MỤC LỤC

MỤC LỤC.. 1

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH.. 3

LỜI MỞ ĐẦU.. 5

1. Đặt vấn đề. 5

2. Mục đích của đồ án. 5

3. Nội dung đồ án. 5

4. Phạm vi nghiên cứu. 6

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CỬA NHỰA VÀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CỬA NHỰA LÕI THÉP uPVC.. 7

1.1 Tổng quan về cửa nhựa. 7

1.1.1 Lịch sử phát triển cửa nhựa. 7

1.1.2 Ưu, nhược điểm của cửa nhựa. 8

1.2 Các dạng cửa nhựa theo hệ. 10

1.3 Các loại hình sản xuất cửa nhựa. 15

1.4 Dây chuyền sản xuất cửa nhựa. 17

1.5 Một số loại máy hàn cửa nhựa trên thị trường Việt Nam. 23

CHƯƠNG II: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY HÀN NHỰA HAI ĐẦU.. 25

2.1 Cấu tạo của máy hàn nhựa hai đầu. 25

2.1.1 Đặc điểm máy hàn cửa nhựa hai đầu Euromatec. 25

2.1.2 Cấu tạo máy hàn nhựa hai đầu. 27

2.1.3 Sơ đồ cấu trúc, sơ đồ nguyên lý điều khiển máy hàn nhựa hai đầu. 33

2.1.4  Sơ đồ cấu trúc điều khiển máy hàn nhựa hai đầu. 36

2.1.5 Sơ đồ mạch điều khiển, mạch động lực của máy hàn nhựa hai đầu. 37

2.2. Nguyên lý làm việc của máy hàn nhựa hai đầu. 38

2.2.1 Bảng điều khiển máy hàn nhựa hai đầu. 38

2.2.3 Quá trình hoạt động của hệ thống van điện từ, xy lanh khí nén. 41

2.3. Mô phỏng nguyên lý làm việc của máy hàn nhựa hai đầu trên phần mềm Automation Studio. 45

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY HÀN NHỰA HAI ĐẦU   49

3.1 Yêu cầu thiết kế. 49

3.1.1 Mục đích thiết kế mô hình. 49

3.1.2 Khả năng làm việc và các thông số cơ bản. 49

3.2 Thiết kế chi tiết cơ khí của mô hình máy hàn nhựa hai đầu. 50

3.2.1 Khung đỡ và thanh trượt 51

3.2.2 Hai cụm đầu hàn. 52

3.3 Thiết kế hệ thống điện, điều khiển của mô hình máy hàn nhựa hai đầu. 56

3.3.1 Phương pháp điều khiển. 56

3.3.2 Tìm hiểu arduino và kit arduino Mega 2560. 58

3.2.3 Các thiết bị, linh kiện sử dụng điều khiển mô hình. 63

3.3.4 Lập trình điều khiển và mô phỏng. 72

3.4 Lắp ráp và thử nghiệm.. 77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

PHỤ LỤC.. 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 90

LỜI MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề

Trong mỗi ngôi nhà hay các tòa nhà cao ốc, chung cư. Cửa là bộ phận rất quan trọng và là một phần không thể thiếu ở các hạ mục công trình. Ngày nay  những bộ cửa không chỉ là ngăn cách không gian tạo lối di chuyển hay một phần kết nối với môi trường bên ngoài. Nó còn để trang trí, là điểm nhấn tăng thêm tính thẩm mỹ cho toàn bộ kiến trúc ngôi nhà. Tại Việt Nam trong 10 năm trở lại đây trong vật liệu xây dựng, bên cạnh các dòng cửa truyền thống như cửa gỗ, cửa nhôm đã xuất hiện cửa nhựa lõi thép uPVC. 

Lý do chọn đề tài: để có một sản phẩm cửa nhựa lõi thép uPVC thật hoàn hảo, ta cần rất nhiều công đoạn và theo nhiều quy trình nghiêm ngặt. Một trong nhưng quy trình đó là sử dụng máy hàn cửa nhựa để kết nối các thành phần của cửa lại với nhau. Do đó nhóm chúng tôi đã lấy đề tài : “Thiết kế chế tạo mô hình máy hàn nhựa hai đầu” để làm đề tài của đồ án tốt nghiệp.

2. Mục đích của đồ án

- Hiểu được cơ sở lý thuyết điều khiển của hệ thống máy hàn nhựa hai đầu trong dây chuyền sản xuất cửa nhựa.

- Thiết kế chế tạo được mô hình máy hàn nhựa hai đầu.

3. Nội dung đồ án

Đồ án được trình bày với nội dung như sau:

Chương 1: Tổng quan về cửa nhựa và dây chuyền sản xuất cửa nhựa lõi thép uPVC.

- Thuyết minh tổng quan về cửa nhựa.

- Các dạng cửa nhựa theo hệ.

- Các loại hình sản xuất cửa nhựa.

- Dây chuyền sản xuất cửa nhựa.

- Một số loại máy hàn nhựa.

Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy hàn nhựa hai đầu.

- Thuyết minh về sơ đồ cấu trúc, sơ đồ nguyên lý điều khiển, sơ đồ điều khiển, mạch động lực.

- Nguyên lý làm việc của máy hàn nhựa hai đầu.

- Mô phỏng nguyên lý làm việc của máy hàn nhựa hai đầu trên phần mềm Automation Studio.

Chương 3: Thiết kế và chế tạo mô hình máy hàn nhựa hai đầu.

- Thiết kế chi tiết cơ khí, điện, điều khiển của mô hình máy hàn nhựa hai đầu.

- Chế tạo, lắp đặt máy hàn nhựa hai đầu.

 - Thử nghiệm máy hàn nhựa hai đầu.

Kết luận và kiến nghị.

Tài liệu tham khảo.

4. Phạm vi nghiên cứu

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của hệ thống máy hàn nhựa hai đầu.

- Thiết kế chế tạo mô hình máy hàn nhựa hai đầu.

- Thử nghiệm, mô phỏng quá trình làm việc của máy hàn nhựa hai đầu trên mô hình.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CỬA NHỰA VÀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CỬA NHỰA

LÕI THÉP uPVC

Hiện nay, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng sản phẩm cửa nhựa lõi thép không còn xa lạ với người dân và doanh nghiệp. Cửa nhựa uPVC mới được đưa vào nghành xây dựng cách đây hơn 3 thập niên, loại cửa tiên tiến này đang dần thay thế các loại cửa truyền thống (là cửa gỗ và cửa nhôm) với các đặc tính vượt trội của nó. 

1.1 Tổng quan về cửa nhựa.

Ngày nay, cửa nhựa đã có mặt tất cả các nước trên thế giới. Cửa nhựa đã được lắp đặt ở Châu Âu gần 100 năm nay và đã được kiểm chứng về độ bền của thanh profile. 

1.1.1 Lịch sử phát triển cửa nhựa.

 - Ra đời từ những thập niên 60 của thế kỷ trước, được ứng dụng rộng rãi ở châu âu những năm 80, nhờ công xưởng Trung Quốc những năm 90, cửa uPVC đã trở nên phổ khắp thế giới.

- Tại Việt Nam cửa nhựa xuất hiện cuối những năm 80, được nhập khẩu thành phẩm từ Đức sử dụng cho các tòa nhà đại sứ quán hay chuyên viên nước ngoài làm việc.

-  Năm 1992 Công ty Tân Đô là đơn vị đầu tiên ở Việt Nam nhập khẩu dây truyền sản xuất cửa nhựa uPVC về gia công tại Việt Nam, máy móc, linh phụ kiện, nguyên vật liệu đều được nhập khẩu từ Đức với thương hiệu GERMAN DOOR. 

1.1.2 Ưu, nhược điểm của cửa nhựa.

a. Ưu điểm của cửa nhựa

Ưu điểm của cửa nhựa lõi thép thường nổi bật ở những đặc điểm sau:

- Độ ổn định cao so với các loại cửa thông thường: Cửa nhôm mỏng nên dễ bị biến dạng khi bị va đập hoặc tác động mạnh, cửa sắt tuy bền hơn nhưng lớp sơn bên ngoài dễ bị bong tróc mất thẩm mĩ, thời gian tồn tại của sơn cũng chỉ được 2, 3 năm phải sơn lại. Ngoài ra với sản phẩm từ nhựa uPVC phủ lớp chống oxy, cửa nhựa lõi thép có thể ổn định hơn 10 năm mà không bị ố vàng tùy theo điều kiện môi trường khi sử dụng.

- Khả năng cách âm, cách nhiệt vượt trội: Cấu tạo từ chất liệu nhựa độ dẫn nhiệt thấp cùng với thiết kế hộp nhiều khoang trống nên khả năng cách âm, cách nhiệt của cửa nhựa lõi thép so với các loại cửa khác là rất cao.

b. Nhược điểm của cửa nhựa

Tuy cửa nhựa lõi thép hoàn hảo như vậy, nhưng nhược điểm của cửa nhựa lõi thép vẫn không hẳn là không có.

- Bị xệ cánh: Dù là cửa nhựa chất lượng cao hay cửa nhựa giá rẻ thì xệ cánh là hiện tượng không thể nào tránh khỏi của dòng sản phẩm này. Nguyên nhân gây ra hiện tượng xệ cánh của cửa chính là do liên kết bằng nhựa nên nó không đảm bảo được độ cứng như các loại cửa sắt, cửa gỗ khác. Để khắc phục tình trạng này chúng ta có thể nêm cố định kính nhưng nó cũng chỉ là tạm thời chứ không trị dứt điểm được.

- Dễ bị cạy cửa đột nhập: Mặc dù được giới thiệu là độ an toàn và bảo mật cao song loại cửa này vẫn rất dễ bị cạy, vô hiệu hóa các khóa và kẻ gian có thể đột nhập vào nhà dễ dàng.

1.2 Các dạng cửa nhựa theo hệ.

Cửa nhựa lõi thép uPVC cung cấp một hệ thống đa dạng các phong cách và thiết kế. Cho dù bạn đang xây dựng một ngôi nhà mới hiện đại hoặc cải tạo một công trình lớn hơn, cửa nhựa lõi thép uPVC có thể đáp ứng được nhiều tiêu chuẩn, kiến trúc khác nhau sao cho phù hợp.

Cửa sổ uPVC ngày nay có thể phù hợp với bất kỳ loại địa hình nào từ nhà ở, căn hộ với các tòa nhà thương mại như khách sạn, bệnh viện và các khối văn phòng hiện đại. Với tính linh hoạt tuyệt vời của chúng, cửa nhựa lõi thép sẽ làm hài lòng bất kỳ phong cách và thiết kế nào bởi sự đa dạng của nó

1.3 Các loại hình sản xuất cửa nhựa.

Trong thực tiễn có rất nhiều kiểu, dạng sản xuất cửa nhựa khác nhau. Sự khác biệt về kiểu, dạng sản xuất có thể do sự khác biệt về trình độ, trang bị kỹ thuật, trình độ tổ chức sản xuất, về tính chất sản phẩm.

Mỗi kiểu, dạng sản xuất đòi hỏi phải áp dụng một phương pháp quản trị thích hợp. Do đó phân loại sản xuất là một yếu tố quan trọng, là cơ sở để doanh nghiệp lựa chọn phương pháp quản trị sản xuất phù hợp. Cũng vì lý do trên, việc phân loại này phải được tiến hành trước khi thực hiện một dự án quản trị sản xuất. Tuy nhiên người ta có thể thực hiện phân loại sản xuất theo các đặc trưng sau đây:

- Số lượng sản phẩm sản xuất.

- Tổ chức các dòng sản xuất.

- Mối quan hệ với khách hàng.

- Kết cấu sản phẩm.

- Khả năng tự chủ trong việc sản xuất sản phẩm.

1.4 Dây chuyền sản xuất cửa nhựa.

Cửa nhựa lõi thép ngày càng chiếm trọn lòng tin của người tiêu dùng. Để làm ra được một cửa nhựa lõi thép hoàn chỉnh phải trải qua rất nhiều quy trình sản xuất khác nhau. Ngoài việc nhập khẩu các nguyên liệu như các loại thanh nhựa, các loại kính còn tiến hành vô số công đoạn mới cho ra đời được một sản phẩm theo yêu cầu khách hàng. 

a. Quy trình chuẩn bị:

Để thiết kế được một sản phẩm cửa nhựa lõi thép như ý bộ phận kỹ thuật phải tiến hành khảo sát công trình, tư vấn lắp đặt từ đó lấy các thông tin đo đạc các chiều hợp lý của cửa.

Lựa chọn các nguyên liệu phù hợp nhất, đúng loại, không lấy thừa quá nhiều để tránh lãng phí làm tăng chi phí giá thành, với kính lựa chọn loại kính phù hợp với mục đích sử dụng hoặc theo ý kiến khách hàng, thanh thép phù hợp, lựa chọn các phụ kiện phù hợp.

b. Tiến hành cắt nhựa, thanh thép:

Cắt nhựa: quá trình cắt nhựa phải đảm bảo việc vận hành và thao tác theo đúng quy trình kỹ thuật vận hành máy, trong quá trình cắt phải tính toán sao cho tỷ lệ sử dụng của thanh nhựa là tối đa, luôn ưu tiên thanh dài cắt trước ngắn cắt sau để có thể tận dụng được hết giá trị thanh nhựa.

Sau khi cắt phải kiểm tra lại góc độ cắt và chiều dài thanh nhựa xem đã đảm bảo được yêu cầu. Để đảm bảo tính chính xác yêu cầu kiểm tra từ 2-3 lần.

d. Tiến hành hàn và làm sạch các góc:

Sau khi thanh nhựa được khoan xong phải kiểm tra lại chất lượng kích thước cụ thể. Sau đó sắp xếp các loại thanh theo từng bộ gọn gàng, để tiến hành hàn lại với nhau.

Trước khi tiến hành hàn cần kiểm tra lại nhiệt độ mũi hàn, góc độ máy hàn và sử dụng miếng kê đúng chủng loại thanh cần hàn, sau khi đã định vị thanh nhựa trên máy ta dùng mắt thường kiểm tra xem các máy đã thẳng chưa rồi mới tiến hành hàn.

f. Công đoạn cắt kính và vào kính:

Cắt kính và cắt nẹp kính: trước khi tiến hành cắt kính phải kiếm tra xem

kính có bị nứt rạn gì không. Sau đó tiến hành cắt kính theo đúng kích thước.

Yêu cầu cắt kính:

- Đối với hệ mở quay: các loại cửa mở quay và vách kính cố định cắt thụt so với kích thước thực tế là 5mm.

- Đối với hệ mở trượt: cắt thụt so với kích thước thực tế của cửa từ 3 đến 5mm.

- Kính cắt phải đảm bảo vuông 90°.

1.5 Một số loại máy hàn cửa nhựa trên thị trường Việt Nam.

Trên thị trường hiện nay có khá nhiều loại máy hàn cửa nhựa  của một số hãng sản xuất như OKNA, SHWB4, OKIA, EUROMATEC. Kết cấu cũng như giá thành của các loại máy đều khác nhau. Sau đây là một số loại máy hàn dùng trong sản xuất cửa nhựa có mặt trên thị trường.

- Máy hàn 4 đầu loại đứng : dùng để hàn những khung đơn giản, có 4 điểm hàn tại một thời điểm hàn.

- Máy hàn 4 đầu loại nằm ngang: dùng để hàn những khung phức tạp có chia nhiều đố, hàn 4 điểm thẳng hàng cùng một thời điểm.

CHƯƠNG II: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY HÀN NHỰA HAI ĐẦU

Ở chương một nhóm đồ án đã tìm hiểu tổng quan về cửa nhựa và dây chuyền sản xuất cửa nhựa lõi thép, với nhiều công đoạn quy trình khác nhau thực hiện mới tạo ra được sản phẩm cửa nhựa lõi thép. Trên thế giới hay tại Việt Nam, sản xuất hiện đại hay thủ công, thì không bao giờ không có khâu gia công hàn ghép nối các góc thanh nhựa lại với nhau để tạo thành khung cánh hay khung cửa. Để ghép nối các góc bao chúng thường sử dụng mối hàn nhiệt, mối hàn đó được hàn bằng máy hàn nhựa. Hàn bằng tay hay hàn tự động do nhà sản xuất lựa chọn, máy hàn nhựa có rất nhiều kiểu máy và các hãng khác nhau. 

2.1 Cấu tạo của máy hàn nhựa hai đầu.

2.1.1 Đặc điểm máy hàn cửa nhựa hai đầu Euromatec

Máy hàn nhựa hai đầu EUROMATEC là sản phẩm chính hãng của công ty EUROMATEC tại Thượng Hải. Máy được sản xuất theo dây chuyền công nghệ mới 2016: ép góc toàn khối, sơn tĩnh điện công nghệ Nhật, dây truyền oxy hóa ANODIC…

Đặc điểm nổi bật:

- Máy vận hành bằng công nghệ tiên tiến, sử dụng truyền động bằng áp suất khí.

- Bộ phận điều khiển sử dụng PLC, thao tác điều khiển vô cùng đơn giản nhưng độ chính xác cao.

- Chiều cao hàn phôi 20~120mm

- Phạm vi góc độ hàn là 30~ 180 độ C

- Nhiệt độ hàn 245~270 độ C

- Sử dụng bộ điều khiển PLC

- Điện áp: 220v – 50 Hz

- Công suất: 2100 w

- Kích thước: 1100x1600x4300

- Khối lượng: 700 Kg

2.1.2 Cấu tạo máy hàn nhựa hai đầu.

Các loại máy hàn nhựa hai đầu được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau, nhưng nhìn chung về kết cấu cũng như cách thức hoạt động của chúng khá giống nhau. Các hãng thiết kế đã tính toán thiết kế rất kỹ lưỡng nhiều bộ phận kết hợp lại với nhau bao gồm cả cơ khí, điện tử, tự động hóa. 

a. Tủ điện, bộ điều khiển:

Tủ điện: Vỏ tủ được sản xuất trên công nghệ hiện đại phun sơn tĩnh điện, có khả năng chống gỉ, điều kiện khắc nghiệt của môi trường sản xuất, vừa đảm bảo được tính thẩm mỹ và tránh oxy hóa  lên bề mặt vỏ tủ điện. Sản xuất theo hình dạng chữ nhật có hai lớp cánh, được gắn đồng hồ  trên mặt dùng để điều chỉnh áp suất cho hệ thống. Ở bên cạnh có một công tắc vặn để đóng ngắt hệ thống.

Bộ điều khiển: Máy hàn nhựa hai đầu EUROMATEC sử dụng bộ điều khiển PLC Delta DVP-24EC-010. Đây là bộ não của máy xử lý toàn bộ chương trình, các hoạt động của máy. PLC nhận tín hiệu từ các nút nhấn, xử lý thông tin và điều khiển các van điện từ 5 cửa 2 vị trí, từ đó điều khiển các xy lanh khí nén được gắn với các cơ cấu cơ khí, lưỡi hàn, thanh chặn. 

b. Thân máy, giá đỡ và hệ thống trượt:

Thân máy, giá đỡ và hệ thống trượt được nhà sản xuất tính toán thiết kế một cách chắc chắn với độ cứng vững cao nhằm đảm bảo tính ổn định trong quá trình làm việc của máy. Điều này làm giảm sai lệch hình dạng, kích thước trong quá trình hàn. Thân máy được làm khung bằng thép hộp, làm kín bằng thép tầm dày, phun sơn chống gỉ. Đảm bảo độ cứng vững cũng như chống được những va chạm, tính khắc nghiệt của môi trường làm việc và tính thẩm mỹ của sản phẩm.

c. Hệ thống van điện từ, xy lanh khí nén:

Máy hàn có hai đầu hàn, mỗi đầu hàn được gắn trên đó các cụm van điện từ điều khiển các xy lanh khí nén. Nguồn khí nén được lấy từ máy nén khí qua các van điều chỉnh áp suất đưa vào các van điện từ của cả hai đầu hàn.

Đầu hàn A: gồm 6 van điện từ 5 cửa 2 vị trí, 6 xylanh khí nén với các kích thước khác nhau tùy thuộc vào cơ cấu mà xylanh điều khiển.

- Một xy lanh với thông số Φ50x100mm được liên kết cứng với tấm đế nhôm dùng để kẹp chặt thanh phôi ngang. Cùng với đó có 2 trục dẫn hướng và giảm chấn, giúp cho tấm đế trong không đi xuống quá nhanh và bị lệch.

- Một xy lanh kẹp phôi ngoài: tương tự như xy lanh dùng để kẹp phôi trong, cũng có hai trục dẫn hướng và giảm chấn, xy lanh này có tác dụng kẹp chặt thanh phôi dọc.

2.1.3.Sơ đồ cấu trúc, sơ đồ nguyên lý điều khiển máy hàn nhựa hai đầu.

a. Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống điều khiển điện - khí nén:

Hệ thống điều khiển ở đây được sử dụng là hệ thống điều khiển điện - khí nén bao gồm các phần tử điều khiển và cơ cấu chấp hành được kết nối với nhau thành hệ thống hoàn chỉnh để thực hiện những nhiệm vụ theo yêu cầu đặt ra.

- Tín hiệu đầu vào: nút nhấn, các tín hiệu từ cảm biến.

- Phần tử xử lý thông tin: Xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển: van logic And, Or, Not, Yes, Flip-Flop, rơle, PLC, vi điều khiển

- Phần tử điều khiển: Điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu, thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành: van chỉnh áp, van đảo chiều, van tiết lưu, van điện từ…

b. Ưu, nhược điểm của hệ thống điều khiển bằng khí nén:

Ưu điểm:

- Tính đồng nhất năng lượng giữa phần I và P (điều khiển và chấp hành) nên bảo dưỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện.

- Không yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lượng

- Khả năng quá tải lớn của động cơ khí

c. Phạm vi ứng dụng của điều khiển khí nén:

Hệ thống điều khiển khí nén được sử dụng rộng rãi ở những lĩnh vực mà ở

đó vấn đề nguy hiểm, hay xảy ra các cháy nổ, như: các đồ gá kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo hoặc sử dụng trong ngành cơ khí như cấp phôi gia công; hoặc trong môi trường vệ sinh sạch như công nghệ sản xuất các thiết bị điện tử

2.1.5 Sơ đồ mạch điều khiển, mạch động lực của máy hàn nhựa hai đầu.

a. Sơ đồ mạch điều khiển:

Máy hàn nhựa ở đây sử dụng bộ điều khiển PLC Delta DVP-24EC-010,  tín hiệu đầu vào là các nút nhấn nhả. Khi nhận được tín hiệu đầu vào, bộ điều khiển sẽ xử lí và truyền thông tin đóng mở các van điện từ 5/2, điểu khiển các xylanh khí nén cùng các cơ cấu kẹp, thanh chặn và lưỡi hàn.

b. Sơ đồ mạch động lực:

Máy hàn nhựa hai đầu Euromatec sử dụng 11 van điện từ 5 cửa 2 vị trí để điều khiển 11 xy lanh khí nén.

Nguồn khí nén được cũng cấp cho toàn bộ hệ thống thông qua máy nén khí công nghiệp, các đồng hồ đo áp suất, van an toàn, đầu nối và ống dẫn khí Φ8mm.

2.2. Nguyên lý làm việc của máy hàn nhựa hai đầu.

2.2.1 Bảng điều khiển máy hàn nhựa hai đầu.

Máy hàn nhựa hai đầu được điều khiển qua các nút nhấn và nút vặn trên bảng điều khiển.

Ở mỗi đầu hàn đều có một bảng điều khiển riêng. Trên mỗi bảng điều khiển có 3 nút nhấn, 2 nút vặn, một đèn báo nguồn điện, một thiết bị hiển thị và điều chỉnh nhiệt độ cho lưỡi hàn.

Ba nút nhấn bao gồm:

-  EMERGENCY: Là loại nút nhấn được sử dụng dừng máy trong các trường hợp khẩn cấp, nhờ thiết kế đầu nút lớn, trong trường hợp khẩn cấp có thể tác động dễ dàng, khi bị tác động thì nút nhấn khẩn cấp duy trì trạng thái, muốn trở lại ban đầu thì phải xoay nút nhấn. 

Bộ điều khiển được làm việc với chế độ điều khiển PID, bộ điều khiển nhiệt độ sẽ điều khiển làm sao cho nhiệt độ hệ thống bằng với nhiệt độ cài đặt một cách nhanh nhất và chính xác nhất. 

2.2.3. Quá trình hoạt động của hệ thống van điện từ, xylanh khí nén.

Sau khi khởi động một thời gian, máy hàn đạt được nhiệt độ mong muốn, chúng ta mới có thể hàn ghép nối những thanh nhựa lại với nhau. Quá trình đó thực hiện bởi các cơ cấu cơ khí gắn với hệ thống xy lanh khí nén, được điều khiển bởi bộ điều khiển và các van điện từ 5/2.

Dưới đây là biểu đồ mô tả hành trình của các xy lanh khí nén khi máy hàn làm việc ở chế độ hàn hai đầu.Đầu A gồm 6 xy lanh:

- Xy lanh 1A: Điều khiển thanh chặn

- Xy lanh 2A: Điều khiển đẩy giá chứa thanh phôi ngang

- Xy lanh 3A: Điều khiển kẹp phôi ngang

- Xy lanh 4A: Điều khiển kẹp phôi dọc

Quá trình hoạt động của các xy lanh khí nén trong hệ thống có thể chia làm 4 bước ứng với 4 lần nhấn nút trên bảng điều khiển.

Bước 1:Ban đầu khi máy đã sẵn sàng làm việc, nhiệt độ của lưỡi hàn đã đạt được mức cần thiết. Sau khi ta đặt thanh phôi đầu tiên (thanh phôi ngang) vào vị trí, kéo dịch đầu hàn B sao cho ôm sát kích thước của thanh phôi, khóa cố định con trượt ở đầu hàn B. 

Bước 2: Sau khi đặt 2 thanh phôi dọc vào đúng vị trí, nhấn nút CLAMP lần thứ nhất trên cả 2 bảng điều khiển của 2 đầu hàn.

- Xy lanh 3A điều khiển tấm kẹp phôi ngang đầu hàn A sẽ đi xuống kẹp chặt thanh phôi ngang.

- Xy lanh 3B điều khiển tấm kẹp phôi ngang đầu hàn B sẽ đi xuống kẹp chặt thanh phôi ngang.

Bước 3: Nhấn nút CLAMP lần thứ hai trên cả 2 bảng điều khiển của 2 đầu hàn.

- Xy lanh  4A điều khiển tấm kẹp phôi dọc đầu hàn A sẽ đi xuống kẹp chặt thanh phôi dọc

- Xy lanh  4B điều khiển tấm kẹp phôi dọc đầu hàn B sẽ đi xuống kẹp chặt thanh phôi dọc

2.3. Mô phỏng nguyên lý làm việc của máy hàn nhựa hai đầu trên phần mềm Automation Studio.

Hiện nay, việc xây dựng tính toán thiết kế hệ thống khí nén hay thủy lực trong ngành công nghiệp gặp rất nhiều khó khăn, tốn nhiều thời gian và hiệu quả không cao. Làm thế nào để khắc phục các nhược điểm trên là một mối quan tâm lớn của người kỹ sư, cho nên việc ứng dụng các phần mềm mô phỏng vào trong tính toán thiết kế được sử dụng ngày càng rộng rãi bởi độ chính xác cao và mang lại hiệu quả kinh tế.

Đối với phần mềm Automation Studio 5.0, các quá trình điều khiển gồm nhiều loại như: Điều khiển trực tiếp hay gián tiếp bằng điện, thủy lực, khí nén, vi điều khiển, PLC hay kết hợp.

Kết luận: Như vậy, trong toàn bộ chương hai này nhóm đồ án đã tìm hiểu được: cấu trúc tổng quát của một hệ thống điều khiển khí nén, cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của máy hàn nhựa hai đầu dựa trên nguyên lý hoạt động của lưỡi hàn nhiệt và toàn bộ quá trình hoạt động của hệ thống xy lanh khí nén. Nắm được toàn bộ chu trình khi thực hiện quá trình hàn cửa nhựa. Bên cạnh đó, tìm hiểu và ứng dụng phần mềm Automation Studio 5.0 để thiết kế mạch động lực, mạch điều khiển điện khí nén cũng như mô phỏng được quá trình hoạt động của máy hàn nhựa hai đầu trên phần mềm. Ở chương sau, đồ án sẽ dựa vào sản phẩm thực tế máy hàn nhựa hai đầu của hãng Euromatec để thiết kế, chế tạo mô hình máy hàn nhựa hai đầu.

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY HÀN NHỰA HAI ĐẦU

3.1 Yêu cầu thiết kế.

3.1.1 Mục đích thiết kế mô hình

Dựa vào những kiến thức đã được tích lũy trong quá trình học tập, nghiên cứu tại trường, cùng với những hiểu biết trong thời gian thực tập tốt nghiệp. Từ đó tìm hiểu nguyên lý hoạt động và vận hành máy hàn nhựa hai đầu của hãng Euromatec.

Sử dụng phần mềm thiết kế Inventor, phần mềm mô phỏng Automation Studio, những tài liệu về hệ thống điều khiển điện - khí nén và ứng dụng của arduino để có thể thiết kế chế tạo ra mô hình máy hàn nhựa hai đầu.

3.1.2 Khả năng làm việc và các thông số cơ bản.

Khả năng làm việc của mô hình: Mô hình máy hàn nhựa hai đầu trong đồ án có thể mô phỏng một cách trực quan quá trình làm việc của máy hàn nhựa. Có thể chọn chế độ làm việc hai đầu hoặc một đầu hàn. Có thể gia nhiệt, điều khiển và đọc nhiệt độ của lưỡi hàn. Nhưng hạn chế của mô hình là không thể hàn nối các thanh nhựa như máy hàn trong thực tế.

Mô hình được thiết kế với kích thước rút gọn với: chiều dài 1000mm, chiều rộng 500mm, chiều cao 800mm. Hai đầu hàn có thể di trượt trên thanh trượt. Một đầu được điều khiển bởi một  xy lanh khí nén, đầu còn lại di trượt và có chốt cố định khi làm việc. Hai cụm van điện từ được gắn cố định trên đế, điều khiển 11 xy lanh khí nén có trên mô hình.

3.2 Thiết kế chi tiết cơ khí của mô hình máy hàn nhựa hai đầu.

Từ kết cấu cơ khí của máy hàn nhựa hai đầu thực tế đã nêu trong chương 2, nhóm đồ án chia mô hình máy hàn nhựa thành 2 phần chính bao gồm:

- Khung đỡ và thanh trượt

- Hai cụm đầu hàn

Hai đầu hàn A và B đều có chung kết cấu bao gồm con trượt, giá đỡ, thanh chặn, lưỡi hàn, đế và tấm kẹp được liên kết với các xylanh khí nén để điều khiển thực hiện quá trình hàn.

3.2.1 Khung đỡ và thanh trượt

a. Khung đỡ:

Do trọng lượng của mô hình tương đối nhẹ, và căn cứ vào kiểu dáng thực tế của  máy hàn nên nhóm đồ án chọn thiết kế khung đỡ hình chữ nhật. Vật liệu làm khung được chọn là thép V lỗ đa năng 5x3, có cơ tính khá tốt, kiểu dáng đẹp, có nhiều lỗ thuận tiện cho việc lắp ráp các chi tiết của mô hình, đảm bảo được chức năng và tính kinh tế.

b. Cơ cấu thanh trượt:

Để đảm bảo các đầu hàn được di trượt một cách dễ dàng cũng như đảm bảo được các điều kiện cơ tính của mô hình, cơ cấu thanh trượt được thiết kế bằng hai thanh inox Φ20 với độ dài 1000mm.

3.2.2 Hai cụm đầu hàn

Từ các kích thước thực tế của các xy lanh khí nén cũng như các chi tiết khác trên cụm hàn và để đảm bảo mô phỏng được quá trình làm việc của chúng như thực tế, nhóm đồ án tiến hành thiết kế đầu hàn A bao gồm các chi tiết:

- Con trượt và giá đỡ

- Hệ thống kẹp

- Thanh chặn và lưỡi hàn

- Hệ thống xylanh khí nén.

3.3 Thiết kế hệ thống điện, điều khiển của mô hình máy hàn nhựa hai đầu.

Sau khi thiết kế và chế tạo được mô hình thực tế của máy hàn cửa nhựa hai đầu. Bây giờ chúng ta sẽ đi đến việc điều khiển mô hình đó. Có hai phương pháp có thể sử dụng để điều khiển, đó là sử dụng vi điều khiển hoặc PLC. Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng của nó.

3.3.1 Bộ điều khiển.

+  Phương pháp dùng vi điều khiển

Ưu điểm:

- Chi phí tương đối thấp.

- Tiêu thụ điện năng thấp

- Tiết kiệm không gian. 

Nhược điểm:

- Mỗi lần muốn thay đổi chương trình phải lắp đặt lại toàn bộ.

- Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế lắp đặt.

- Quy trình lập trình phức tạp. 

3.3.2 Tìm hiểu arduino và kit arduino Mega 2560

Arduino là gì? và sự khác biệt của arduino với các kit phát triển khác như thế nào?.Tại sao nó được arduino lại được ứng dụng nhiều trong thực tế?

a. Arduino là gì?:

Tại trang web chính thức arduino.cc, Arduino được định nghĩa “là một nền tảng thiết bị điện tử mã nguồn mở dựa trên sự giản tiện của phần cứng và phần mềm. Nó phục vụ cho những người xây dựng các dự án tương tác”. Nền tảng Arduino bao gồm bo mạch phần cứng và phần mềm xử lý chạy trên máy tính dùng để lập trình mã nguồn cho bo mạch. 

b. Arduino được sử dụng ở đâu?:

Như ta đã biết, cốt lõi của hệ thống điều khiển điện tử hoặc cơ điện tử là việc nhận các tín hiệu điện tử, xử lý tín hiệu rồi xuất các tín hiệu điện tử theo kịch bản được thiết lập.

Ví dụ ta cần điều khiển cửa tự mở mỗi khi có người đi qua. Ta cần nhận tín hiệu từ một đầu thu (đầu thu hồng ngoại, cảm biến vật cản hoặc cảm biến chuyển động). Sau đó, vi xử lý kiểm tra xem tín hiệu đó có đúng là do người phát ra không. 

c. Sự khác biệt của Arduino với các bộ kit phát triển khác:

Theo cách làm việc thông thường, để xây dựng một bo mạch vi xử lý dùng để điều khiển cơ điện tử, người kỹ sư sẽ gắn chip vi xử lý vào một bo mạch được thiết kế. Bo mạch phải có đầy đủ bộ nguồn cấp điện cho vi xử lý, thạch anh tạo dao động, các tụ điện để giữ ổn định cho tín hiệu. Sau đó, sẽ lập trình mã nguồn bằng ngôn ngữ C hoặc Assembly rồi biên dịch ra một file nhị phân, chuyển mã code này vào trong vi xử lý để hoạt động.

d. Ứng dụng Arduino trong Cơ điện tử:

Arduino ra đời nhằm phục vụ mục đích cho điều khiển điện tử nói chung, trong đó mảng điều khiển Cơ điện tử cũng khá thông dụng với Arduino.

Việc sử dụng nền tảng Arduino với đầy đủ thư viện sẽ làm cho việc điều khiển các thiết bị nói chung và điều khiển động cơ nói riêng được giản tiện, tiết kiệm nhiều thời gian và công sức. 

3.2.3 Các thiết bị, linh kiện sử dụng điều khiển mô hình.

Sơ đồ khối mạch điều khiển mô hình máy hàn của nhựa hai đầu

a. Nguồn cung cấp:

Mô hình sử dụng 3 nguồn điện 24vDC, 12vDC và 5vDC. Nguồn 24v được lấy từ nguồn tổ ong 24v-5A để cấp điện cho các van điện từ. Nguồn 5v-2A để cấp điện cho kit arduino và nguồn 12v-2A để cấp cho mạch khống chế nhiệt độ.

b. Module relay 4 kênh 5V:

Mạch điều khiển sử dụng 9 tín hiệu đầu vào input và 13 tín hiệu đầu ra output trong đó: 8 nút nhấn được kết nối với kit arduino từ chân A0-A7, cảm biến nhiệt độ LM35 được kết nối với chân A8. 11 chân đầu ra được kết nối với 3 module relay 4 kênh 5v, và 2 chân ra mạch chuyển tiếp I2C.

c. Module khống chế nhiệt độ PID P1601:

Mô hình sử dụng module khống chế nhiệt độ PID P1601 và dây điện trở nhiệt 0.3mm Cr20Ni80 14.6Rđể mô tả nguyên lý gia nhiệt và ổn định nhiệt độ cho lưỡi hàn.

Thông số của module khống chế nhiệt độ PID P1601 như sau:

- Nhiệt độ: 0-110℃

- Độ chính xác: 0.1℃

- Nhiệt độ chính xác đo: 0.1℃

- Kiểm soát độ chính xác: 0.1℃

e. Hệ thống xy lanh khí nén:

Xy lanh khí nén ( hay ben khí nén) là thiết bị cơ được vận hành bằng khí nén. Cụ thể, xy lanh khí nén hoạt động bằng cách chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, khiến pít tông của xy lanh chuyển động theo hướng mong muốn, qua đó truyền động đến thiết bị.

Khi đưa khí nén vào xy lanh, và lượng khí được đưa vào tăng dần lên, theo đó sẽ chiếm không gian trong xy lanh và khiến pít tông dịch chuyển, truyền động điều khiển thiết bị bên ngoài.

3.3.4 Lập trình điều khiển và mô phỏng.

a. Phần mềm lập trình IDE:

Phần này nói về giao diện của phần mềm IDE, hình bên dưới thể hiện những phần cơ bản của giao diện. Là phần cơ bản nhất và thường dùng nhất để có thể học nhanh Arduino. Các chức năng cơ bản của các biểu tượng trên phần mềm được trình bày chi tiết ở các phần bên dưới.

b. Mô phỏng điều khiển trên phần mềm proteus 7.8:

Dưới đây mà mạch được thiết kế để mô phỏng trên proteus 7.8, ở đây thay van điện từ bằng led đơn.

3.4 Lắp ráp và thử nghiệm

* Lắp ráp khung và thanh trượt:

Hệ thống khung được lắp ráp từ các thanh thép lỗ đa năng. Các thanh thép được liên kết với nhau bằng bu lông đai ốc và các tấm ke góc.

Hai thanh trượt Φ20 với độ dài 1000mm được bắt vít cố định trên hai thanh thép hộp 20x20mm.

* Lắp ráp hai cụm đầu hàn:

Do kết cấu nhỏ gọn và nhẹ nên hai cụm đầu hàn được lắp ráp tách biệt nhau. Hệ thống kẹp, thanh chặn và lưỡi hàn được gắn cố định với xy lanh bằng đai ốc. Sau đó được gắn cố định vào các thanh thép lỗ trên giá đỡ.

Đầu hàn A được liên kết với 1 xy lanh ở bên trái khung đỡ, đầu hàn B được đặt trên thanh trượt và có thể di trượt.

* Thử nghiệm :

Mô hình khi thử nghiệm cần đạt được hai yêu cầu quan trọng:

- Mô tả đúng quá trình hoạt động của máy hàn nhựa hai đầu.

- Có thể gia nhiệt và thay đổi nhiệt độ của lưỡi hàn.

* Đánh giá thực nghiệm:

Trong quá trình thực nghiệm, nhóm đồ án đã đạt được một số nội dung sau:

 - Tìm hiểu được nguyên lý hoạt động, cách thức vận hành của máy hàn nhựa hai đầu Euromatec.

- Thiết kế được mô hình máy hàn nhựa hai đầu.

- Thiết kế hệ thống điều khiển cho mô hình máy hàn nhựa hai đầu.

- Điều khiển được mô hình mô phỏng quá trình làm việc của hệ thống xy lanh khí nén. Từ đó điều khiển các cơ cấu cơ khí, tấm kẹp, thanh chặn và lưỡi hàn đúng như quá trình làm việc của máy hàn nhựa trong thực tế.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận:

Sau thời gian tìm hiểu và nghiên cứu nhóm đồ án đã hoàn thành đề tài “Thiết kế chế tạo mô hình máy hàn nhựa hai đầu”. Dưới sự hướng dẫn và quan tâm tận tình của thầy giáo: TS …………… nhóm đồ án đã đạt được những kết quả sau:

- Tìm hiểu được nguyên lý hoạt động, cách thức vận hành của máy hàn nhựa hai đầu Euromatec.

- Thiết kế được mô hình máy hàn nhựa hai đầu.

- Thiết kế hệ thống điều khiển cho mô hình máy hàn nhựa hai đầu.

- Điều khiển được mô hình mô phỏng quá trình làm việc của hệ thống xy lanh khí nén. Từ đó điều khiển các cơ cấu cơ khí, tấm kẹp, thanh chặn và lưỡi hàn đúng như quy trình làm việc của máy hàn nhựa trong thực tế.

Kiến nghị:

- Nhóm đồ án tiếp tục tìm hiểu và khai thác một số loại máy hàn nhựa khác, để có thể hiểu hơn về nguyên lý hoạt động cũng như vận hành của một số loại máy có trong thực tế.

- Đề xuất phát triển mô hình, sử dụng PLC để điều khiển mô hình, thiết kế chế tạo được bộ gia nhiệt, cải tiến mô hình để mô phỏng một cách chính xác nhất quá trình làm việc của loại máy hàn nhựa hai đầu. Từ đó có thể liên hệ một cách tốt nhất giữa lý thuyết và thực tiễn.

Khi thực hiện đồ án này, nhóm đồ án cũng đã cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu các tài liệu một cách nghiêm túc và mong muốn là đồ án đạt kết quả tốt nhất. Tuy nhiên vì bản thân còn ít kinh nghiệm nên không tránh khỏi những thiếu sót. Một lần nữa nhóm đồ án bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy đã tận tụy truyền đạt các kiến thức quý báu cho chúng em. Đặc biệt, xin gửi lời biết ơn đến thầy giáo: TS …………… đã quan tâm giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình làm việc và xin cảm ơn tất cả các thầy trong bộ môn Robot đặc biệt và cơ điện tử, đã đóng góp ý kiến để tạo điều kiện thuận lợi cho bản thân chúng em hoàn thành đồ án này.

   Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn!

                                                                                                                          Hà nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                       Học viên thực hiện

                                                                                                                      ……….....….

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1. Giáo trình hệ thống điều khiển thủy lực khí nén – PGS.TS.Trần Xuân Tùy.

[2]. Điều khiển thủy lực và khí nén – Th.S Lê Văn Tiến Dũng

[3]. Tài liệu dây chuyền sản xuất cửa nhựa của hãng Euromatec.

[4]. Tài liệu máy hàn nhiệu hai đầu của hãng Euromatec.

[5]. https:// http://arduino.vn/reference

 "TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"