ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN LỤA TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1:  TỔNG QUAN VỀ NGÀNH IN LỤA

1.1 Đặt vấn đề

                         

Ngày nay, nhu cầu thị hiếu con người ngày càng cao, yêu cầu về số lượng và chất lượng của các sản phẩm cũng không ngừng tăng. Điều đó đòi hỏi các dây chuyền sản xuất trong công nghiệp ngày càng hiện đại, có mức độ tự động hóa ngày càng cao với việc sử dụng các kỹ thuật điều khiển hiện đại có trợ giúp của các thiết bị điện – điện tử, máy tính.  

Và trong xu thế hội nhập toàn cầu, đất nước ta đang bước vào giai đoạn thực hiện công nghiệp hóa hiện đại hóa, bất cứ ngành nghề kỹ thuật nào cũng cần đến tự động hóa. Vì vậy vấn đề tự động hoá trong công nghiệp để giảm bớt sức lao động chân tay và nâng cao năng suất lao động, là một trong những yêu cầu được đặt ra ngày càng cấp thiết. Một ví dụ được kể đến ở đây đó là máy in lụa tự động. Giải pháp tự động sẽ làm giảm các công đoạn mà trước đây mà con người phải thực hiện, thao tác mà thay vào đó là máy móc sẽ làm các công đoạn đó. Trên thị trường hiện nay có bán rất nhiều các loại máy in lụa, phần lớn là các loại máy in lụa thủ công và bán tự động nên vẫn còn một số hạn chế là vẫn cần sự thao tác của người vận hành vào một số công đoạn và được điều khiển, hoạt động bằng các thiết bị cơ khí với quy mô nhỏ, đơn lẻ. Do đó cần phải cải tiến thêm ở những công đoạn đó bằng cách thay thế các phần điều khiển bằng cơ khí thành các thiết bị điện – điện tử, cải tiến những cơ cấu máy bán tự động thành một hệ thống máy in lụa hoàn toàn tự động. Vì những lý do đó nhóm Em quyết định chọn đề tài “MÁY IN LỤA TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-1200” để nghiên cứu, nhằm tổng hợp và củng cố kiến thức đã học cũng như áp dụng công nghệ tự động vào trong quá trình sản xuất.  

Với đề tài này, nhóm thực hiện đề tài sẽ thiết kế cụm cấp phôi tự động sử dụng van hút chân không cấp phôi tự động. Bộ điều khiển sử dụng PLC S7-1200, kết hợp màn hình giám sát SCADA để điều khiển hệ thống. Toàn bộ hệ thống sẽ hoạt động hoàn toàn tự động mà không cần con người phải làm việc song song với máy trong lúc máy đang hoạt động. Nhóm Em tin rằng với đề tài này sẽ góp phần mang tới thêm sự lựa chọn cho người dùng trong việc sử dụng các dây chuyền in lụa cần sự tự động hoá cao.

Hình 1.1: In lụa thủ công

Nguồn: https://inao.vn/tat-tan-tat-cong-doan-ao-theo-phuong-phap-lua/

1.2 Mục tiêu

• Thiết kế và thi công phần cứng cho máy in lụa tự động.
• Sử dụng PLC điều khiển hệ thống thông qua HMI và bảng điều khiển.
• Sử dụng giác hút chân không để giữ phôi trong quá trình cấp phôi lên băng tải.
• Điều khiển động cơ bước thông qua bộ điều khiển công suất để cấp phôi tự động lên băng tải.
• Ứng dụng PLC vào máy in lụa tự động để giảm bớt sức lao động, chi phí… để nâng cao năng suất.
• Nội dung 1: Tı̀m hiểu qui trình in lụa và các máy in lụa trên thực tế.
• Nội dung 2: Thiết kế và thi công phần cứng máy in lụa tự động.
• Nội dung 3: Thi công tủ điện điều khiển.
• Nội dung 4: Thiết kế lưu đồ điều khiển, giao diện HMI.
• Nội dung 5: Lập trình PLC, chạy thử nghiệm dây chuyền.
• Nội dung 6: Đánh giá kết quả thực hiện và hướng mở rộng.
• In lên sản phẩm là khăn lạnh, túi nilon hoặc thiệp cưới.
• Sử dụng van hút chân không cấp phôi tự động.
• Kích  thước khổ in: tối đa 300x400 mm.
• Sử dụng động cơ bước để cấp phôi lên băng tải.
• Phần khung in sử dụng xylanh khí nén để truyền động.
• Hệ thống điều khiển phần in và phần sấy còn riêng biệt nhau.
• Bộ điều khiển sử dụng PLC S7-1200, kết hợp màn hình HMI để điều khiển hệ thống in.

1.3 Nội dung nghiên cứu

1.4 Giới hạn

1.5 Bố cục

vChương 1: Tổng quan về ngành in lụa

Trình bày lý do choṇ đề tài, muc̣ tiêu đề tài, nôị dung nghiên cứu đề tài, giới haṇ và bố cuc̣ đề tài.

vChương 2: Cơ sở lý thuyết

Trình bày sơ lược quy trình in lụa. Trình bày sơ lươc̣ lý thuyết về PLC S7-1200, sơ lươc̣ về HMI, cách lập trình giao diện HMI, giao tiếp HMI và PLC S7-1200… 

vChương 3: Thiết kế và tính toán

Thiết kế phần cơ khí, tủ điện , sơ đồ khối hệ ̣thống điện điều khiển và lựa chọn các thiết bị phù hợp.

vChương 4: Thi công dây chuyền

Trình tự thi công dây chuyền, chạy dây chuyền.

vChương 5: Kết quả, nhận xét, đánh giá nhận xét và đánh giá kết quả đạt được

CHƯƠNG 2:           CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Quy trình in giấy

2.1.1 Mô tả quy trình chuẩn bị

Hình 2.1: Hình ảnh mẫu giấy

Nguồn: https://intranvu.net/day-thiep-cuoi-bang-phuong-phap-in-lua/

vChuẩn bị nguyên liệu thành phần hỗn hợp mực in lụa như sau

• Phôi in (giấy trơn).
• Mẫu in.
• Mực PP - PE TOBO (Đài Loan) 50%.
• Mực HMK 50%.
• Dung môi chậm khô (TOBO hay dung môi 783) 50%.
• Butan 1%.
• Dầu ông già pha loãng vừa in.

vCác bước thực hiện

Bước 1: Mực TOBO, MỰC HMK, dung môi, butan, dầu ông già pha loãng cho tất cả vào khay đựng, dùng dao quậy mực quấy đều cho tan thành khối thống nhất. Thời gian quấy mực phụ thuộc vào hỗn hợp nhiều hay ít, miễn sao mực sệt quện vào nhau thành hỗn hợp đồng nhất là được.

Bước 2: Sau khi mực in đã được pha đều ta trải mực lên khung in, rồi tiến hành in.

2.1.2 Mô tả quy trình in

• Đầu tiên đưa phôi vào vị trí in.
• Trên khung in, dao trải mực sẽ trải mực đều lên khung lụa sau đó khung in được đặt lên phôi và dao in sẽ gạt mực xuống phôi.
• Quá trình in kết thúc.

2.2 Giới thiệu phần cứng

Trong đề tài này sẽ thực hiện thi công dây chuyền in lụa tự động thực tế. Đầu tiên nhóm xây dựng phần cứng cho dây chuyền:

• Tay lấy phôi sử dụng giác hút chân không để giữ phôi.
• Sử dụng động cơ bước để đưa phôi từ bàn nâng sang băng tải in.
• Băng tải in đưa phôi vào vị trí in.
• Khung in sẽ in mẫu lên phôi.

Về dây chuyền phần điều khiển sẽ sử dụng PLC S7-1200 để thực hiện viêc̣ điều khiển cho dây chuyền, kết hơp̣ với các thiết bi ̣như cảm biến, cảm biến hành trình, van khı́… để điều khiển cho toàn bô ̣hê ̣thống.

Thiết bị đầu vào: Nút nhấn, công tắc, cảm biến, encoder.

Thiết bị đầu ra: Động cơ, xylanh, van khí, relay, mạch điều khiển công suất cho động cơ bước.

Thiết bị điều khiển trung tâm: PLC S7-1200 

Thiết bị giao diện điều khiển: màn hình giám sát SCADA.

2.2.1 Cảm biến quang

Cảm biến quang (Photoelectric Sensor) được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các nhà máy công nghiệp để phát hiện từ xa vật thể, đo lường khoảng cách hoặc tốc độ di chuyển của đối tượng... Đặc biệt tại một số vị trị trong dây truyền, cảm biến quang là một lựa chọn không thể thay thế.

Thực chất chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành. Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất. Tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot (Cathode) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào. Từ đó cảm biến sẽ đưa ra đầu ra để tác động theo yêu cầu công nghệ.

Cảm biến quang được chia ra làm 3 loại:

• Loại truyền phát.
• Loại quang phản xạ hồi quy.
• Loại quang phản xạ khuếch tán.

1. Loại truyền phát

Hình 2.2: Cảm biến quang loại truyền phát

Nguồn: https://cambiendoapsuat.vn/cam-bien-quang-la-gi/

• Cấu tạo : Gồm có bộ thu và bộ phát độc lập.
• Nguyên lý: Vật thể bị phát hiện khi nó chặn ngang trục quang học ở giữa máy phát và máy thu sáng.  
• Ưu điểm: Khoảng cách phát hiện xa, xác định chính xác vị trí vật thể. Nếu là vật thể không trong suốt, cảm biến có thể phát hiện được mà không phụ thuộc hình dạng, màu sắc hay chất liệu của vật thể.
• Khuyết điểm: Dễ bị bụi bẩn, vết dơ trên thấu kính.
• Tầm đo: 0 ~ 6 m.
• Ứng dụng:  Dùng để phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau.

1. Loại phản xạ hồi quy

Hình 2.3: Cảm biến quang loại phản xạ hồi quy

Nguồn: https://cambiendoapsuat.vn/cam-bien-quang-la-gi/

• Cấu tạo : Gồm có bộ thu, phát ánh sáng và gương phản xạ.
• Nguyên lý: Vật thể bị phát hiện khi nó chặn ngang luồng ánh sáng phát ra từ bộ cảm biến và phản xạ lại từ tấm gương phản xạ.
• Ưu điểm:  Lắp đặt đơn giản, khoảng cách phát hiện xa hơn các loại cảm biến phản xạ. Điều chỉnh trục quang học dễ dàng. Nếu vật thể là loại không trong suốt, cảm biến có thể phát hiện được mà không phụ thuộc hình dạng, màu sắc và chất liệu của vật thể.
• Khuyết điểm: Dễ bị bụi bẩn, vết dơ trên gương phản xạ.
• Tầm đo: 0 ~ 0.9 m.
• Ứng dụng:  Dùng để phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau.

1. Loại phản xạ khuếch tán

Hình 2.4: Cảm biến quang loại phản xạ khuếch tán 

Nguồn: https://cambiendoapsuat.vn/cam-bien-quang-la-gi/

• Cấu tạo : Cảm biến được tích hợp chung phần tử phát sáng và phần tử thu nhận ánh sáng.
• Nguyên lý: Loại này sẽ nhận ánh sáng phản xạ lại từ vật thể bị phát hiện.
• Ưu điểm: Chỉ cần một điểm lắp đặt duy nhất nên không tốn không gian. Không cần lắp trục quang học. Nếu có gương phản xạ, có thể phát hiện được vật thể trong suốt. Có khả năng phân biệt sự khác biệt rất nhỏ về màu sắc. 
• Khuyết điểm: Dễ bị bụi bẩn, vết dơ trên thấu kính, khoảng cách phát hiện vật ngắn.
• Tầm đo: 0 ~ 0.9 m.
• Ứng dụng: Dùng để phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau.

2.2.2 Cảm Biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản là  “PROX” tên tiếng anh là Proximity Sensors) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến. Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm.

Vận hành đáng tin cậy ngay cả trong môi trường khắc nghiệt (ví dụ: môi trường ngoài trời hoặc môi trường dầu mỡ). Cảm biến đã thay đổi các công tắc máy như công tắc giới hạn và công tắc micro, do đó có thể phát hiện vật thể ở gần mà không cần tiếp xúc với vật thể. 

Nó được ứng dụng nhiều nhất trong việc phát hiện Jig mà không cần tiếp xúc trực tiếp với vật thể.

Cảm biến tiệm cận được phân làm hai loại:

• Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ.
• Cảm biến tiệm cận loại điện dung.

1. Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ

Hình 2.5: Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ

Nguồn: https://banbientan.com/cam-bien-tiem-can-omron/

• Cấu tạo : Bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi từ ở đầu cảm ứng.
• Nguyên lý: Từ trường do cuộn dây của sensor tạo ra sẽ thay đổi khi tương tác với vật thể kim loại (do đó chỉ phát hiện được vật thể kim loại). 
• Ưu điểm:  Ít chịu ảnh hưởng của các nhiễu bên ngoài. 
• Khuyết điểm: Cảm biến cảm ứng chỉ phát hiện được các vật kim loại.
• Tầm đo: 0 ~ 35 mm.
• Ứng dụng:  Dùng để phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau bằng kim loại.

1. Cảm biến tiệm cận loại điện dung

Hình 2.6: Cảm biến tiệm cận loại điện dung

Nguồn: https://tapvn.com.vn/Tin-moi/Cam-bien-tiem-can-la-gi-phan-loai-va-nguyen-ly-hoat-dong-70/

• Cấu tạo : Gồm 4 bộ phận chính: Cảm biến (các bản cực cách điện), mạch dao động, bộ phát hiện, mạch đầu ra.
• Nguyên lý: Phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện dung tĩnh điện. 
• Ưu điểm:  Thiết bị này có thể phát hiện mọi loại vật, tốc độ chuyển mạch tương đối nhanh, có thể phát hiện các đối tượng có kích  thước nhỏ, phạm vi cảm nhận lớn, đầu cảm biến nhỏ, có thể lắp đặt ở nhiều nơi.
• Khuyết điểm: Chịu ảnh hưởng của bụi và độ ẩm.
• Tầm đo: 0 ~ 35 mm.
• Ứng dụng:  Dùng để phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau có thể là chất lỏng, vật liệu phi kim.

2.2.3 Encoder

Encoder là tên gọi chung để chỉ các thiết bị mã hóa. Trong thực tế có rất nhiều loại và Hình  thức encoder khác nhau. Thông thường, đối với các chuyển động quay, encoder dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay, bánh xe, hay trục động cơ, hoặc bất kì thiết bị quay nào cần xác định góc của nó.

Nguyên lý cơ bản của encoder là một đĩa tròn xoay quay quanh trục, trên đĩa có các lỗ (hoặc rãnh). Dùng đèn led chiếu lên mặt đĩa. Khi quay, chỗ không có lỗ (rãnh) thì đèn không thể chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh) thì đèn sẽ chiếu xuyên qua. Phía mặt bên kia của đĩa được đặt một cảm biến thu. Với các tín hiệu có hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không.

Encoder được chia làm 2 loại: Encoder tuyệt đối và Encoder tương đối.

1. Encoder tuyệt đối

Encoder tuyệt đối, nghĩa là tín hiệu ta nhận được chỉ rõ ràng vị trí của encoder, không cần phải xử lý thêm.

Hình 2.7: Encoder tuyệt đối

Nguồn: https://cmcdistribution.com.vn/kien-thuc-cnc/encoder/

• Cấu tạo : Một đĩa quay được mã hóa theo các rãnh đồng tâm, một nguồn sáng và 1 tế bào quang điện bố trí thẳng hàng và mạch khuếch đại.
• Ưu điểm:  Thông tin vị trí là đầu ra số và là giá trị tuyệt đối. Giữ được giá trị góc tuyệt đối khi mất nguồn. 
• Khuyết điểm: Giá thành cao vì chế tạo phức tạp, đọc tín hiệu ngõ ra khó.
• Ứng dụng: Trong các bài toán đo tốc độ động cơ, xác định khoảng dịch chuyển của đối tượng thông qua xác định số vòng quay của trục... Ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vưc: Robot, máy công cụ, hàng không vũ trụ…

1. Encoder tương đối

Encoder tương đối thường chỉ có tối đa là 3 vòng lỗ. Nếu encoder có càng nhiều lỗ trên đĩa thì thông tin nhận được càng chính xác. Cứ mỗi lần đi qua một lỗ, phải lập trình để thiết bị đo đếm lên 1 đơn vị, do đó loại này có tên là incremetal encoder (encoder mã hóa gia tăng).

Hình 2.8: Encoder tương đối

Nguồn: https://cmcdistribution.com.vn/kien-thuc-cnc/encoder/

• Cấu tạo : Một đĩa quay được mã hóa theo các rãnh đồng tâm, một nguồn sáng và 1 tế bào quang điện bố trí thẳng hàng và mạch khuếch đại.
• Ưu điểm:  Đầu ra dạng xung, nên trong các hệ thống điều khiển số không cần bộ chuyển đổi ADC. Dễ sử dụng, dễ đọc tín hiệu. 
• Khuyết điểm: Có thể cần mạch giải mã và mạch đếm. Không lưu đươc giá trị khi bị mất điện.
• Ứng dụng: Trong các bài toán đo tốc độ động cơ, xác định khoảng dịch chuyển của đối tượng thông qua xác định số vòng quay của trục... Ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: Robot, máy công cụ, hàng không vũ trụ…

2.2.4 Bô ̣xử lý trung tâm PLC S7-1200

1. Tổng quan về PLC S7-1200

Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động.

Sự kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ. Sau khi tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác. Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển:

• Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU.
• Có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định.

CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET. Ngoài ra PLC S7-1200 có thể truyền thông profibus, GPRS, RS485 hoặc RS232 thông qua các module mở rộng.

1. Cấu tạo PLC S7-1200

Hình 2.9: Thành phần PLC S7-1200

Nguồn: https://advancecad.edu.vn/bo-dieu-khien-plc-s7-1200/

(1)       Bộ phận kết nối nguồn. 

(2)       Các bộ phận kết nối nối dây có thể tháo được và khe cắm thẻ nhớ nằm dưới nắp phía trên. 

(3)       Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp. 

(4)       Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU).

Với các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho chúng ta tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật các loại CPU

Chức năng	CPU 1211C	CPU 1212C	CPU 1214C
Kı́ch thước vâṭ lý	90 x 1 00 x 75		110 x 100 x 75
Bô ̣nhớ làm viêc̣ Bô ̣nhớ nạp Bô ̣nhớ giữ laị	25  kB 1 MB 2 kB		50 kB 2MB 2 kB
I/O tích hơp̣ cuc̣ bô ̣ Kiểu số Kiểu tương tư ̣	6 ngõ vào 4 ngõ vào 2 ngõ ra	8 ngõ vào 6 ngõ ra 2 ngõ ra	14 ngõ vào 10 ngõ ra 2 ngõ ra
Kı́ch thước ảnh tiến trình	1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
Bô ̣nhớ bit (M)	409 6 byte		8192 byte
Độ mở rộng các module tı́n hiệu	Không	2	8
Các module truyền thông	3 (mở rộng về bên trái)
Bảng tín hiệu	1
Thẻ nhớ	Thẻ nhớ SIMATIC (tùy choṇ )
Thời gian lưu trữ đồng hồ thời gian	Thường thì  tầm 10 ngày và ı́t nhất 6 ngày tại
PROFINET	1 cổng truyền thông Ethernet
Tốc độ thực thi tính toán	18 μs/lệnh
Tốc độ thực thi Boolean	0.1 μs/lệnh

Đối với họ S7-1200 sẽ cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU. Có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.

vCác bảng tín hiệu PLC S7-1200

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép chúng ta thêm vào I/O cho CPU. Chúng ta có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự. SB kết nối vào phía trước của CPU.

• SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC).

Hình 2.10: Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200 Nguồn: https://cachdung.com/blog/tong-quan-ve-thiet-bi.html

SB với 1 ngõ ra kiểu tương tư.̣

(1)     Các LED trạng thái trên SB. 

(2)     Bộ phận kết nối nối dây có thể tháo ra.

1. Các module tín hiệu

Hình 2.11: Các module tín hiệu của PLC S7-1200 Nguồn: https://cachdung.com/blog/tong-quan-ve-thiet-bi.html

Ta có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng. Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.

(1)     Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu. 

(2)     Bộ phận kết nối đường dẫn. 

(3)     Bộ phận kết nối nối dây có thể tháo ra.

1. Nguyên lý hoạt động PLC S7-1200

Bộ vi xử lý sẽ lần lượt quét các trạng thái của đầu vào và các thiết bị phụ trợ, thực hiện điều khiển logic được đặt ra bởi chương trình ứng dụng, thực hiện các tính toán và điều khiển các đầu ra tương ứng của PLC. Các PLC thế hệ cuối cho phép thực hiện các phép tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý cao hơn và có trang bị giao diện với máy tính, với mạng nội bộ…

Hình 2.12: Chu kỳ quét của một PLC Nguồn: http://plcbachkhoa.blogspot.com/2016/05/bo-xu-ly-cua-plc.html

Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc của chương trình. Chu kỳ này được gọi là chu kỳ quét của PLC, tức là khoảng thời gian thực hiện xong một vòng các lệnh của chương trình điều khiển. Chu kỳ quét được minh họa ở hình sau:

Khi thực hiện quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào như công tắc, cảm biến,…Trạng thái của tín hiệu vào được lưu tạm thời váo một mảng nhớ. Trong thời gian quét chương trình, bộ xử lý quét lần lượt các lệnh của chương trình điều khiển, sử dụng các trạng thái của tín hiệu vào trong mảng nhớ để xác định các đầu ra đáp ứng hay không. Kết quả là các trạng thái của đầu ra được ghi vào mảng nhớ, PLC sẽ cấp hoặc ngắt điện cho các mạch ra để điều khiển các thiết bị ngoại vi. Chu kỳ quét của PLC có thể kéo dài từ 1 đến 25ms. Thời gian quét đầu vào và đầu ra thường ngắn so với chu kỳ quét của PLC.

2.2.5 Van khí nén

Van khí nén là thành phần cơ bản của bất kỳ hệ thống khí nén nào trong hệ thống khí nén. Lựa chọn van điều chỉnh không khí phù hợp để điều chỉnh áp suất, hướng dòng chảy và tốc độ dòng chảy là rất quan trọng khi thiết kế mạch điện lưu lượng. 

Các loại van thường dùng: Van đảo chiều, van chắn, van tiết lưu, van chân không…

1. Van đảo chiều

Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện kết hợp với khí nén có thể điều khiển trực tiếp ở hai đầu van hoặc là gián tiếp qua van phụ trợ. Bảng dưới đây biểu diễn một số ký hiệu loại:

Bảng 2.2: Bảng biểu diễn một số ký hiệu van

Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện và lò xo

Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện cả hai phía

Van đảo chiều khiển gián tiếp bằng nam châm điện và khí nén

Van đảo chiều điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện cả hai phía

Van đảo chiều điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện và khí nén

• Điều khiển trực tiếp

Cấu tạo và ký hiệu của van 2/2 điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện

Hình 2.13: Ký hiệu của van 2/2 điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện

Nguồn: https://baoduongmaynenkhi.vn/tim-hieu-ky-hieu-van-khi-nen-van-dao-chieu/

• Điều khiển gián tiếp (bằng van phụ trợ)

 

Hình 2.14: Ký hiệu của van 3/2 điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện Nguồn: https://camnangdienmay.net/van-khi-nen-3-2/

Nguyên lý của van đảo chiều 3/2 điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện và khí nén được biểu diễn, gồm 2 van: van chính là van phụ trợ. Khi van ở vị trí “không” của cửa nối với nguồn P sẽ nối với nhánh b, để van chính nằm ở vị trí b.

1)               Thân van chính.  2)               Cuộn dây.  3)               Lòng van.  4)               Vòng đệm chắn.

6)        Mặt tựa.  7)        Lõi sắt từ.  8)        Nút điều chỉnh bằng tay.  9)        Vòng đệm chắn.

5)               Lò xo.

Bảng 2.3: Một số loại van đảo chiều thường dùng

Van đảo chiều 2/2

Van đảo chiều 4/2

Van đảo chiều 5/2

Van đảo chiều 3/2

Van đảo chiều 4/3

1. Van chắn

Van chắn là loại van chỉ cho lưu lượng khí nén đi qua một chiều, chiều ngược lại bị chặn. Áp suất dòng chảy tác động lên bộ phận chặn của van và như vậy van được đóng lại. Van chắn gồm các loại sau:

• Van một chiều 
• Van logic OR 
• Van logic AND 
• Van xả khí nhanh

1. Van tiết lưu

Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy tức là điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành. Ngoài ra van tiết lưu cũng có nhiệm vụ điều chỉnh thời gian chuyển đổi vị trí của van đảo chiều. Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay đổi tiết diện. 

• Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi 

Lưu lượng dòng chảy qua khe hở của van có tiết diện không thay đổi được.

 

Hình 2.15: Ký hiệu van tiết lưu có tiết diện không thay đổi

Nguồn: https://ktkikai.com/ki-hieu-cac-loai-van-khi-nen/

• Van tiết lưu có tiết diện thay đổi

Hình 2.16: Van tiết lưu có tiết diện thay đổi Nguồn: https://blogthuyluc.blogspot.com/2012/06/van-tiet-luu-phan-1-phan-loai-va-cau.html

Van tiết lưu có tiết diện thay đổi điều chỉnh được lưu lượng dòng chảy qua van. Tiết lưu được cà hai chiều của dòng khí nén đi từ A qua B và ngược lại. Tiết diện được thay đổi bằng vít điều chỉnh.

• Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay

Nguyên lý hoạt động của van như sau: tiết diện chảy Ax thay đổi bằng cách điều chỉnh vít điều chỉnh. Khi dòng khí nén đi từ A qua B, lò xo đẩy màng chắn xuống và dòng khí nén chỉ đi qua tiết diện Ax. Khi dòng khí nén đi từ B qua A, áp suất khí nén thắng lực lò xo, đẩy màng chắn lên và như vậy dòng khí nén sẽ đi qua khoảng hở giữa màng chắn và mặt tựa màng chắn, lưu lượng không được điều chỉnh.

Hình 2.17: Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay

Nguồn: https://blogthuyluc.blogspot.com/2012/06/van-tiet-luu-phan-1-phan-loai-va-cau.html

1. Van hút chân không

Là cơ cấu có nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực hút chân không. Chân không được tạo ra bằng bơm chân không hay bằng nguyên lý ống Ventury. Khí nén với áp suất trong khoảng 1.5 ~ 10 bar sẽ qua ống Ventury và theo cửa R thoát ra ngoài. Tại phần cuối của ống Ventury chân không sẽ được tạo thành. Như vậy cửa nối U sẽ tạo ra chân không.

Cửa U nối với đĩa hút (thường được chế tạo theo dạng đĩa tròn với vật liệu là cao su hay vật liệu tổng hợp). Áp suất chân không tại cửa U có thể đạt đến 0.7 bar và phụ thuộc vào áp suất P của dòng khí nén.

Hình 2.18: Van chân không có bình trích chứa

Nguồn: https://anhuyautomatic.com.vn/san-pham/van-hut-chan-khong/

2.2.6 Xylanh

Xy lanh khí nén họạt động trên nguyên tắc sử dụng khí nén thông thường là không khí, nguyên tắc hoạt động nó sẽ truyền một lực có sẵn. Từ đó chuyển nguồn năng lượng tích tụ từ bên trong thành luồng khí nén thành động lực. Do sử dụng nguồn năng lực từ bên trong nên không tiêu tốn hay chịu tác động nào từ dòng năng lượng khác từ bên ngoài. Khi có lượng khí nén được cấp vào xylanh khí nén với một áp suất nhất định sẽ làm nở không khí và tác động một lực nhất định làm piston di chuyển một cách từ từ theo hướng mình mong muốn.

Khi cung cấp nguồn khi cho xylanh thì không khí sẽ được nén và chiếm không gian trong lòng xylanh. Lượng khí này chiếm không gian lớn dần lên và khiến cho piston di chuyển làm sinh ra công giúp cho các thiết bị hoạt động.

Xylanh khí nén được chia làm 3 dạng chính:

• Xylanh tác động đơn
• Xylanh tác động kép
• Xylanh khí nén dạng quay

1. Xylanh tác động đơn

Đối với dòng xy lanh này khí nén được sử dụng dùng để sinh công từ một phía của piston, pitston lùi về bằng lực đẩy của lò xo hay từ lực bên ngoài tác động về. Thông thường đối với xi lanh đơn chúng ta thường thấy trên xy lanh có một lỗ cấp nguồn khí nén và một lỗ thoát khí. Để điều chỉnh dòng khí nén cho xy lanh đơn thông thường dùng van điện từ khí nén 3/2 (3 cửa 2 vị trí). Xy lanh tác động đơn có hai dạng cơ bản đó là:

• xy lanh kiểu piston và xy lanh kiểu màng.

Hình 2.19:  Xylanh kiểu piston (a), Xylanh kiểu màng (b)

Nguồn: https://vannuoc.net/xy-lanh-khi-nen-la-gi-phan-loai-cach-chon-xy-lanh-khi-nen-bid26.html

1. Xylanh tác động kép

Nguyên lý hoạt động xylanh tác động kép là áp suất khí nén được dẫn vào cả hai phía của xylanh.

• 
  Xylanh tác động kép không có giảm chấn.

Hình 2.20: Xylanh tác động kép không có giảm chấn

Nguồn: https://trungtamcadcam.com/so-luot-ve-xi-lanh-trong-khi-nen-va-thuy-luc/

• Xylanh tác động kép có giảm chấn.

Nhiệm vụ của cơ cấu giảm chấn là ngăn chặn sự va đập của piston vào thành xylanh ở vị trí cuối khoảng chạy. 

Hình 2.21: Xylanh tác động kép có giảm chấn

Nguồn: https://trungtamcadcam.com/so-luot-ve-xi-lanh-trong-khi-nen-va-thuy-luc/

1. Xylanh khí dạng nén quay

Cũng như dòng xy lanh tác động kép xylanh quay sẽ hoạt động bằng van điện từ 3/2, 5/2 và 4/2... piston có thanh truyền động tới bánh răng, góc quay 0 - 360 độ lực momen xoắn vào khoảng 0.5 - 25Nm ở áp suất vận hành 6.1 bar, và tùy theo đường kính của piston, xylanh được điều khiển bằng van khí nén 5/3, 5/2 để cấp khí nén.

Góc xoay 0 -270 độ và 0 - 360 độ tùy thuộc vào kích  thước của cánh gạt.

Hình 2.22: Xylanh khí nén dạng quay

Nguồn: https://xylanhkhinen.com/gioi-thieu-ve-xylanh-xoay-co-cau-va-chuc-nang-hoat-dong.html

2.2.7 Nguồn 24VDC

Nguồn 24VDC tên thông dụng đó là nguồn tổ ong 24VDC, được sử dụng để chuyển đổi điện áp 220VAC thành nguồn 24VDC dùng để cung cấp cho các thiết bi ̣ điện hoaṭ động ở mức điện áp 24VDC.

Nguồn 24VDC được sử dụng rất rộng rãi cho mọi thiết bi ̣công nghiệp và thiết bi ̣ dân dụng.

Hình 2.23: Nguồn tổ ong ngõ ra 24VDC

Nguồn:https://nshopvn.com/product/nguon-to-ong-24v-10a/

 

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuâṭ nguồn tổ ong ngõ ra 24VDC

Đăc̣ tı́nh	Giá tri ̣
Điêṇ áp ngõ vào	220VAC
Điêṇ áp ngõ ra	24VDC
Công suất	240W

2.2.8 Động cơ bước

Động cơ bước thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của roto và có khả năng cố định roto vào những vị trí cần thiết. 

Động cơ bước làm việc được là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của roto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của roto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato (phần ứng) của động cơ bước thì roto (phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, góc ấy là một bước quay của động cơ. Khi các xung điện áp đặt vào các cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục thì roto sẽ quay liên tục. (Nhưng thực chất chuyển động đó vẫn là theo các bước rời rạc).

Hình 2.24: Một số mẫu động cơ bước trong thực tế

Nguồn: https://maycncnhapkhau.com/dong-co-buoc-tu-a-z-va-ung-dung-tren-may-cnc/

Động cơ bước có thể được phân loại dựa theo cấu trúc hoặc cách quấn các cuộn dây trên stator.

• Dựa theo cấu trúc rotor, động cơ bước được chia thành 3 loại: 
• Động cơ bước từ trở biến thiên. 
• Động cơ bước nam châm vĩnh cửu. 
• Động cơ bước lai.

Dựa theo cách quấn dây trên stator, động cơ bước được chia thành 2 loại: 

• Động cơ bước đơn cực. 
• Động cơ bước lưỡng cực.

Hình 2.25: Các bộ phận cấu thành lên động cơ bước

Nguồn: https://vietmachine.com.vn/cac-loai-dong-co-buoc-step-phan-loai-ung-dung-va-dieu-khien.html

2.2.9 Hệ thống điều khiển động cơ bước

			D.C. SUPPLY				-     Battery -     Transformr -     Rectifier
							-     Unipolar -     Bipolar -     Chopper
			POWER DRIVER
	CONTROL LOGIC
	-     Oscilator -     Half step -     Full step -     Ramping
							-     Step length -     Step length accuracy -     Holding torque -     Detent torque -     Dynamic torque
			STEPPER MOTOR

Một hệ thống có sử dụng động cơ bước có thể được khái quát theo sơ đồ sau.

Hình 2.26: Sơ đồ khái quát một hệ thống có sử dụng động cơ bước

Nguồn: https://vietmachine.com.vn/cac-loai-dong-co-buoc-step-phan-loai-ung-dung-va-dieu-khien.html

1. D.C supply

D.C.supply (nguồn DC) có nhiệm vụ cung cấp nguồn một chiều cho hệ thống. Nguồn một chiều này có thể lấy từ pin nếu động cơ có công suất nhỏ. Với các động cơ có công suất lớn có thể dùng nguồn điện được chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều. 

1. Control logic

Control logic (khối điều khiển logic) có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu điều khiển động cơ. Khối logic này có thể là một nguồn xung, hoặc có thể là một hệ thống mạch điện tử. Nó tạo ra các xung điều khiển. Động cơ bước có thể điều khiển theo cả bước hoặc theo nửa bước. 

 

1. Power driver

Power driver (điều khiển công suất) có nhiệm vụ cấp nguồn điện đã được điều chỉnh để đưa vào động cơ. Nó lấy điện từ nguồn cung cấp và xung điều khiển từ khối điều khiển để tạo ra dòng điện cấp cho động cơ hoạt động. 

1. Stepper motor

Các thông số của stepper motor (động cơ bước) động cơ gồm có: Bước góc, sai số bước góc, mômen kéo, mômen hãm, mômen làm việc.

Đối với hệ điều khiển động cơ bước, ta thấy đó là một hệ thống khá đơn giản vì không hề có phần tử phản hồi. Điều này có được vì động cơ bước trong quá trình hoạt động không gây ra sai số tích lũy, sai số của động cơ do sai số trong khi chế tạo. Việc sử dụng động cơ bước tuy đem lai độ chính xác chưa cao nhưng ngày càng được sử dụng phổ biến. Vì công suất và độ chính xác của bước góc đang ngày càng được cải thiện.

Bước góc của động cơ bước được chế tạo theo bảng tiêu chuẩn sau:

Bảng 2.5: Bảng tiêu chuẩn chế tạo bước góc của động cơ bước

Step angle	Steps per revolution
0.9o 1.8o 3.6o 3.75o 7.5o 15.0o	400 200 100 96 48 24

• Nguyên tắc điều khiển động cơ bước đơn cực

Động cơ bước đơn cực (có thể là động cơ bước vĩnh cửu hoặc động cơ bước hỗn hợp) có 5, 6 hoặc 8 dây ra. Khi dùng, các đầu nối trung tâm thường được nối vào cực dương nguồn cấp, và hai đầu còn lại của mỗi mấu lần lượt nối đất để đảo chiều từ trường tạo bởi cuộn đó như sơ đồ dưới.

Hình 2.27: Sơ đồ động cơ bước đơn cực 6 dây ra

Nguồn: https://vidieukhien.xyz/2018/07/11/tim-hieu-ve-dong-co-buoc-dieu-khien-dong-co-buoc-dung-arduino/

• Nguyên tắc điều khiển động cơ bước lưỡng cực

Động cơ bước lưỡng cực (có thể là động cơ bước nam châm vĩnh cửu hoặc động cơ bước biến từ trở) có 3, 4 hoặc 6 dây ra. Khi dùng, điện áp cấp vào các cuộn sẽ thay đổi để đảo chiều từ trường tạo bởi cuộn đó theo sơ đồ dưới.

Hình 2.28: Sơ đồ động cơ bước lưỡng cực 4 dây ra

Nguồn: https://vidieukhien.xyz/2018/07/11/tim-hieu-ve-dong-co-buoc-dieu-khien-dong-co-buoc-dung-arduino/

2.2.10 Động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện xoay chiều được dùng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì chế tạo đơn giản, giá rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao và gần như không cần bảo trì. Giải công suất rất rộng từ vài Watt đến Mega Watt. Các động cơ có công suất lớn hầu hết là động cơ 3 pha còn động cơ có công suất nhỏ thường là 1 pha.

Phụ thuộc vào cấu tạo của mỗi loại động cơ điện mà chúng có nguyên lý hoạt động khác nhau. Về phần cấu tạo, động cơ điện xoay chiều gồm có hai phần chính: stator và rotor. Stato gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay. Rôto Hình  trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép. Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây ra làm cho rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.

Hình 2.29: Cấu tạo động cơ xoay chiều

Nguồn: https://thegioidienco.com/dong-co-dien-khong-dong-bo/

Động cơ điện xoay chiều gồm có 2 loại: động cơ điện xoay chiều 3 pha và động cơ điện xoay chiều 1 pha.

1. Động cơ điện xoay chiều 3 pha

 Từ trường quay được tạo ra bằng cách cho dòng điện ba pha chạy vào ba nam châm điện đặt lệch nhau trên một vòng tròn. Cách bố trí các cuộn dây tương tự như trong máy phát điện ba pha, nhưng trong động cơ điện người ta đưa dòng điện từ ngoài vào các cuộn dây 1, 2, 3.

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1 Kết luận

      Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu và thi công hệ thống. Nhóm đã hoàn thành được hệ thống dây chuyền máy in lụa tự động.

Tiến hành chạy thử máy với yêu cầu của đề tài là in được lần lượt tất cả sản phẩm có trên bàn phôi, sau khi tiến hành chạy thử 10 phôi thu được kết quả như sau:

- Máy chạy ổn định.

- 10 phôi đều được in một cách hoàn chỉnh.

- Sản phẩm in đạt chất lượng khá tốt.

Thông qua quá trình chạy thử, so sánh với yêu cầu đầu vào của mô hình máy in lụa tự động là có khả năng in được lần lượt tất cả sản phẩm trên bàn cho đến khi trên bàn không còn một sản phẩm nào thì dừng lại. Quá trình đó diễn ra hoàn toàn tự động mà không cần đến con người phải hoạt động song song. Công việc cần đến con người chỉ là đặt một chồng phôi lên bàn, điều chỉnh các hệ số phù hợp với kích thước phôi và máy sẽ bắt đầu làm việc. Tuy nhiên, mọi hệ thống đều có ưu và nhược điểm.

a)    Ưu điểm

-        Máy chạy ổn định.

-        Có khả năng cấp phôi tự động.

-        Máy có thể in được một số loại phôi khác nhau.

-        Điều khiển hệ thống thông qua màn hình giám sát SCADA.

b)    Nhược điểm

-        Chưa có hệ thống băng tải sấy.

-        Tốc độ còn chậm.

6.2 Hướng phát triển đề tài

Bên cạnh những kết quả đạt được, đề tài còn có thể tiếp tục phát triển theo một số khía cạnh sau:

-        Chế tạo khung máy bằng vật liệu có độ bền và độ cứng vững cao hơn.

-        Tích hợp băng tải sấy vào trong dây chuyền.

-        Sử dụng encoder tuyệt đối cho độ chính xác tuyệt đối. Qua đó ta có thể in nhiều màu trên cùng một phôi in.

-        Tối ưu kích thước máy để hạn chế phần dư thừa lãng phí.

-        Thiết kế đẹp và bắt mắt hơn.

-        Tự động cho thêm phôi vào bàn đựng phôi để có thể tự động chạy mà không cần người điều hành.