Đồ án Thiết kế dây chuyền rửa kính tự động

MỞ ĐẦU Xuất phát từ nhu cầu của thực tế sản xuất công nghiệp các sản phẩm kính mắt từ thuỷ tinh quang học cũng như các sản phẩm chi tiết quang làm từ thuỷ tinh quang học. Nguyên công rửa chi tiết trước khi mạ phủ màng lên chi tiết quang là vô cùng quan trọng, quyết định chất lượng của màng mỏng cũng như chi tiết quang. Hiện nay nhà máy kính mắt Hà Nội với sản lượng kính cỡ khoảng 14000 chiếc/tháng và yêu cầu mạ màng giảm phản xạ là nhu cầu cấp bách của thị trường. Trong dây chuyền sản xuất, nguyên công rửa nằm giữa nguyên công gia công chi tiết quang và nguyên công mạ phủ Yêu cầu về tự động hoá dây chuyền là rất cấp thiết vì các lý do : - Số lượng lớn /ngày - Sản xuất 24/24 giờ - Yêu cầu về độ sạch cao, độ an toàn không vỡ không hỏng. Từ các yêu cầu trên em đi đến cách giải quyết vấn đề thiết kế như sau: - Để đảm bảo được số lượng lớn trên ngày như thế em thiết kế một dây chuyền rửa kính tự động hệ thống được thiết kế có thể làm việc một cách tự động trong suốt thời gian hoạt động của nhà máy cho phép tiết kiệm tối đa thời gian thừa của công việc rửa thủ công đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về bề mặt làm việc của kính cũng như các chi tiết quang. CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ TẠO MÀNG MỎNG QUANG HỌC I.1 Màng giảm phản xạ: Màng giảm phản xạ còn gọi là màng thấu quang là màng mỏng quang thông dụng nhất. Màng giảm phản xạ là màng điện môi thông thường là một, hai hoặc ba lớp mạ trên bề mặt chi tiết quang. Ngày nay, các dụng cụ quang học đều được mạ màng giàm phản xạ, nhờ đó chất lượng tạo ảnh của chúng tốt hơn nhiều so với các hệ chưa mạ màng .Từ đầu thế kỷ trước, loài người đã sử dụng màng giảm phản xạ. Nhưng chỉ khi kĩ thuật chế tạo màng mỏng bằng phương pháp vật lý thì việc tính, thiết kế và điều khiển quy trình công nghệ có trợ giúp của tin học thì việc chế tạo màng quang học mới trở nên hoàn thiện. Khi bề mặt chi tiết quang bằng thuỷ tinh chưa mạ màng có hệ số phản xạ được tính theo công thức : Thuỷ tinh quang học có chiết suất n = 1,5¸2, nên hệ số phản xạ trên bề mặt của chúng từ 4%¸11%. Hệ số truyền qua T = 1 – R = 94% ¸ 89% của mỗi mặt. Hãy làm phép toán đơn giản cho thuỷ tinh n = 1,576 khi chưa mạ và có mạ một lớp màng mỏng quang học giảm phản xạ ta sẽ thấy được vai trò của màng giảm phản xạ. Tăng lượng quang thông qua hệ quang so với khi chưa mạ màng giảm phản xạ Giảm phản xạ nhiễu để tăng chất lượng tạo ảnh của quang hệ. Hình I.1 Sơ đồ cấu tạo hệ Chân không I.2 Quy trình công nghệ chế tạo màng mỏng quang học Trong quy trình công nghệ toạ màng mỏng quang học, ở đây em chỉ quan tâm đến vấn đề làm sạch: Bao gồm làm sạch trong buồng chân không (Chỉ phụ thuộc vào thiết bị chân không) và làm sạch ngoài buồng chân không. Quy trình làm sạch ngoài buông chân không gồm 5 bước theo sơ đồ hình I.2 Hình I.2 Quy trình công nghệ rửa kính (TTQH) Khi kính được gia công ở dây chuyền gia công, nếu kính được chuyển sang rửa ngay sau khi gia công khi bề mặt còn tươi, trong trường hợp này bề mặt của kính là sạch, ta có thể chỉ cần rửa qua nước cất có sử dụng rung động. Nhưng dây chuyền rửa lại đòi hỏi cần có đủ lượng kính trong một mẻ rửa, vì thế kính gia công xong phải chờ đủ số lượng mới được chuyển sang dây chuyền rửa, lúc này các hạt chất bẩn bám vào nhiều trên bề mặt của kính cũng như hơi nước làm cho bề mặt bị bẩn , do đó nước cộng thêm rung động không thể tách hết hạt chất bẩn đó, vì thế trong quy trình công nghệ phải sử dụng hoá chất để tẩy rửa trước khi rửa bằng nước. Quy trình công nghệ rửa kính mắt bằng thuỷ tinh quang học: HìnhI.3 Quy trình rửa kính của dây chuyền Bước thứ nhất: Đưa kính vào thùng chứa dung dịch kiềm loãng với nồng độ 1 ¸ 1,5 % có cộng thêm một bộ phận rung động. Dung dịch kiềm được chọn ở đây là dung dịch NaOH. Hoá chất có tác dụng làm cho độ bám của hạt bẩn giảm đi thậm chí chúng có một phần có độ bám thấp bị tách ngay khi đưa kính vào trong dung dịch. Bộ phận rung động có tác dụng tách các hạt có độ bám lớn hơn. Thời gian giá kính ngâm trong dung dịch của bước này là 15 phút Bước thứ hai: Sau khi kính được rửa trong dung dịch kiềm loãng kính được đưa sang rửa trong nước cất và có cộng thêm rung động. Bởi trong hệ thống của quy trình có sử dụng hai loại dung dịch là axít và kiềm nên kính qua nước cất có tác dụng sau đây: Sau khi trong dung dịch kiềm loãng thì có những hạt chất bẩn vẫn không tách ra khỏi bề mặt kính nó chỉ bị giảm độ bám, qua nước cất sẽ làm hạt đó đi ra. Sau khi ra khỏi dung dịch kiềm loãng cộng thêm thời gian di chuyển kính đến các loại dung dịch rửa khác nhau là nhanh, thời gian ấy không làm cho dung dịch khô hoặc bay hơi nếu từ kiềm chuyển sang axít luôn thì hiện tượng tạo muối sẩy ra, điều này làm giảm nồng độ dung dịch. Vì thế nước cất có nhiệm vụ làm sạch dung dịch trước đó đã bám vào kính để không còn hiện tượng tạo muối khi đưa vào dung dịch sau. Thời gian của bước này là 10 phút 3. Bước thứ ba: Kính sau bước hai được đưa vào rửa trong dung dịch axít 1¸ 1,5% cộng thêm bộ phận rung động. Dung dịch này cũng có nhiệm vụ như dung dịch kiềm loãng, nó sẽ tách tiếp hạt chất bẩn còn lại bám trên kính. Thời gian của bước này la 15 phut 4. Bước thứ tư: Cũng tương tự như bước hai, kính được qua nước cất để làm sạch dung dịch axit bám trên bề mặt kính. Thời gian của bước này là 10 phút. 5. Bước thứ 5 : Khi kính được rửa sạch, trước khi ra khỏi dây chuyền kính được đưa qua công đoạn sấy khô bằng khí nóng để khi di chuyển kính qua dây chuyền mạ nó không bị bụi bẩn trong nhà máy bám trở lại. Thời gian của bước này la 5 phút. I.3 Tìm hiểu các phương pháp rửa chi tiết quang Để làm sạch bề mặt của chi tiết quang có nhiều phương án rửa đã được áp dụng. Tùy thuộc vào tính chất của kính cũng như kích thước của kính để quyết định đưa ra các phương pháp công nghệ khác nhau để đạt hiệu quả cao trong sản xuất. Sau đây là một vài phương pháp rửa công nghiệp đã được các nhà máy áp dụng. Phương pháp của nhà máy sản xuất kính an toàn Do bản kính có kích thước lớn: 1800 x 2300(3 đến 10mm) người ta có dùng phương pháp phun và rửa trên mặt kính. Dây chuyền này được lắp đặt tại nhà máy kính an toàn mô hình như trên hình vẽ I.3. Hình I.3 Kính được rửa là loại kính có kích thước lớn cỡ hàng mét. Mục đích của việc rửa kính cỡ lớn này là các tấm kính ấy được sử dụng để che, chắn cho các toà nhà lớn hay các cửa sổ. Việc kính bị vật khác va vào làm vỡ ra là chuyện rất dễ thường ngày. Các mảnh kính bị vỡ ra sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp đến cơ thể con người. Để khắc phục được điều đó Nhà máy kính an toàn đã đặt vào giữa hai tấm một lớp ni-lông, lớp này có tác dụng liên kết các mảnh vỡ khi kính bị vỡ, các mảnh vỡ ấy không bị bắn ra xung quanh. Để dán được tấm ni-lông đó lên mặt kính thì đòi hỏi mặt làm việc của kính không bẩn. Vì thế trước khi phải tiến hành rửa sạch mặt kính đó. - Phương pháp rửa: Người ta cho kính đặt lên những con lăn, con lăn đưa kính chạy qua một chổi với vận tốc chậm. Chổi quét có kiểu con lăn có tốc độ lớn quay liên tục trên mặt kính. Một luồng dung dịch rửa luôn luôn phun thẳng vào chổi. Trước khi đi ra kính được sấy bằng không khí khô và nóng Phương pháp dùng hoá chất kết hợp với rung động rửa khuân (của công ty Kính Mắt HN). Dây chuyền rửa kính của công ty Kính Mắt HN là dây chuyền rửa khuân kính. Sau mỗi lần ép kính plastic thì trên mặt làm việc của khuân sẽ bị bám hạt kính đồng thời quá trình tháo phôi kính làm bẩn mặt làm việc đó. Vì thế người ta phải rửa mặt khuân trước khi quay lại ép kính. - Phương pháp rửa: Phương pháp rửa của công ty này được sử dụng là phương pháp hoá. Các khuân kính được đưa vào trong dung dịch rửa để rửa. 3. Phương Pháp dùng hoá chất và rung động để rửa chi tiết quang ( Kính thuỷ tinh quang học). - Với kính đeo mắt có đặc điểm là nhỏ, có khối lượng không đáng kể, bề mặt làm việc đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao hơn: không xước, hệ số truyền qua lớn, làm giảm khúc xạ, hấp thụ những tia bất lợi cho mắt con người. - Nhưng để đảm bảo được những đặc tính khi sử dụng thì thường sử dụng phương pháp hoá để làm sạch bởi vì phương pháp này không làm xước bề mặt của kính. - Cũng như các dây chuyền khác, trong hệ thống thì dây chuyền rửa kính được đặt ở vị trí như hình dướ đây: - Dây chuyền rửa này có sử dụng kết hợp hai cơ chế tác động đó là tác động hoá học và tác động cơ học một cách đồng thời. - Kính được đưa vào trong dung dịch rửa, một bộ phận tạo ra rung động tác động vào trong dung dịch làm cho các phần tử của dung dịch chuyển động mạnh, phần tử dung dịch đập vào kính làm cho kính bị rung động theo làm cho gia tốc kính thay đổi mạnh, sự chênh lệch gia tốc giữa hạt và kính làm tách chúng rời nhau. CHƯƠNG II TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN II.1 Giới thiệu chung Trong những năm gần đây, truyền động bằng khí nén được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của khoa học và kĩ thuật như chế tạo máy công cụ, máy vận chuyển, máy xây dựng, kĩ thuật rèn dập và đúc, kỹ thuật in, dệt, thực phẩm và đặc biệt là trong kỹ thuật hàng không .. Nói chung khó có thể tìm được một lĩnh vực nào trong khoa học và kỹ thuật hiện đại mà không sử dụng các thiết bị khí nén. Khí nén thường được sử dụng dưới dạng các hệ thống gá đỡ, các hệ thống vận tải hay thực hiện các chức năng điều khiển từ xa …Trong các hệ thống phanh hoặc trong các dây chuyền sản xuất tự động, khí nén còn được sử dụng dưới dạng các thiết bị nâng chuyển chi tiết, dưới dạng tay máy của một robot công nghiệp, trong kiểm tra và đo lường … Lý do để các dây truyền được sử dụng rộng rãi như vậy vì so với các thiết bị khác như điện, thuỷ lực thì những thiết bị khí nén có độ tin cậy rất lớn, kết cấu rất đơn giản, dễ chế tạo, có thể làm việc trong hầu như mọi môi trường, không sợ cháy, không sợ nổ, không bị nhiễu bởi từ trường, điện trường và phóng xạ, không gây ô nhiễm môi trường. So với các thiết bị điện và điện tử thì tốc độ hoạt động của các thiết bị khí nén nhỏ hơn, xong với tốc độ hoạt động được hiện nay của nó thì trong đại đa số các trường hợp ứng dụng kỹ thuật, nhu cầu thực tế được thoả mãn. Khác với các hệ thống truyền động thuỷ lực, hệ thống truyền động bằng khí nén đơn giản hơn nhiều: Không cần tới đường hồi và bể chứa vì môi chất dùng để chuyển đổi năng lượng là không khí được nén dưới áp suất tải 3 đến 6 atmosphere . Cho nên các hệ truyền động bằng khí nén có thể làm việc ở môi trường có nhiệt độ thay đổi. Trong một vài lĩnh vực kỹ thuật đã được coi là lĩnh vực sử dụng truyền thống của khí nén như : Công nghiệp dầu mỏ, hoá chất, y học và thực phẩm,… các hệ thống bằng khí nén tỏ ra ưu việt hơn hẳn so với các hệ thống thuỷ lực hoặc điện. Tuy nhiên, các hệ thống truyển động bằng khí nén cũng có một số nhược điểm là: Không thể tạo ra được lực lớn như hệ thống thuỷ lực, cơ cấu chấp hành kém chính xác, vì dò rỉ nhiều và tính chịu nén của không khí lớn. Điều này đã dẫn tới hiệu suất của hệ thống không cao lắm. Khi làm việc, khí nén xả vào môi trường một cách tuỳ tiện cho nên gây ra tiếng ồn lớn trong xưởng. Những điều này không làm hạn chế việc sử dụng khí nén trong kỹ thuật mà trái lại xu hướng thay thế hệ thống thuỷ lực là một xu hướng lớn trong kỹ thuật ngày nay, và nhất là các nhược điểm của khí nén không mang tính quan trọng, hay có thể khắc phục được trong hệ thống. Ngày nay để phát huy được các ưu diểm của các hệ thống người ta kết hợp khí và thuỷ, người ta đã chế tạo ra hệ thống thuỷ-khí. Trong các linh kiện của các hệ thuỷ khí có phần điều khiển sử dụng chủ yếu là các bộ phận là khí nén còn phần chấp hành sử dụng các bộ phận của thuỷ lực. Thực tế đã cho thấy hệ thống thuỷ- khí đã đáp ứng được về tốc độ hoạt động nhanh và lực phát ra lớn Các hệ thống truyền động bằng khí nén thường làm việc với nguồn có áp suất không lớn lắm cỡ 10at. Trong một vài trường hợp áp suất làm việc được sử dụng lên tới 30 ¸ 60at. II.2. Theo áp suất, nguồn cung cấp được chia ra làm ba nhóm chính sau: Nguồn cao áp: ( 4 ¸ 10at) : Dùng để cung cấp cho các hệ thống gá lắp bằng khí nén, máy rèn dập, xy-lanh, lực băng truyền (tải) và các cơ cấu chấp hành nói chung. Nguồn áp suất trung bình: (1 ¸ 4 at): Dùng để cung cấp cho các thiết bị điều khiển bằng khí nén trong các thành phần của chúng có các chi tiết tham gia vào chuyển động cơ học. Đó là các phần tử màng thuộc các hệ thống đã được tiêu chuẩn hoá. Các phần tử màng có kết cấu gọn nhẹ làm việc với độ tin cậy rất lớn, chúng vừa thực hiện chức năng điều khiển vừa có khả năng đóng vai trò cơ cấu chấp hành, khi cần thiết Nguồn áp suất thấp : (P£ 1 at): Dùng để cung cấp cho các phần tử điều khiển mà trong thành phần của nó không có chi tiết tham gia vào chuyển động cơ học . Từ các đặc diểm của nguồn cung cấp khí nén, thấy rằng: Các thiết bị khí nén làm việc nói chung với áp suất thấp. Mặt khác khí nén tuân theo các định luật của chất khí và chất lỏng cho nên việc tính toán, thiết kế hệ thống khí nén so với hệ truyền động thuỷ lực không khác nhau nhiều lắm. - Trong trường hệ thống làm việc với áp suất nhỏ hơn 4 at, có thể coi không khí như chất lỏng không chịu nén. Nếu áp suất lớn hơn 4 at khi thiết kế phải kể đến tính nén được của không khí . II.3. Phân tích chu trình làm việc của hệ thống truyền động bằng khí nén. Khảo sát hệ thống truyền động bằng khí nén, trong đó cơ cấu chấp hành là xy- lanh lực tác động hai chiều. Trong trường hợp chung, ta xét khí nén đồng thời chảy vào và chảy ra khỏi xy- lanh lực. Hệ thống làm việc theo trình tự sau: sau khi động cơ cấu điều khiển (3), khí nén từ nguồn cung cấp (có thể từ bơm, bình tích năng hoặc từ hệ thống có áp chảy vào buồng bên phải của cơ cấu phân phối (4) chuyển dịch sang phía trái, chiếm vị trí như trình bầy áp suất từ nguồn qua cơ cấu phân phối chảy vào buồng bên trái của cơ cấu chấp hành (1). Áp suất ban đầu trong buồng trong buồng trái của cơ cấu chấp hành (1) bằng áp suất của môi trường xung quanh. Sau khi cơ cấu phân phối (4) mở, mặc dù có một phần khí nén chẩy vào môi trường (nguyên nhân có thể do dò rỉ ), áp suất trong buồng trái sẽ tăng lên. - Trong khi đó buồng bên phải của xy-lanh lực thông với môi trường qua cơ cấu phân phối (1), áp suất (lúc đầu bằng áp suất của nguồn ) dần dần giảm đi. Thấy rằng : Có một lượng khí nén nhất định dưới dạng dò rỉ từ nguồn qua cơ cấu phân phối chảy vào buồng phải của xy-lanh lực, xong không thể cản được quá trình giảm áp trong buồng này. Dưới tác dụng của lực sinh ra do độ chênh áp suất giữa hai phía, piston(2)sẽ chuyển sang phía phải sau khi thắng lực ma sát tạo bởi mặt piston và mặt trong của xy-lanh lực, xong không thể cản được quá trình giảm áp ở trong buồng này. Sau khi bộ phận làm việc (gắn trên cần piston) đã thực hiện xong một nguyên công cho trước nào đấy, cần piston sẽ mở van điều khiển (6). Khí nén từ nguồn sẽ chảy vào buồng bên trái của cơ cấu phân phối (4), đồng thời đẩy con trượt (5) sang phía phải. Khí nén từ nguồn, qua cơ cấu phân phối (4) chảy vào buồng chấp hành(1) còn buồng trái thông với môi trường. Dưới tác dụng của lực sinh ra do độ chênh áp suất giữa hai phía, piston(2) chuyển động sang phía trái. Ở cuối hành trình sang trái, hệ thống lặp lại từ đầu. Chu trình làm việc của hệ thống truyền động bằng khí nén được mô tả ở hình sau: HìnhII.1 Sơ đồ nguyên lý của xy-lanh khí nén Trên chúng ta biểu thị cả những khoảng thời gian mô tả chuyển động của piston và sự thay đổi áp suất trong khoảng xy-lanh. - Phân tích chu trình làm việc của hệ thống truyền động bằng khí nén, chúng ta sẽ bắt đầu từ lúc mở van điều khiển (3)( có thể là van điều khiển bằng từ hoặc công tắc khí …cũng có thể là một cơ cấu điều khiển khác có tín hiệu ra dưới dạng khí nén để điều khiển cơ cấu phân phối (4)). Sau khi cơ cấu phân phối mở, khí nén từ nguồn theo các ống dây dẫn chảy vào buồng làm việc của cơ cấu chấp hành. Thực ra mà nói, khí nén bắt đầu chảy theo ống dẫn ngay khi cửa sổ của cơ cấu phân phối vừa hé mở. Xong để cho đơn giản, chúng ta giả định rằng khí nén bắt đầu chuyển động sau khi cửa sổ trong cơ cấu phân phối mở hoàn toàn. - Giả thiết sẽ không dẫn đến sai số lớn vì thời gian cần thiết để mở cửa sổ trong cơ cấu phân phối rất nhỏ so với toàn bộ thời gian của một chu trình chọn vẹn của hệ thống. - Đường cong trên đồ thị mô tả quá trình tăng áp suất đến khi piston bắt đầu chuyển động trong một buồng của xy-lanh và quá trình giảm áp suất trong buồng kia. Khi piston dịch chuyển áp suất trong cả hai buồng có thể tăng hoặc giảm hoặc dao động xung quanh một giá trị nào đấy phụ thuộc vào kết cấu cụ thể của từng hệ thống. - Sau khi piston thực hiện xong hành trình cho trước, áp suất trong buồng nối với nguồn xy-lanh tăng dần đến giá trị mà quá trình công nghệ đòi hỏi. Đồng thời áp suất của buồng kia giảm dần đến giá trị áp suất của môi trường. Thời điểm kết thúc của quá trình tăng và giảm áp suất trong hai buồng, trong trường hợp chung không trùng nhau. Sau khi thực hiện xong một nguyên công cho trước nào đấy, van điều khiển sẽ mở (thời gian để thực hiện nguyên công gọi là thời gian công nghệ tcn). Khi đó, cũng theo một trình tự như trên, piston sẽ thực hiện hành trình ngược, nhưng trong đó vai trò của các buồng của cơ cấu chấp hành sẽ đổi chỗ cho nhau : Buồng phải sẽ trở thành buồng làm việc, còn buồng trái là buồng xả. - Buồng làm việc là khoang nối với nguồn ở thời điểm khảo sát mà trong đó áp lực của khí nén đóng vai trò lực phát động. Nếu tại thời điểm khảo sát, buồng thông với nguồn, nhưng áp lực của khí nén không phải là lực phát động thì khoảng đó không phải là buồng làm việc. - Buồng xả ( còn gọi là buồng đối áp ) là buồng tại thời điểm khảo sát thông với môi trường mà áp suất của khí nén ở trong đó gây cản trở chuyển động của piston. II.4. Phân tích động lực học của cơ cấu khí nén điển hình Khảo sát chu kỳ chuyển động của piston của xy-lanh khí nén có sơ đồ nguyên lý trình bày ở hình (14.1) vì trong trường hợp này không có khí nén chẩy vào buồng làm việc từ buồng khác có áp suất cao hơn (f’c = 0 nên số hạng thứ hai trong ngoặc vuông của phương trình (II.1) sẽ bằng 0. Chúng ta đặt = wm; =wn và biến đổi phương trình (II.1) về dạng kfn’k[Pnj(Y) - Pwmj(Zm) - Pwtj(Zt) - .(F*pDx)(1- )]dt = KFPdx + FxdP (II.2). - Nhiệt độ trong buồng làm việc của xy-lanh có thể được xác định từ phương trình (14.21)[Sách Truyền động thuỷ lực thể tích,Tập II, Lê Danh Liên], trong đó cũng bỏ qua thành phần đặc trưng cho khí nén từ buồng cao áp khác chạy sang buồng làm việc mà chúng ta khảo sát (fC’ = 0). = + - [fn’KPnj(Y) - fm’KPj(Zm) – fm’KPj(Zt)]dt (II.3) Bây giờ chúng ta sẽ xây dựng hệ phương trình mô tả quá trình nhiệt động học xẩy ra trong buồng xả( buồng đối áp ) có các thông số đặc trưng mang chỉ số “x” (Px;Tx;Vx;Fx;xx). Từ phương trình (14.16), số hạng thứ nhất trong ngoặc vuông sẽ tương ứng với dò rỉ từ nguồn qua con trượt phân phối vào buồng xả. Hàm lưu lượng trong trường hợp này phụ thuộc vào tỷ số Yx = , còn lưu lượng thì xác định bằng công thức: Gp = KfpPnj(Yx) ; (II.4) Số hạng thứ hai trog ngoặc vuông tương ứng với lượng dò rỉ từ buồng làm việc sang buồng xả, nên : Pn = P ; Tn = T ; fn’ = ft’ và j(YC) =j(Zx). Lưu lượng Gt trong trường hợp này có thể được xác định theo công thức (14.15)(SGK). - Số hạng thứ ba trong ngoặc vuông tương ứng với lượng khí nén chảy vào môi trường, đối với buồng xả thì thay thế P = Px; T = Tx và fa’= fm’ , đồng thời chảy vào môi trường có thể xác định bằng biểu thức : Gx’ = Kfm”Pxj(Zm’) (II.5) Dò rỉ từ buồng xả sang buồng có thể tích bị hạn chế và áp suất nhỏ hơn trong trường hợp này không có cho nên số hạng thứ tư trong ngoặc bằng 0. Thể tích của buồng xả : Vx = V = Fxxx ; và dV = dVx = Fxdxx. - Nếu kể đến tất cả những điều vừa phân tích thì phương trình (II.1) có thể viết dưới dạng k [K.f’p. j(Yx) - .K.f”m.Px. j(Zm’) +.K.f’t.P. j(Zz) - .K.f’ - (F* + pDx) ( 1- )]dt = FxxxdPx + kPxFxdxx(II.6). - Có thể biểu diễn phương trình (II.6) thông qua các thông số của buồng làm việc; đồng thời để ý đến những quan hệ sau: xx=0 + S + xQX – x = 1- x dx = - dxx Trong đó x0 và xOX đặc trưng cho thể tích không làm việc của hai buồng làm việc và xả. S – hành trình của piston. L = x0 +S + x0X Kfm”K {Pnwp j(Yx) - .Px. j(Zm’) +P. wt’. j(Zx) - [(F* + pD(1-x)] ( 1- )}dt = Fx (1-xx)dPx + kPxFxdxx(II.7). Trong phương trình này : wp = wt = Để xác định nhiệt độ của khí nén trong buồng xả chúng ta sử dụng phương trình trạng thái viết dưới dạng vi phân : Txdq + qxdT = ) (II.8). Trong phương trình này : qx = Vx Dx; còn dqx = ( Gp – Gx + Gt)dt, Trong đó các giá trị lưu lượng xác định bằng các biểu thức: (II.4);(II.5) và(14.15). RTx[ fp”KPn j(Yx) – fm”KPx. j(Z) + ft”KP. j(Zt) ] + VxDxdTx = Fx (1-xx)dPx + kPxFxdxx (II.9). Sau một vài biến đổi đơn giản ta có : = +-[fm”KPn j(Yx) – fm” KPx(Z) + ft’ KPj(Zt)] dt (II.10). - Kết luận : - Việc sử dụng khí nén trong công nghiệp hiện nay là rất thuận lợi bởi những ưu điểm của nó : No sử dụng nguồn khí sẵn có trong thiên nhiên mà không phải chế biến. Các dụng cụ khí nén cho phép di chuyển các chi tiết trong không gian một cách thuân lợi Việc điều khiển quá trình của khí nén cũng không khó và nó cho phép hoạt động chính xác trong một quá trình di chuyển nào đó. Việc xử lý nhiên liệu xả hầu như không cần thiết. Trong phạm vi của hệ thống rửa kính tự động trong thiết bị điều khiển bằng khí nén sẽ được sử dụng làm robot mang trong quá trình nâng hạ các giá đựng kính. Trong hệ thống rửa kính cánh tay robot được chọn là xy-lanh khí nén do nguyên nhân sau : Với lực nâng giá đòi hỏi không lớn, nếu trên thân robot sử dụng động cơ để nâng hạ khì khối lượng và trọng lượng động cơ là lớn hơn nhiều so với một xy-lanh khí nén. Nên việc sử dụng xy-lanh trong trường hợp này gọn nhẹ, ưu việt hơn. CHƯƠNG III ỨNG DỤNG PLC TRONG CÔNG NGHIỆP ĐỂ ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN RỬA Hiện nay ở Việt Nam cũng như các nước trên thế giới đều áp dụng hệ thống tự động trong công nghiệp để tăng năng suất. Khi đó vấn đề quản lý hệ thống tự động đố một cách hiệu quả là một yêu cầu đặt ra với mọi nhà máy. Từ mong muốn sự hoạt động tối ưu của hệ thống đòi hỏi nhà thiết kế phải có những chương trình có khả năng điều khiển tốt nhất. PLC là lại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán bằng mạch số. Nó là một công cụ trợ giúp cho các thiết bị hoạt động một cách chính xác nhất trong hệ thống tự động, nó đựợc thiết lập dựa trên các thuật toán mang tính logic III. 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC III.1.1 Biến và hàm số hai giá trị - Khi mô tả đối tượng diều khiển bằng mô hình toán học ta phải biểu diễn đại lượng vào/ra của đối tượng dưới dạng hàm số phụ thuộc thời gian. Ví dụ: điện áp trong –10 ¸ 10 (v)là đại lượng đầu vào của một mạch điện. Khi mô tả mạch điện coi điện áp như là một hàm số u(t). Giá trị của hàm số u(t) tại một thời điểm t(0) sẽ mang thông tin về giá trị điện áp đầu vào của mạch điện tại đúng thời điểm đó. Tập tất cả các giá trị của hàm số u(t) gọi là miền giá trị. Như vậy, miền giá trị u(t) biểu diễn điện áp ở ví dụ trên phải thuộc trường số thực R nằm tronh khoảng [-10 ¸ 10 ]. Biến hai trị, hay còn gọi là biến boole là loại hàm số mà miền giá trị của nó chỉ có hai phần tử, phần tử của chúng là 0 và 1. III.1.2 Xác định công thức hàm hai trị từ bảng chân lý - Dựa vào các đặc tính của các phép tính logic người ta thiết lập được bảng chân lý để xác định hàm hai trị f(x) là biểu diễn chúng dưới dạng bảng mà người ta gọi là bảng chân lý của hàm. - Bảng được xây dựng bằng cách liệt kê tất cả các trường hợp có thể có khi mà n biễn x1, x2,…,xn nhận được những giá trị khác nhau thành từng hàng riêng biệt. Do tất cả các biến là hai trị nên bảng chân lý của hàm với n biến sẽ chỉ có hữu hạn (2n) hàng. Tiếp theo, tại cuối mỗi hàng ta gán giá trị của hàm, được xác định bằng cách thay những giá trị x1,x2,…,xn tương ứng trong hàng đó vào công thức của hàm số. - Nhờ có cách biểu diễn hàm hai trị dưới dạng bảng chân lý như vậy mà ta có thể dễ dàng kiểm chứng được rằng với n biến x1,x2,…,xn chỉ có thể nhiều nhất hàm hai trị f(x) khác nhau do đó trong số 22n hàm hai trị fk(x), k = 0,1,…,2 của n biến chắc chắn phải có hai hàm là tương đương. - Sau đây sẽ xét bài toán ngược là tìm công thức biểu diễn hàm f(x) từ bảng giá trị chân lý đã biết của hàm đó. Công việc này là cần thiết vì trong thực tế nhiều bài toán tổng hợp bộ điều khiển được bắt đầu từ bảng chân lý. Trước hết hãy làm quen với hai khái niệm mới là biểu thức nguyên tố tổng và biểu thức nguyên tố tích. Cho n biến hai trị x1,x2,..,xn. Một biểu thức T(x) của n biến đó được gọi là nguyên tố nếu trong T(x): - có mặt tất cả các biến số xk,k=1,2,…,n và mỗi biến số chỉ xuất hiện 1 lần - được cấu thành chỉ bởi hai phép tính Ù,¯hoặc Ú,¯. Biểu thức nguyên tố với hai phép tính Ù,¯được gọi là biểu thức nguyên tố tích còn biểu thức nguyên tố với Ú,¯ gọi là biểu thức nguyên tố tổng. Biểu thức nguyên tố với hai phép tính Ù,¯được gọi là biểu thức nguyên tố tích ,biểu thức với hai phép tính Ú,¯được gọi là biểu thức nguyên tố tổng. Để tiện trình bày ta quy ước xk = k0k và xk = x1k - Vậy biểu thức nguyên tố tích TN(x) với n biến hai trị x1,x2,…,xn có dạng Và một biểu thức nguyên tố tổng Tc(x) với n biến hai trị x1,x2,…,xn biểu diễn thành III.1.3 Xác định nhờ biểu thức nguyên tố tổng Từ bảng chân lý của hàm f(x)của n biến x1,x2,…,xn gồm có 2n hàng của hàm f(x) tất cả các hàng mà tại đó f(x) có giá trị 0 Giả sử tại hàng thứ i có f(x) = 0. Tại đó ta lập biểu thức nguyên tố tổng theo quy tắc Trong đó các giá trị qk phải được chọn theo quy luật: - Gọi tất cả các hàng có f(x)=0 lần lượt là i1, i2,…và TCi1(x), TCi2(x),… là những biểu thức nguyên tố tổng tương ứng của các hàng đó thì f(x)=TCi1(x)Ú TCi2(x)Ú … III.1.4 Xác định nhờ biểu thức nguyên tố tích Bảng chân lý hàm f(x) của n biến x1,x2,…,xn gồm có 2n hàng. Giả sử rằng từ bảng chân lý ta xác định được hàm f(x) có giá trị 1 ở hàng thứ i. Theo tính chất vừa nêu trên của biểu thức nguyên tố tích thì hàm f(x) khi đó sẽ có giá trị đúng bằng giá trị của biểu thức nguyên tố tích Trong đó các giá trị qk phải được chọn theo quy luật: nếu biến xk có giá trị 1 trong hàng thứ i qk= nếu biến xk có giá trị 0 trong hàng thứ i Bởi vậy hàm f(x) sẽ tương đương với kết quả phép HOẶC của tất cả các biểu thức nguyên tố tích TiN (x) của các hàng i mà tại đó f(x) có giá trị 1. Nếu gọi các hàng trong bảng chân lý mà tại đó f(x) =1 lần lượt là i1, i2,…và Ti1N(x) , Ti2N(x) ,… là những những biểu thức nguyên tố tích của các hàng đó thì F(x) = Ti1N(x) Ù Ti1N(x) Ù… III.2. Biểu diễn tín hiệu số Tín hiệu số Tín hiệu được hiểu là hàm theo thời gian u(t) có giá trị thực, mang thông tin và được gọi là liên tục nếu u(t) là hàm liên tục. Bộ điều khiển số là một bộ điều khiển không làm việc với tín hiệu liên tục. Dạng tín hiệu thích ứng cho bộ điều khiển số là dãy các giá trị {uk}, uk=u(kTa), trong đó Ta là khoảng thời gian trích mẫu. Bởi vậy trong điều khiển số người ta cần phải rời rạc hoá u(t) thành {uk}. Quá trình rời rạc hoá miền xác định của u(t) để có được dãy đếm được {uk}. Quá trình rời rạc hoá miền xác định của u(t) để có được dãy đếm được {uk} gọi là lượng tử hoá tín hiệu theo thời gian. Việc lượng tử hoá tín hiệu theo thời gian là cần thiết,nhưng chưa đủ vì bộ điều khiển số cũng không thể bao quát được tất cả giá trị uk trong khoảng -¥ < uk< ¥, ví dụ nó không làm việc được với số vô tỷ. Thông thường bộ điều khiển số chỉ chấp nhận tập hợp đếm được các giá trị uk.Việc thay tập không đếm được các giá trị của u(t) bằng tập đếm được các giá trị uk gọi là quá trình rời rạc hóa miền giá trị của u(t). Tín hiệu u(t) mà cả miền xác định và miền giá trị là những tập đếm được gọi là tín hiệu số. Như vậ, giá trị uk của tín hiệu số là một giá trị gần đúng được chọn làm đại diện cho tất cả các giá trị của u(t) trong cả hai lân cận t= kTa và uk= u(kTa). Bởi vậy, không mất tính tổng quát, người ta có thể quy đổi để xem uk như là một số nguyên Chẳng hạn, nếu lân cận của uk=u(kTa) là các số thực có cùng 3 số sau dấu phẩy với nó thì sau khi nhân uk với 103 ta sẽ có một số nguyên (cách biểu diễn dấu phảy tĩnh) III.3. Biểu diễn số nguyên dương III.3.1. Biểu diển trong hệ cơ số 10 Một số nguyên dương uk bất kỳ, trong hệ cơ số 10 bao giờ cũng được biểu diễn đầy đủ bằng dãy các con số nguyên từ 0 đến 9.Ví dụ uk=259 được biểu diễn nhờ 3 con số 2,5,9 và cách biểu diễn đó được hiểu là Uk=2×102+5×101+9×100 Một cách tổng quát ,khi biểu diễn trong hệ cơ số 10 ,uk có dạng Uk=an×10n+an-1×10n-1+…+a1×101+ao×100 với 0£ ai £9 Như vậy việc biểu diễn uk trong hệ cơ số 10 là sự biến đổi uk thành tập hữu hạn n+1 số số nguyên ai ,i =0,1,..,n thoả mãn 0 £ ai £ 9.Nói cách khác đó là ánh xạ uk Số các giá trị mà ai có được do hệ cơ số biểu diễn uk quyết định. Trong trường hợp này uk được biểu diễn trong hệ cơ số 10 nên ai sẽ có 10 giá trị. III.3.2. Biểu diễn trong hệ cơ số 2 - Cách biểu diễn uk trong hệ cơ số 10 theo (1.29) chưa phù hợp với nguyên tắc mạch điện của bộ điều khiển số vì vector ảnh a = của uk có các phần tử đa trị 0£ ai£ 9. Để chuyển vector ảnh a = thành các phần tử hai trị ta biến đổi (1.29) về dạng sau. Uk = xn.2n + xn-1.2n-1+…+x1.21+x0.20 với xÎ{0,1} (1.30). Với việc thay đổi này, các tham số xi, i = 0,1,…,n sẽ trở thành những đại lượng hai trị 0 hoạc 1 và (1.30) biến thành ánh xạ uk có xi là các biến hai trị. Nếu sử dụng ký hiệu vector hàng có ảnh theo cấu trúc Uk ® xn xn-1 … x1 x0 n Ta sẽ đi đến dạng biểu diễn thông dụng bằng mạch điện cho tín hiệu số. Mỗi ô vuông trong cách biểu diễn trên là một bit và mỗi bit là một biến hai trị. Số các bit của vector quyết định cho miền giá trị uk. Với n + 1 bit trong (1.30) thì miền giá trị của uk sẽ là tập hợp của số nguyên dương trong khoảng 0£uk£ 2n+1-1. Một dãy số 8 bit được gọi là một byte. Hai byte được gọi là một từ (word) và hai từ sẽ được gọi là (double word). Trong kỹ thuật PLC nói riêng và điều khiển số nói chung người ta thường biểu diễn uk bằng một byte, một từ hoặc bằng một từ kép. Biểu diễn uk = 205 thành một byte 8 bit 1 1 0 1 1 0 0 1 Một từ gồm hai byte 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 Cách biêu diễn cơ số 2 như vậy không làm ảnh hưởng đến thói quen tính toán của ta trong hệ thập phân như cộng, trừ. Tuy nhiên vẫn phải để ý rằng do xi chỉ bằng 0 hoặc 1 nên khi cộng có tổng lớn hơn 1 ta phải viết xi = 0 bà nhớ 1 sang hàng sau. III.3.3. Mã hexadecimal của số nguyên dương - Cũng tương tự như (1.29), (1.30) về cách biểu diễn uk theo hệ cơ số 2 và 10, tronh hệ cơ số 16 số nguyên dương uk có dạng uk = hn.16n + hn-116n-1+…h1161.h0.160 , với 0£ hi£15. 1.31 và tham số hi, i = 0,1,…,n là những biến 16 trị. Các trị số hi được ký hiệu là : 0,1,…,9,A,B,C,D,E,F. trong khi các ký tự chuyển sang hệ thập phân sẽ tương đương với A =10 B = 11 C = 12 D = 13 E = 14 F = 15 Để bộ điều khiển số hiểu được dạng biểu diễn (1.31) của uk, người ta đã chuển các tham số hi, i = 0,1,…,n sang hệ cơ số 2. Do mỗi tham số có 16 trị nên người ta cũng chỉ cần 4 bit là đủ để biểu diễn chúng. Một mảng 4 bit được gọi là một nipple. `E B Và dạng hexadecimal được biểu diễn Dạng hexadecimal của số 7723 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 - Mã BCD của số nguyên dương Ta đã biết mã hexadecimal là kiểu sử dụng biến hai trị để thể hiện trữ số hi, i = 0,1,…,n khi uk được biểu diễn trong hệ cơ số 16. Hoàn toàn tương tự. Mã BCD là dạng dùng biến hai trị thể hiện những trữ số 0£ ai£ 9, i = 0,1,…,n khi biểu diễn uk trong hệ cơ số 10 theo công thức uk = an.10n + an-1.10n-1 + …+ a1.101 + a0.100. Ví dụ : uk = 259 được biểu diễn nhờ 3 con số 2,5,9 do đó mã BCD của nó có dạng như sau Mã BCD của số nguyên 259 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 2 5 9 III.3.4. Thiết bị điều khiển logic khả trình Thiết bị điều khiển logic khả trình (Progamable Logic Control), là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện mạch đó bằng mạch số. Như vậy với chương trình điều khiển trong mình PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt nó có thể trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (vơi PLC hoặc với máy tính ) . Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu dữ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình ( khối OB, FC hay FB) và được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét(scan). Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghiã là phải có một bộ vi sử lý (CPU), một hệ điều hành , bộ nhớ để lưu trữ chương trình điều khiển. Dữ liệu tất nhiên phải có cổng vào ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh, bên cạnh đó nhằm phục vụ bài toán điều khiển số. PLC con cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (counter), bộ thời gian (timer) … và những khối hàm chuyên dụng Bộ nhớ chương trình Khối vi xử lý trung tâm + Hệ điều hành Bộ đặt thời gian timer Bộ đệm ra/ vào Bộ đếm counter Bít cờ Bus của PLC Cổng ra vào onboard Cổng ngắt và đếm tốc độ cao Quản lý ghép nối Hình III.1 Nguyên lý cấu tạo chung của một bộ điều khiển lôgic khả trình III.3.5. Các module của PLC S7-300 Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó các đối tượng điều khiển đều có tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào /ra khac nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá về mặt cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được sử dụng nhiều hay ít phụ thuộc từng bài toán song tối thiểu bao giờ cũng phải có một module chính là module CPU. Các module còn lại là các module truyền nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển, các module chức năng chuyên dùng như là PID, điều khiển động cơ … chúng được gọi chung là module mở rộng. Tất cả các module đều được gá trên thanh ray(rack). Một chương trình ứng dụng trong S7-300 có thể sử dụng được các kiểu dữ liệu sau: Bool: Với dung lượng 1 bit và có gia trị là 0 và 1 (đúng hoặc sai ). Đây là kiểu dữ liệu cho biến hai trị BYTE: Gồm 8 bits, thường được sử dụng để biểu diễn một số nguyên dương trong khoảng từ 0 ¸ 255 hoặc mã ASC II của một ký tự vào ACCU1 WORD : Gồm hai bytes để biểu diễn một số nguyên dương từ 0¸ 65535. INT : Cũng có dung lượng là 2 bytes, dùng để biểu diễn một số nguyên trong khoảng -32768¸32767 DINT: Gồm 4 byté, dùng để biểu diễn một số nguyên từ 2147483648¸2147483647. REAL: Gồm 4 bytes, dùng để thể hiện một số thực dấu phẩy động. S5T (hay S5 time): là khoảng thời gian, được tính theo giờ /phút/giây/miligiây. Là lệnh tạo khoảng thời gian là 2 tiến 1phut và 5 mili giây. TOD : Biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây. Là lệnh khai báo giá trị thời gian trong ngày là 6h kém 15. DATE : Biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày. Là lệmh khai báo ngày 8 tháng 12 năm 1999 10.CHAR: Biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự ).  . Vòng quét chương trình PLC thực hiện chương trình theo vòng lặp, mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ cổng vào số đến vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai doạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quet chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1(Block end). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đếm ảo Q tới các côngr ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi. Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (scan time). Thời gian vòng quét thì không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một thời gian cố định như nhau, vòng quét nhanh hay lâu phụ thộc vào số lệnh của chương trình phải thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thông… trong vòng quét đó. Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng băng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao . Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắn, ví dụ như khối 0B40, 0B80…, chương trình của các khối lượng đó sẽ được thực hiện trong ương trình. Chẳng hạn nếu một tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông, kiểm tra, để thực hiện khối lượng trương trình tương ứng với tín hiệu báo ngắt đó. Với hình thức xử lý tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi có tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó, để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điểu khiển, tuyệt đối không nên viết trương trình xử lý ngắt quá dài hoặc lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển. Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý một số module CPU, khi gặp lệnh vao/ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra. . Cấu trúc chương trình Chương trình cho S7-300 được lưu trong bộ nhớ của PLC vùng dành riêng cho chương trình và có thể được lập vơi hai dạng cấu trúc khác nhau: lập trình tuyến tính: Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối bộ nhớ. Loại hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự động loại nhỏ, không phức tạp. Khối đựoc chọn phải là khối OB1, là khối mà PLC luôn quét và thực hiện các lệnh trong nó thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh đầu tiên (hình 1.9) Lập trình có cấu trúc: chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêng và các phần này nằm trong những khối chưong trình khác nhau. Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp. PLC S7-300 có bốn loại khối cơ bản: 1 Bộ đếm thời gian Timer Bộ đếm thời gian timer là bộ tạo thời gian trễ t mong muốn giữa tín hiệu logic đầu vào u(t ) và tín hiệu logic đầu ra y(t). Trong PLC-S7-300 có 5 loại timer khác nha. Tất cảc các timer này đều tạo thời gian trễ tín hiệu kể từ thời điểm co sườn lên ở tín hiệu đầu vào, tức là khi tín hiệu đầu vào u(t) chuyển trạng thái logic từ 0 lên 1, nó được gọi là thời điểm timer được kích. Thời gian trễ được khai báo với timer bằng một giá tri 16 bit 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 t - Độ phân giải đơn vị là ms. Timer của S7-300 có 4 loại độ phân giải khác nhau là: 10ms, 100ms, 1s, 10ms. III.4. Ngôn ngữ lập trình PLC LPC nói chung có rất nhiều ngôn ngữ lập trình, nó phục vụ cho các đối tượng khác nhau. Trong PLC-S7-300 có ba loại ngôn ngữ lập trình cơ bản : Ngôn ngữ “liệt kê lệnh” được ký hiệu là STL. Đây là một dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được gép nối bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung ”tên lệnh” + “ toán hạng”. Ngôn ngữ “hình thang”, Ký hiệu là LAD. Đây là dạng ngôn ngữ đồ họa thích hợp với người thiết kế mạch điều khiển logic. Ngôn ngữ “hình khối”, Ký hiệu là FBD. Đây cũng là kiểu ngôn ngữ đồ họa dành cho những người quen thiết kế mạch điều khiển số. . Ngôn ngữ lập trình STL: - Cấu trúc lệnh và trạng thái kết quả -Cấu trúc lệnh như đã nói có dạng “ Tên lệnh”+”Toán hạng” Toán hạng có thể là một dữ liệu hay một địa chỉ ô nhớ. III4.1. Toán hạng là dữ liệu a. Dữ liệu logic TRUE(1) và FALSE(0) có độ 1bit. Ví dụ: Call FC1 In_Bit_1: = TRUE In_Bit_2: = FALSE Ret_val: = MW0 Số nhị phân L 2#110011 // nap số nhị phân 110011 vào thanh ghi ACCU1. Số Hùcadecimal x - có độ dài 1 một byte Þ lệnh : B#16#x - Có độ dài 1 từ Þ lệnh : W#16#x - Có độ dài 1 từ kép Þ lệnh : DW#16#x Số nguyên x với độ dài 2 bytes cho biến kiểu INT. Ví dụ: L 960 L - 345 Số nguyên x với độ dài 4 bytes cho biến kiểu DINT. Ví dụ: L L#950 Số thực x cho biến REAL. Ví dụ: L 1.23445789 Dữ liệu kiểu thời gian S5T dạng Giờ_ phút_ giây_ mili giây. Ví dụ: S5T#2h_1m_4s_6ms. Dữ liệu kiểu TOD dạng Giờ_ phut_ giây. Ví dụ: TOD#2:25:35. Dữ kiệu biểu diễn thời gian DATE dạng năm/ tháng/ ngày. Ví dụ: DATE#2003-05-15. Biểu diễn giá trị đếm đặt trước cho bộ điếm. Ví dụ: L C#40. Dữ liệu biểu diễn địa chỉ của một bit ô nhớ.Ví dụ: L P#Q0.0. l. Dữ liệu ký tự (‘ ‘).Ví dụ: L ‘ACDE’ . III.4.2. Các lệnh cơ bản A . Nhóm lệnh logic tiếp điểm: Lệnh gán : Cú pháp = Toán hạng là địa chỉ bit I,Q,M,D. - Lệnh gán giá trị logic của RLO tới ô nhớ có địa chỉ được chỉ định trong toán hạng Các lệnh tác động vào thanh trạng thái STA như sau ( ký hiệu – chỉ nội dung bit không thay đổi, x là bị thay đổi theo lệnh): BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 X - 1 Lệnh thực hiện phép và (Ù). - Cú pháp : A Toán hạng là kiểu dữ liệu BOOL hoặc địa chỉ bít I,M,L,D,T,C. Nếu FC = 0 lệnh sẽ gán giá trị logic của toán hạng vào RLO. Ngược lại khi FC = 1 nó sẽ thực hiện phép tính Ù giữa RLO với toán hạng và ghi kêt quả vào RLO - Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái STA như sau( Ký hiệu - chỉ nội dung bit không bị thay đổi, x là bị thay đổitheo lệnh. BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - x X x 1 Lệnh với phép tính và với giá trị nghịch đảo Cú pháp AN Toán hạng là dữ liệu kiểu BOOL hoặc địa chỉ bit: I,M,Q,D,T,C Nếu FC = 0 lệnh sẽ gán giá trị logic nghịch đảo của toán hạng vào RLO Nếu FC = 1 nó sẽ thực hiện phép tính Ù giữa RLO với giá trị nghịch đảo của toán hạng và ghi lại kết quả vào RLO. Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái như sau: BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - x X x 1 Lệnh thực hiện phép tinh Ú - Cú pháp O - Toán hnạg là dữ liệu kiểu BOOL hoặc địa chỉ bit: I,M,Q,D,T,C Nếu FC = 0 lệnh sẽ gán giá trị logic nghịch đảo của toán hạng vào RLO Nếu FC = 1 nó sẽ thực hiện phép tính Ú giữa RLO với giá trị nghịch đảo của toán hạng và ghi lại kết quả vào RLO. Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái như sau: BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 x x 1 5. Lệnh với phép tính hoặc với giá trị nghịch đảo Cú pháp ON - Toán hạng là dữ liệu kiểu BOOL hoặc địa chỉ bit: I,M,Q,D,T,C - Nếu FC = 0 lệnh sẽ gán giá trị logic nghịch đảo của toán hạng vào RLO - Nếu FC = 1 nó sẽ thực hiện phép tính Ú giữa RLO với giá trị nghịch đảo của toán hạng và ghi lại kết quả vào RLO. Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái như sau: BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 X x 1 Lệnh thực hiện phép tính Ù với giá trị một biểu thức - Cú pháp A ( Lệnh không có toán hạng. Nếu FC = 0 lệnh sẽ gán gia trị logic của biểu thức trong dấu ngặc sau nó vào RLO. FC = 1 nó sẽ thực hiện tính Ù giữa RLO với giá trị của biểu thức trong dấu ngặc sau nó ghi lại kết quả vao RLO. Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái STA như sau: BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 1 - 1 Lệnh thực hiện phép tính Ù với giá trị ngịch đảo của một biểu thức Cú pháp AN( Lênh không có toán hạng - Khi FC = 0 thì sẽ gán giá trị logic của biểu thức trong dáu ngặc sau nó vào RLO. Ngược lại khi FC = 1 nó sẽ thực hiện phép tính Ù giữaRLO với giá trị nghịch đảo logic của biểu thức trong dấu ngoặc sau nó và ghi lại kết quả vào RLO. - Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 1 - 0 8. Lệnh thực hiện phép tính Ú với giá trị một biểu thức Cú pháp O ( - Lệnh không có toán hạng . - Nếu FC = 0 lệnh sẽ gán giá trị logic của biểu thức trong dấu ngoặc sau nó vào RLO. Ngược lại khi FC =1 nó sẽ thực hiện phép tính Ú giữa RLO với giá trị logic của biểu thức trong dấu ngoặc sau nó và ghi lại kết quả vào RLO. Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thai STA BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 1 - 0 9. Lệnh thực hiện phép tính Ú với giá trị nghịch đảo của một biểu thức Cú pháp ON ( - Lệnh không có toán hạng . - Nếu FC = 0 lệnh sẽ gán giá trị logic của biểu thức trong dấu ngoặc sau nó vào RLO. Ngược lại khi FC =1 nó sẽ thực hiện phép tính Ú giữa RLO với giá trị logic của biểu thức nghịch đảo trong dấu ngoặc sau nó và ghi lại kết quả vào RLO. - Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thai STA BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 1 - 0 10.Lệnh thực hiện phép tính excusive or - Cú pháp x - Toán hnạg là dữ liệu kiểu BOOL hoặc địa chỉ bit: I,M,Q,D,T,C - Nếu FC = 0 lệnh ghi lại giá trị logic của toán hạng vào RLO, nếu FC = 1 thì lệnh sẽ kiểm tra xem nội dung của RLO và giá trị logic của toán hạng có khác nhau không. Trong trường hợp khác nhau thì ghi 1 vào RLO, ngược lại thì ghi 0 vào RLO. Nói cách khác lệnh sẽ đảo nội dung của RLO nếu toán hạng có giá trị 1 - Lệnh ghi vào STA như sau BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 x x 0 12. Lệnh thực hiện phép tính execlusive or not Cú pháp XN - Toán hạng là dữ liệu kiểu BOOL hoặc địa chỉ bít I,Q,M,L,D,T,C. - Nếu FC=0,lệnh sẽghi giá trị nghịch đảo của toán hạng vào RLO.Nếu FC=1 nó sẽkiểm trãem nội dung của RLOvà giá trị logic của toán hạng có giống nhau không. Trong trường hợp giống nhau thì ghi 1 vào RLO , ngược lại thì ghi 0. Nói cách khác, lệnh sẽ đảo nội dung của RLO nếu toán hạng có giá trị 0. - Lệnh tác động vào thanh ghi thạng thái (Status word) như sau (kí hiệu - chỉ nội dung bit không bị thay đổi , x là bị thay đổi theo lệnh ) BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 x x 1 lệnh thực hiện phép tính exculsive or với giá trị của một biểu thức - Cú pháp X ( - Lệnh không có toán hạng . - Khi FC =0, lệnh sẽ ghi giá trị logic của biểu thức trong dấu ngoặc sau nó vào RLO, ngược lại nếu FC = 1 lệnh sẽ đảo nội dung của RLO khi biểu thức trong dấu ngoặc sau nó có giá trị 1. khi biểu thức trong dấu ngoặc sau nó có giá trị 1. - Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái (Status word ) như sau (kí hiệu - chỉ nội dung bit không bị thay đổi , x là bị thay đổi theo lệnh ): BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 1 - 0 lệnh thực hiện phép tính exculsive or not với giá trị của một biểu thức - Cú pháp XN ( - Lệnh không có toán hạng . - Khi FC =0, lệnh sẽ ghi giá trị logic của biểu thức trong dấu ngoặc sau nó vào RLO, ngược lại nếu FC = 1 lệnh sẽ đảo nội dung của RLO khi biểu thức trong dấu ngoặc sau nó có giá trị 0. Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái (Status word ) như sau (kí hiệu - chỉ nội dung bit không bị thay đổi , x là bị thay đổi theo lệnh ): BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 x x 1 Lệnh gán giá trị logic 1 vào RLO. Cú pháp SET Lệnh không có toán hạng và có tác dụng ghi 1 vào RLO Lệnh tác động STA như sau: BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - - 1 1 0 Lệnh gán giá trị logic 0 vào RLO. Cú pháp CLR Lệnh không có toán hạng và có tác dụng ghi 0 vào RLO Lệnh tác động STA như sau: BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 0 0 0 Lệnh đảo giá trị của RLO. Cú pháp NOT Lệnh không có toán hạng và có tác dụng đảo nội dung RLO Lệnh tác động STA như sau: BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - - 1 x - Lệnh gán có điều kiện giá trị logic 1 vào ô nhớ Cú pháp S Toán hạng là địa chỉ bit I,Q,M,L,D. Nếu RLO = 1, lệnh sẽ ghi giá trị 1 vào ô nhớ có địa chỉ trong toán hạng Lệnh tác động STA như sau: BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 x - 0 Lệnh gán có điều kiện giá trị logic 0 vào ô nhớ Cú pháp R Toán hạng là địa chỉ bit I,Q,M,L,D. Nếu RLO = 1, lệnh sẽ ghi giá trị 0 vào ô nhớ có địa chỉ trong toán hạng - Lệnh tác động STA như sau: BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 x - 0 Lệnh phát hiện sườn lên - Cú pháp FP Toán hạng là địa chỉ bit I,Q,M,L,D. và được sử dụng như một biến cờ để ghi nhận lại giá trị của RLO tại vị trí này trong trương trình, nhưng của vòng quét trước. Tại mỗi vòng quét lệnh sẽ kiểm tra: Nếu biến cờ (Toán hạng có giá trị 0 và RLO có giá trị 1 thì sẽ ghi vào RLO, Các trường hợp khác thì ghi 0, đồng thời chuyển nội dung của RLO vào biến cờ, như vậy RLO sẽ có giá trị 1 trong một vòng quét khi có sườn lên trong RLO. Lệnh tác động thanh ghi trạng thái BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 x x 0 Lệnh phát hiện sườn xuống - Cú pháp FN Toán hạng là địa chỉ bit I,Q,M,L,D. và được sử dụng như một biến cờ để ghi nhận lại giá trị của RLO tại vị trí này trong trương trình, nhưng của vòng quét trước. Tại mỗi vòng quét lệnh sẽ kiểm tra: Nếu biến cờ (Toán hạng) có giá trị 1 và RLO có giá trị 0 thì sẽ ghi 1 vào RLO, Các trường hợp khác thì ghi 0, đồng thời chuyển nội dung của RLO vào biến cờ, như vậy RLO sẽ có giá trị 1 trong một vòng quét khi có sườn lên trong RLO. Lệnh tác động thanh ghi trạng thái BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 x x 1 Lệnh chuyển giá trị của RLO vào BR Cú pháp SAVE - Lệnh chuyển nội dung của RLO vào bit trạng thái BR. Lệnh không làm thay đổi nội dung các bit còn lại của thanh ghi trạng thái : Kết luận: Vậy với PLC – S7 – 300 còn có thể sử dụng để điều khiển các quá trình tai các công đoạn: - Điều khiển cho robot đến các vị trí đã định sẵn, dừng tại các vị trí đó trong một thời gian cần thiết nào đó. - Điều khiển quá trình của khí nén. PLC cho phép các xy-lanh hoạt động theo đúng quy luật trong một chu trình nào đó. PLC cho phép kết hợp các quá trình liên quan theo một trật tự mong muốn. - PLC cho phép người điều khiển dây chuyền có thể quản lý hoạt động của nó mà không cần đến nơi thông qua kết nối máy tính bởi các module. - Ngoài ra lập trình theo kiểu text hay được sử dụng cho sinh viên trong trường đại học.nó là cách thông thường hơn cả. Ladder : là ngôn ngữ điều khiển động học các quá trình sâu hơn( điều khiển viết theo lệnh hình thang). Cách lập trình cho PLC theo phương pháp Blook: Trong ngôn ngữ lập trình của PLC thì cách lập trình theo Blook là cách mà điều khiển chương trình đơn giản hơn cả mà lại mang tính hiệu quả trong điều khiển công nghiệp, với lập trình kiểu này ngoài kỹ thuật viên trong nhà máy có thể dễ dàng thay đổi chương trình điêù khiển PLC khi quy trình sản xuất thay đổi mà không cần những kiến thức sâu sắc về lập trình. CHƯƠNG IV THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN RỬA KÍNH IV.1. Mô hình dây chuyền như sau Hình IV.1 Sơ đồ khối của dây chuỳen rửa kính . Hoạt động - Hệ thống dây chuyền rửa gồm có một bể chứa dung dịch, trong bể được chia ra nhiều thùng nhỏ để chứa dung dịch có nồng độ khác nhau. Số thùng được chia nhiều hay ít còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố; - Thời gian ngâm trong thùng là bao lâu. - nhiệt độ dung dịch và tốc độ dòng chảy rối là bao nhiêu. - tính tối ưu cho một mẻ làm việc - Một thùng cuối cùng dùng để sấy khô chi tiết kính trước khi đưa ra khỏi dây chuyền rửa . - Các mắt kính được đặt trong một giá mang kính và lần lượt được thả vào trong các thùng chứa . - Bên trên bể chứa dung dịch là một robot hành trình chạy trên thanh ray dọc theo bể để đưa các giá mang kính đến lần lượt các thùng. IV.2. Dung dịch rửa - Khi kính được gia công thì trên bề mặt của kính bị bám những hạt mài có đường kính rất nhỏ, nó nằm trên mặt kính và bám rất chặt trên mặt kính. Vì thế dung dịch được chọn phải có tác dụng có tác dụng bóc được chất bẩn ấy mà không làm ảnh hưởng tới bề mặt làm việc của kính. - Dung dịch kiềm và axit được chọn với nồng độ như sau: NaOH 1¸1,5% H2SO4 1% - Nước cất được dùng làm dung dịch rửa trung gian khi chuyển kính từ thùng dung dịch kiềm sang dung dịch axit IV.3. Thiết kế thùng chứa dung dịch: - Thùng chứa dung dịch có nhiệm vụ đựng dung dịch rửa và nó phải là nơi tách được chất bẩn từ kính. - Với sự làm việc liên tục của dây truyền thì dung dịch rửa sẽ bị bẩn nhanh chóng trong một thời gian ngắn. Khi đó ta lại phải thay dung dịch. Như vậy thời gian chết của dây chuyền khi thay dung dịch khá lâu. - Để khắc phục thời gian chết khi thay dung dịch, cho dòng dung dịch chuyển rời một cách liên tục theo một chiều. Đồng nghĩa với việc chuyển động đó phải thiết kế thùng chứa có đường dung dịch vào và đường dung dịch ra. Mô hình thùng chứa dung dịch được mô tả như sau. Hình IV.1 Thùng chưa dung dịch rửa - Thùng được chia làm hai ngăn. Ngăn lớn dùng để đựng dung dịch rửa, ngăn nhỏ dùng chứa dung dịch tràn từ ngăn lớn sang và trong ngăn bé là đường hồi dung dịch( lấy từ các bể), cũng như thế trong ngăn lớn là đường vào của dung dịch. Chọn kích thước của thùng: - Với mô hình thùng như vậy ta chọn kích thước như sau: - Chiều dài thùng : 800 - Chiều rộng thùng : 500 - Chiều cao ngăn : 500 - Chiều cao toàn thùng : 600 - Đường kính của đường vào dung dịch : 20 - Đường kính đường hồi dung dịch : 20 - Dựa vào quy trình rửa ta phải có : - Một thùng đựng dung dịch axit H2SO4 - Một thùng đựng dung dịch kiềm NaOH - Ba thùng đựng nước cất - Một thùng để sấy khô kính - Để tiết kiệm thời gian, sử dụng 2 thùng đựng dung dịch axit và 2 thùng đựng dung dịch kiềm. Như vậy có tất cả 8 thùng và được đặt theo đường thẳng . Hình IV.2 - Với số thùng được sắp xếp như vậy có chiều dài tổng của 8 thùng là 6400 - Để đưa được dung dịch vào trong thùng phải sử dụng bơm đưa dung dịch vào. Với 3 loại dung dịch khác nhau phải sử dụng 3 bơm đồng thời. - Để tăng tính hoạt động tẩy rửa của kiềm và axit, phải tăng nhiệt độ dung dịch lên. Đồng thời để tăng khả năng bóc chất bẩn trên bề mặt kính ra ta phải thêm một bộ phân tách cơ học. Nó phụ thuộc vào khối lượng chênh lệch của hạt chất bẩn và của kính, ta thiết kế một bộ rung động với một tần số nhất định. - Khi kính bị rung theo một tần số thì do đặc tính khối lượng với lực quán tính làm cho gia tốc của hạt và của kính là khác nhau và chúng có xu hướng rời nhau, khi đó cộng thêm sự di chuyển liên tục của dòng dung dịch sẽ cuốn toàn bộ chúng ra khỏi bề mặt kính. IV.4. Thết kế bộ pha dung dịch: Bộ pha dung dịch có nhiệm vụ trộn đều nước và dung dịch 100% thành dung dịch 1% ¸1,5%. Hoạt động : Một bể dùng để đưa nước và dung dịch đựng trong đó, trên bể đặt hai đường ống dẫn - Một ống dùng để dẫn nước đi từ nguồn nước của nhà máy - Một ống dùng để dẫn dung dịch 100% (axit hoặc kiềm) Trên mỗi đường ống đặt hai van tự động kiểu van bi - Một bơm dùng để trộn đều dung dịch đưa vào bằng cánh gạt được nối liền với trục van. - Cả hai van (cho một đường ống ) đều được nối với phao để dựa vào phao này quyết định sự đóng mở van theo mực nước trong thùng. - Tại thời điểm ban đầu thì van trên của cả hai đường ống đều đóng, van dưới của đường ống dẫn nước luôn mở và van dưới của ống dẫn dung dịch là luôn đóng. - Khi ta dùng tay đẩy cả hai van trên xuống thì nước và dung dịch đều qua hai van thứ nhất lúc này cả hai van trên có cần đặt ở diểm chết dưới. Do van dưới của bên ống dẫn nước luôn mở nên lúc này nước qua hai van chảy vào thùng chứa. - Khi nước chảy vào thùng và nước trong thùng dâng lên đến một mức nao đó thì phao bên ống dẫn dung dịch bị đẩy lên làm cho van dưới của ống này mở thông đường cho dung dịch chảy vào bể. - Khi nước chảy vào được 99% thì phao của bên ống nước kích động cho van dưới đóng đồng thời kích động van trên đóng theo. - Cũng tương tự như thế khi dung dịch chảy vào được 1%¸1,5% thì cả hai van trên và dưới cùng đóng khi đó kết thúc một quá trình bơm nước và dung dịch. - Khi các van đều ở điểm chết trên (điểm khoá) thì công tắc nối nguồn điện hoạt động cho bơm làm cho cánh gạt quay trong lòng dung dịch làm cho sự hoà tan đồng đều dung dịch 100% vào nước để được dung dịch 1% ¸ 1,55. IV.5. Thiết kế thùng khuấy dung dịch - Dung tích của thùng chứa dung dịch đước chọn theo nhu cầu cần sử dụng dung dịch rửa trong một ca làm việc của hệ thống. - Theo thiết kế thùng rửa kính trên cần hai thùng đựng axit và cần hai thùng đựng bagiơ. Tính toán thùng đựng dung dịch bagiơ (NaOH) : - Kích thước thùng rửa : - Chiều dài của thùng đựng dung dịch thực : 700 - Chiều rộng : 500 - Chiều cao : 500 Như vậy thể tích đựng nước : V = 700´500´500 = 175.106 = 175(lít). Þ Hai thùng đựng dung dịch NaOH có thể tích : V1 = 2.V = 2.175 = 350(l). - Vậy ta phải thiết kế thùng chứa dung dịch pha là: 400(lít). Với thùng chứa có dung tích 400 lít thì trong thành phần phải có 396 lít nước và 4 lít dung dịch NaOH 100%. - Khi đó van bên nước sẽ phải đóng tại thời điểm thể tích 396 lít - Van bên dung dịch sẽ phải đóng tại thời điểm thể tích dung dịch đạt 400 lít. - Khi cả hai van đóng thì động cơ được hoạt động và sau 5 phút kể từ lúc đóng phải dừng. - Khi tất cả cùng dừng thì xả van cho dung dịch chảy vào bể dưới để thực hiện công đoạn tiếp theo. - Với dung dịch axit thì chỉ việc đổ vao thùng trên còn với Bagiơ thì phải thêm công đoạn nghiền dạng bột rồi làm thành dung dịch 100% sau đó cho vào thùng. - Chọn kích thước thùng như sau: - Thùng có dạng hình tròn đường kính đáy là : R = 700 Hình IV.4 Thùng khuấy dung dịch tự động - Chiều cao thùng là : h = 728 Để đóng được van một cách tự động dùng hai phao để đóng van. Khi nước và dung dịch vào đến một mức nào đó thì các van lần lượt đóng vào theo chế độ đặt chiều cao của phao. Với độ cao thấp khác nhau thì áp lực đặt lên van có sự khác nhau, do đó chỉ khi áp lực đủ để thắng mô men ma sát thì van mới được từ từ đóng lại. - Biểu đồ phân bố áp suất theo chiều cao như sau: Hình IV.5 Biểu đồ phân bố áp suất theo chiều cao của phao - Với kích thước phao như sau : Đường kính D : 100 Chiều cao h : 200 Như vậy thể tích mà phao chiếm chỗ : V = S´h = ´h = ´200 = 157.104 (mm3). - Việc chỉnh các phao đạt được độ cao mong muốn để có thể đóng được chính xác các van thì phải thực nghiệm sau khi thiết kế xong IV.6. Thiết kế bộ làm nóng Để sự hoạt động của dung dịch hoá chất được phát huy hết khả năng của nó phải làm nóng lên. Trên đương dẫn của dòng dung dịch vào, cho dung dịch đi qua bộ làm nóng sau đó mới đưa vào bể. Bộ làm nóng được đặt tại vị trí như hình vẽ sau: Hình IV.6 Sơ đồ vị trí bộ làm nóng Hoạt động : - Dung dịch từ bơm được đi qua bộ làm nóng. Trên bảng điều khiển nhiệt độ có thể lựa chọn thích hợp cho dây maysor. Khi dòng nước chảy qua dây maysor thì do dây maysor được nung nóng và truyền nhiệt vào trong dung dịch và như vậy dung dịch được làm nóng theo. Tại đầu ra của bộ làm nóng này đặt một sensor nhiệt độ để xác định nhiệt độ của dung dịch khi đi ra khỏi bộ làm nóng. Tín hiệu này được đưa về bộ so sánh, tại bộ so sánh này đồng thời lấy thông tin từ bảng điều khiển và thông tin từ sensor. Khi nhiệt độ của dòng nước vẫn chênh lệch với bản điều khiển thì bộ phận so sánh này sẽ phát tín hiệu điều khiển sự tăng giảm của bộ phân xử lý nhiệt, tại đây cũng có thể dùng một PLC để điều khiển toàn bộ quá trình này. Với dây chuyền rửa kính này nhiệt độ được chọn là 600C (là nhiệt độ trong thùng rửa). Hình IV.7 Bộ xử lý nhiệt IV.7. Thiết kế bơm Tiêu chuẩn để lựa chọn bơm là công suất bơm đủ để bơm dung dịch với lưu lượng đã được định sẵn vào bể rửa. - Với dây chuyền rửa kính này không cần vận tốc dòng lớn lắm bởi vì khi bộ rung động hoạt động nó đã làm tách được những hạt chất bẩn ra khỏi mặt kính, các hạt này đi ra nhưng không xa mặt kính, chúng hoàn toàn có thể trở lại mặt kính nếu không có tác động cho chúng chạy ra. Dòng nước dung dịch với một vận tốc vừa đủ để đưa các chất bẩn này di chuyển ra xa mà không thể trở lại. - Công suất của bơm cần trọn là nó có thể đạt được yêu cầu về vận tốc đưa vào thùng rửa để đưa hạt chất bẩn chạy ra ngoài. - Chọn vận tốc dòng chẩy của dung dịch rửa khi vào thùng là: 0,5(m/s). - Đường ống dẫn dung dịch tư bơm vào thùng chứa có đường kính : 20 - Như thế lưu lượng dòng chảy được tính theo công thức: Q = V.S V: Vận tốc chảy của dòng dung dịch S : Diện tích ống. - Với V= 0,5m/s. - S = pD2/4 = p(0,5.20-3)/4. Từ lưu lượng của bơm ta tra ra công suất của bơm theo bảng ta có các thông số bơm như sau: P =350W IV.8. Thiết kế giá đựng kính - Giá đựng kính được thiết kế dựa trên yêu cầu kỹ thuật của công nghệ và phụ thuộc vào kích thước của thùng. -Yêu cầu: Giá đựng kính phải không cản dòng dung dịch chạy vào khe các kính, nghiã là bề mặt được rửa phải lộ ra ngoài với diện tích là lớn nhất. - Mô hình giá được thiết kế như sau: Hình IV. 8 Mô hình giá đựng kính - Với kính khi gia công xong có đường kính D = 65 . Giá được thiết kế như hình IV trên thì kính được định vị bằng hai thanh dưới và được đỡ bằng thanh trên. Đặt khoảng cách hai thanh chặn dưới tính từ tâm là: L = 44 . Điểm tỳ trên của thanh trên cách hai thanh dưới là: H = 44 tính từ đường nối hai tâm của hai thanh dưới tới tâm thanh trên. -Với mỗi thùng chứa được chọn kích thước : - Chiều dài của thùng : 800 - Chiều rộng của thùng : 500 - Chiều dài chứa dung dịch : 700 -Vậy kích thứơc giá được : - Chiều dài của giá : 500 - Chiều rộng của giá : 400 IV.8.1. Số kính được đặt trên giá - Với giá có kích thước được chọn như vậy có thể đặt : - Khảng cách từ vòng tròn chân của kính tới đỉnh cầu của kính là: 10 - Khi đặt kính vào giá cho kính nghiêng đi kể từ điểm tiếp xúc giữa kính và thanh chặn tới mép trên của kính: Hình IV.9 Kính đặt trên giá đỡ - Theo kích thước trên có : - Khoảng cách từ giao điểm chân chận tới đỉnh trên cùng của kính là: 58,9 - Khảng cách từ giao điểm chân chặn xuống đắy của kính là: 6,1 - Kính nghiêng một góc 150 . Þ Khảng cách từ mép trong đến đường vuông góc được tính theo công thức: L1 = h1ìsin150 = 15,2 - Trong đó: - L1: là khoảng cách từ đường vuông góc tới điểm mép trên của kính. - h1 : là chiều cao tính từ điểm tiếp xúc kính và chân chặn tới điểm cao nhất của kính. - Tương tự như thế tính cho khoảng cách dưới: L2 = h2ìsin150 = 1,6 - L2: là khoảng cách từ đường vuông góc tới điểm mép dưới của kính. - h2 : là chiều cao tính từ điểm tiếp xúc kính và chân chặn tới điểm thấp nhất của kính - Khảng cách mỗi kính được đặt trong khuôn được đặt như hình vẽ dưới đây: HìmhIV.10 Khoảng cách hai kính trên giá đỡ Tính số kính trong giá: - giá có kích thước : - Chiều dài giá : 500 - Chiều rộng giá : 400 - Chiều cao giá : 400 - Chọn số ngăn của giá: - Với chiều cao của giá là 400, chiều cao của kính là 65. Phải để ra cho đắy trên và đắy dưới một khoảng trống là 10. - Chọn khoảng cách sơ bộ giữa kính của tầng trên với tầng dưới là10. Þ Như vậy cộng cả khoảng cách kính và khe hở là: 65 + 10 = 75. Chiều cao đựng thực tế là: 400 – 20 = 380. Þ số ngăn được tính : -Vậy chọn số ngăn là 5 - Kính chiếm chỗ: - Chiều dài : 15,2 - Chiều rộng : 65 - Chiều cao : 65 Chọn khoảng cách giữa hai kính tính theo chiều dài giá là:40. Trừ đi một đoạn ở phần đầu và phần cuối đi một đoạn 30. Þ Khoảng chiếm chỗ của kính và khoảng trống là : 15,2 + 40 =55,2. Khoảng đựng thực tế của giá là: 500 – 60 = 440. Vậy số kính sếp theo chiều dài là: - theo chiều rộng là: - Khoảng cách chiều rộng : 400 - khoảng cách kính chiếm chỗ : 65 - khoảng cách giữa hai kính : 10 - Ta trừ đi hai bên đi một khoảng là 20.( mỗi bên là 10) Þ Khoảng chiếm chỗ của kính và khoảng trống là : 65+ 10 =75 Khoảng đựng thự tế của giá là: 400 – 20 = 380 Vậy số kính sếp theo chiều dài là: Þ Số kính trong 1giá là: 5.17.5 = 425 chiếc. Vì các kính đặt rất khít nhau nên nếu để liền thì không thể đưa tay vào trong lòng khuân, không thể lấy kính cũng như đặt kính được. Vì thế đặt các ngăn rời nhau và được liên kết trên một khung khác. Khối lượng của giá: - Ta có khối lượng của giá tổng thể khi là việc gồm có khối lượng cử giá + khối lượng của kính. Nhưng thấy rằng khối lượng của kính là không đáng kể nên có thể coi khối lượng tổng thể là khối lượng của giá: - Với giá làm bằng thép trắng có đường kính mỗi thanh là 5 Þ Khối lượng của giá tổng thể là 7 kilogam. (7Kg) IV.9. Thiết kế robot - Nhiện vụ của robot này là mang những giá đựng kính đi lần lượt tới các thùng rửa và sau khoảng thời gian đã định nào đó mang giá đựng kính ra ngoài sau đó lại bắt đầu lại từ đầu. Hoạt động : - Dựa vào sự bố trí của các thùng mà ta quyết định sự di chuyển của robot. - Theo thiết kế của thùng thì các thùng được gép với nhau thành một đường thẳng Þ Sự di chuyển của robot là theo đường thẳng. - Để di chuyển được theo một đường thẳng chính xác trên cao thì cho robot chạy trên một thanh ray chuẩn với độ thẳng cao. Mô hình của robot như sau: Tay robot được thiết kế là một xy lanh khí nén. Xy lanh này có đặc điểm là nó Hình IV.11 Sơ đồ Robot khí nén có thể di chuyển với một hành trình không cần lớn lắm. Trên thanh trượt chuẩn ta bố trí các cảm biến từ để cho robot nhớ các vị trí mà nó đã thực hiện với các thùng rửa. Một động cơ được đặt ở đầu phải của thanh chuẩn, nó được gắn chặt trên thanh và được nối với một trục vít trên thanh. Trên thân của robot đặt một động cơ có trục nối liềm với bánh xe, bánh xe này là bánh chủ động di chuyển của robot. Khi động cơ quay thì động cơ truyền mômen cho bánh chủ động của robot làm cho robot di chuyển. Như vậy hành trình của robot là di chuyển qua lại trên thanh nhờ động cơ. Vì vậy động cơ muốn làm được điều đó thì phải được nối với một biến tần và dùng động cơ điện hai hoặc ba pha đều được. HìnhIV.12 - Để robot di chuyển được đúng điểm đến thì trên mỗi vị trí được định sẵn nó dừng tại đó, đặt cảm biến từ để cảm biến tiếp nhận tín hiệu mà robot đên, Tín hiệu này được đưa đến PLC để xử lý và ghi lại vị trí mà nó đã đến. Khi đó tại PLC sẽ phát tín hiệu điều khiển cho động cơ, xy-lanh, tay kẹp - Tổng số các thùng rửa đã thiết kế trên là 8 thùng nên phải có 10 công tắc hành trình cho 10 vị trí. Nó gồm 8 vị trí tại điểm giữa của 8 thùng và 2 công tắc cho hai vị trí đầu và cuối của công đoạn. - Đầu tiên khi người công nhân đặt giá kính lên bệ chờ thì tại bệ chờ, đặt một công tắc điện để ghi nhận có giá cho PLC. Tại vị trí ban đầu robot nằm ở vị trí bất kỳ. Khi có tín hiệu của công tắc điện này PLC phát tín hiệu điều khiển động cơ làm cho robot di chuyển về đầu trái của thanh, khi robot chạy đến đầu trái thì công tắc nằm trên thanh phát tín hiệu, PLC điều khiển động cơ dừng dừng đồng thời điều khiển cho xy-lanh khí nén chạy xuống và xy-lanh kép đưa ra để kẹp chặt lấy giá kính. Sau khi đó PLC lại điều khiển cho xy-lanh chạy lên cao. Tại thân xy- lanh có gắn một sensor từ để ghi nhận sự lên xuống của xy-lanh, khi xy-lanh chạy lên hết thì sensor nay đưa tín hiệu cho PLC và PLC điều khiển cho động cơ làm di chuyển robot đến vị trí 1 (là vị trí của thùng rửa thứ nhất). Khi robot đến vị trí thứ nhất thì công tắc hành trình phát tín hiệu cho PLC, PLC điều khiển xy-lanh chạy xuống và xy-lanh kẹp mở ra. Khi đó trong PLC ghi nhận vào bộ nhớ là vị trí 1 đã có giá đồng thời bộ timer của vị trí 1 hoạt động. - Sau lần thứ nhất robot lại di chuyển về vị trí ban đầu để chờ giá tiếp theo. - Cư như vậy ta cho robot đưa gía đến của lần đầu tiên là các vị trí 1,2,5,6. Sau thời gian được định sẵn la 15 phút thi timer của các vị trí lần lựot báo cho PLC điều khiển robot đến vị trí đó để nhấc giá kính lên và đưa đến vị trí 3, 2 đến vị trí 4 và 5 đến vị trí 7 và bộ đêm thời gian lại tính lại từ đầu. Cùng lúc đó công tắc hành trình của các vị trí đã bỏ trống lại gửi thông tin về cho PLC và PLC lại ghi lại vị trí đó. Thực ra để ghi nhận được sự có hay không có giá là sự thực hiện phép logic trong thuật toán của PLC, chẳng hạn như tại vị trí 1 lần đầu tiên là chưa có và PLC mặc định là chưa có. Khi công tắc hành trình của vị trí này phát tín hiệu thì tín hiệu này đồng thời để PLC nhớ và để điều khiển cho xy-lanh. Sự di chuyển của xy-lanh đi xuông thực hiện thả và đi lên đến vị trí ban đầu làm cho sensor từ phát tín hiệu. Một phép và được thực hiện trong PLC để ghi nhận là có. Khi timer hết thời gian thì robot phải thực hiện một phép và giống như trên của hai tín hiệu thì PLC ghi nhận lại là không có. Lần thứ hai trở đi thì tất cả các vị trí mà robot đặt lại là mang tính tối ưu. Nó sẽ lấp tối đa các thùng trống khác loại dung dịch. Sau khi thực hiện xong quy trình rưa robot lần lượt đưa các giá kính đã hết thời gian sang buồng sấy và đưa ra ngoài. PLC ghi nhận tại vị trí 11 có và tại đầu ra có một công nhân chuyển giá này ra ngoài để thực hiện công đoạn khác. Hình IV.13 mặt cắt Robot IV.10. Thiết kế bộ rung -Bộ rung có nhiệm vụ làm cho toàn bộ thùng rửa rung động mạnh với biên độ nhỏ, sự rung động này làm cho quán tính của hạt chất bẩn và kính khác nhau do đó chúng tự rời nhau. Bộ rung động có mô hình như sau: Hoạt động Bộ rung được đặt ở vị trí đắy thùng, nó được hoạt động nhờ lực điện từ. Khi có điện chạy vào trong ống dây, trong lòng ống đây đó sinh ra từ trường hút lõi sắt vào trong lòng cuộn dây, Với tần số của điện áp sử dụng của chúng ta thường là 50(Hz) Để hoạt động được với tần số cao hơn nhưng vẫn dùng tần số của dòng điện thường thì thiết kế hai bộ rung cho một thùng và làm lệch pha của dòng điện của chúng đi 1800. Hình IV.14 Sơ đồ nguyên rung động IV.11 Thiết kế lắp đặt: - Với hệ thống rửa kính này bố trí trên nền bê tông của nhà máy, các vị trí đã được thể hiện trên bản vẽ lắp. - Với các thiết bị được thiết kế như trên bố trí lắp đặt các phần tử của hệ thống. Dựa vào kết cấu của thùng và cơ chế rửa kính sẽ lắp các đường ống sao cho đầu ống vào tạo áp lực để đẩy hạt chất bẩn ra. Như vậy đặt các đường ống vào như bản vẽ lắp : IV.12 Bộ biến tần Robot có thể di chuyển được là nhờ động cơ điện. Động cơ điện được dùng cho robot là động cơ điện ba pha, đặc diểm của động cơ điện này là chỉ có thể quay theo một chiều, nhưng trong hệ thống của dây chuyền rửa này đòi hỏi động cơ phải chạy được cả hai chiều. Vậy để làm được điều đó thì phải sử dụng một bộ biến tần - Bộ biến tần có nhiệm vụ thay đổi tốc độ và chiều quay của động cơ. Như vậy PLC sẽ phải điều khiển động cơ qua bộ biến tần này, điều khiển động cơ là điều khiển tần số của bộ biến tần. KẾT LUẬN - Với đề tài: Thiết kế dây chuyền rửa kính tự động em đã làm được một số vấn đề sau: - Từ lý thuyết của quy trình công nghệ rửa chi tiết quang nói chung em đã đưa ra một quy trình rửa cho dây chuyền này. Trong nền công nghiệp hiện nay vấn đề tự động hoá đòi hỏi tất cả các quốc gia phải thực hiện. PLC là một ngôn ngữ cho phép làm điều đó, nó có thể cho phép các thiết bị hoạt động một cách tự động hoàn toàn mặc dù PLC có cấu trúc khá đơn giản. Trong thiết kế, về cơ bản em đã đưa ra được mô hình một dây truyền rửa kính quang học, có nhiều khả năng ứng dụng trong thực tế. Mô hình cũng có thể áp dụng đối với các chi tiết quang học khác bằng cách thay đổi lại kết cấu của giá đựng. Đối với các chi tiết plastic ta phải thay dung dịch rửa có thể chọn dung dich rửa là HF 1%, nếu dùng dung dịch axit hay kiềm để rửa thì dẫn tới hiện tượng ăn mòn chi tiết plastic. Dây chuyền sử dụng PLC công nghiệp, có cấu trúc đơn giản, độ ổn định cao (24/24 giờ không bị lỗi), lập trình đơn giản. Mà đối với công nghiệp càng đơn giản càng tốt. Ví dụ: Điều khiển tay máy công nghiệp PLC có thể cho phép tay máy di chuyển đến những vị trí chính xác trong khi chương trình điều khiển lại rất đơn giản. Nhờ có PLC trong dây chuyền này mà đã tối ưu được thời gian rửa, số lượng thùng rửa trong dây chuyền. Trong phần thiết kế, em đã sử dụng động cơ thường (động cơ 3 pha, 2 pha điện áp 220V) và sử dụng thêm bộ biến tần. Đây là một biện pháp điều chỉnh động cơ một cách dễ dàng không phải dùng đến động cơ đặc biệt (động cơ bước cỡ lớn ) Trong thiết kế công nghiệp ngoài yêu cầu đáp ứng về kỹ thuật, còn phải quan tâm đến vấn đề kinh tế. Ở thiết kế trên em đã thiết kế các chi tiết ở mức giá công ty có thể chấp nhận được Đồ án này được hoàn thành trong một khoảng thời gian ngắn, tài liệu tham khảo còn ít, cơ sở lý thuyết quá rộng nên không thể tránh được những sai sót. Tuy vậy sau rất nhiều cố gắng, đôi khi tưởng như không thể vượt qua nhưng em đã nhận được sự giúp đỡ chân thành của các thầy cô giáo và đặc biệt là cô giáo Nguyễn Thị Phương Mai đã tận tình chỉ bảo trong thời gian qua nên em đã cơ bản hoàn thành được khối lượng được giao. Em xin tỏ lòng biết ơn các thầy cô trong bộ môn CKCX &QH cùng các bạn bè trong lớp đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.