ống sẽ dịch chuyển đến vị trí cần đặt để thục hiện các mục đích khác nhau. - Cơ cấu nâng ống: cơ cấu này hoạt động dựa trên nguyên tắc biến chuyển động tịnh tiến của xi lanh thành chuyển động quay của cơ cấu thông qua khớp quay, hình 1 - Thanh đỡ ống: các thanh đỡ khác nhau được thiết kế có độ nghiêng để ống có thể tự lăn trên các thanh này nhằm thực hiện các chuyển động cần thiết, hình 2. 2.1.2 Bộ phận gia công cắt - Cơ cấu dịch chuyển ống: đây là một hệ thống các con lăn hoạt động như một băng tải nhằm dịch chuyển ống theo phương dọc trục vào trong hệ thống cắt, kích thước của ống cắt tùy thuộc vào chuyển động của hệ thống này, việc dẫn động cho hệ thống được thực hiện qua bộ truyền xích, hình 3. - Cơ cấu cắt: lưỡi cắt dạng tròn, chuyển động cắt thực hiện nhờ chuyển động quay của động cơ tăng tốc qua bộ truyền xích, chuyển động chạy dao thực hiện nhờ chuyển động tịnh tiến của xilanh, hình 4. - Cơ cấu kẹp ống: cơ cấu kẹp bằng khối V, lực kẹp được tạo ra nhờ chuyển động của xi lanh, hình 4. 2.1.3 Bộ phận lưu trữ phôi - Cơ cấu vận chuyển ống: cơ cấu này thực hiện các chuyển động nâng hạ để vận chuyển đủ số ống đến các tầng lưu trữ ống khác nhau, chuyển động của cơ cấu được tạo ra nhờ chuyển động quay của động cơ thông qua bộ truyền xích và chuyển động lăn của ổ bi lăn trong thanh dẫn hướng, hình 5. - Hệ thống lưu trữ: nhận ống từ cơ cấu vân chuyển ống, gồm có 4 tầng được thiết kế đủ để lưu trữ 24 ống, với mỗi tầng là 6 ống. Hình 1:cơ cấu nâng Hình 2:thanh đỡ ống Hình 3:dịch chuyển ống Hình 4:dịch chuyển ống Hình 5: vận chuyển ống Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 3 2.2 Thiết kế chu trình hoạt động của hệ thống Chu trình hoạt động của hệ thống được tóm tắt như sau: Ban đầu khi cung cấp ống cho hệ thống song, nhấn nút khởi động hệ thống thì cơ cấu nâng hoạt động đưa ống vào cơ cấu dịch chuyển ống, khi ống vào đây, với kích thước ống cần cắt được lập trình sẵn thì cơ cấu này sẽ vận chuyển để đưa ống vào hệ thống cắt với kích thước cần cắt,ở đây ống được kẹp chặt và cắt đúng với kích thước như yêu cầu, khi cắt song ống lại được vận chuyển trở ra vị trí trước đó, sau đó cơ cấu nâng sẽ đưa ống vào dàn trung gian trước khi đưa vào cơ cấu vận chuyển ống, khi đủ số ống theo yêu cầu thì cơ cấu vận chuyển hoạt động để cung cấp ống cho các tầng khác nhau của hệ thống lưu trữ ống, khi hệ thống đã lưu trữ đủ số ống thì máy sẽ ngừng hoạt động. 2.3 Xây dựng thuật toán điều khiển và viết chương trình cho PLC Thiết lập biểu đồ GRAFCET để viết chương trình điều khiển cho PLC S7-200. Ta có các ký hiệu các biến như sau: Bảng 1: các tín hiệu điều khiển Bảng 1: các tín hiệu điều khiển Các tín hiệu đầu vào Các tín hiệu đầu ra Nút khởi động: m o Con tắc hành trình xilanh A lùi về: a o Con tắc hành trình xilanh A đẩy ra: a 1 Con tắc hành trình xilanh B lùi về: b o Con tắc hành trình xilanh B đẩy ra: b 1 Con tắc hành trình xilanh C lùi về: c o Con tắc hành trình xilanh C đẩy ra: c 1 Con tắc hành trình xilanh D lùi về: d o Con tắc hành trình xilanh D đẩy ra: d 1 Con tắc hành trình xilanh E lùi về: e o Con tắc hành trình xilanh E đẩy ra: e 1 Con tắc hành trình xilanh F lùi về: f o Con tắc hành trình xilanh F đẩy ra: f 1 Con tắc hành trình tầng 1: z 1 Con tắc hành trình tầng 2: z 2 Con tắc hành trình tầng 3: z 3 Con tắc hành trình tầng 4: z 4 Tín hiệu xung từ encoder: x Cảm biến đếm số ống: s o Xilanh A lùi về nâng ống : A - Xilanh A đẩy ra về vị trí cũ: A + Xilanh B lùi về nâng ống: B - Xilanh B đẩy ra về vị trí cũ: B + Xilanh C lùi về nâng ống: C - Xilanh C đẩy ra về vị trí cũ: C + Xilanh D lùi về thả ống: D - Xilanh D đẩy ra về vị trí cũ: D + Xilanh E đẩy ra kẹp ống: E + Xilanh E lùi về: E - Xilanh F đẩy ra chạy dao cắt: F + Xilanh F lùi về: F - Động cơ 1 quay thuận: DC1 + Động cơ 1 quay nghịch: DC1 - Động cơ 1 dừng: DC1=0 Động cơ 2 quay: DC1=1 Động cơ 2 dừng: DC1=0 Động cơ 3 quay thuận: DC3 + Động cơ 3 quay nghịch: DC3 - Động cơ 3 dừng: DC3=0 Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 4 Hình 6: giản đồ grafcet 0 1 A - A0 s 0 2 3 DC1 + DC1=0, E + , t/3/5s x a 0 4 DC2=1, F + e 1 , t/3/5s 5 6 F - DC2=0, E - f 0 f 1 7 8 DC1 - DC1=0, t/8/5s x e 0 B - b 0 , Z 1 , t/8/5s A + b 1 10 C - , B + C + t/11/5s, TCU1/11/3 D - TCU2/12/1- 13.1 D + Z 1 ,CTU/11/0-1 d 1 12.2 13.2 DC3 + DC3=0, D - Z 2 ,CTU/12/3- Z 1 , CTU2/11/2- c 0, TCU1/10/1-2-3 d 0 14. 12.3 13.3 DC3 + DC3=0, D - Z 3 ,CTU/12/5-6 TCU2/11/4-5 d 0 14.2 12.4 13.4 DC3 + DC3=0, D - Z 4 , CTU/12/7- TCU2/11/6-7 d 0 14.3 D + D + D + 15 DC3 - d 1 d 1 15 DC3 - Z 1 Z 1 Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 5 3. Kết luận Đã chế tạo thành công mô hình và cắt phôi tự động, ứng dụng bộ khả lập trình PLC S7 – 200 , CPU 224 để điều khiển. Đề tài này có thể làm tài liệu phục vụ cho học tập và nghiên cứu của sinh viên khoa Cơ Khí. Đây là một mô hình tổng hợp toàn bộ các đồ án môn học của chuyên ngành chế tạo máy. Mô hình nghiên cứu, mô phỏng lại chu trình làm việc của một dây chuyền sản xuất tự động, mô hình hoạt động cho ta thấy được quy trình làm việc khép kín của các hệ thống sản xuất hiện đại. Hướng phát triển của đề tài này là có thể kết nối giao diện với máy tính để điều khiển. Đề tài này có thể ứng dụng chế tạo thực tế, phục vụ cho quá trình sản xuất. … TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Lê Văn Tiến, PGS.TS Ninh Đức Tốn, PGS.TS Trần Xuân Việt, Sổ tay Công nghệ chế tạo máy, tập 1-2-3, Nxb Khoa học và Kỹ thuật. [2] PGS. TS Phạm Đắp, PGS. TS Trần Xuân Tùy (1998), Điều khiển tự động trong lĩnh vực cơ khí, tập 1, Nxb Giáo dục. [3] Nguyễn Ngọc Phương (1999), Hệ thống điều khiển bằng khí nén, Nxb Giáo dục. [4] Châu Mạnh Lực, Giáo trình sản xuất tự động, ĐH Bách khoa Đà Nẵng. . tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 1 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẮT ỐNG TỰ ĐỘNG TẠI CÔNG TY DOOSAN. chủ yếu là hệ thống khí nén. 2. Nội dung Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống cấp và cắt phôi tự động. Thiết kế chu trình hoạt động của hệ thống. Xây