THIẾT KẾ, LẮP RÁP HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG
ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN KHÍ NÉN VÀ MÔ HÌNH
NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA PISTON-XILANH
KHÍ NÉN
THE DESIGN AND INSTALLATION OF AUTOMATIC RAW MATERIAL
FEEDING SYSTEM CONTROLLED BY ELECTROPNEUMATIC
TECHNOLOGY AND THE RESEARCH MODEL OF THE DYNAMICS OF
PISTON-XYLANDER PNEUMATIC SYSTEMS
TRẦN XUÂN TUỲ – PHAN VĂN LỘC – HOÀNG TIẾN PHƯỢNG
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
TÓM TẮT
Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu về thiết kế, chế tạo và lắp ráp một mô hình hệ thống cấp phôi
tự động ứng dụng kỹ thuật điện khí nén, điều khiển bằng lập trình PLC và xây dựng mô hình nghiên
cứu động lực học của cụm piston xylanh khí nén.
ABSTRACT
The article presents the study on designing, manufacturing and installing an automatic raw-material
feeding sysem applying the electropneumatic technology generated by the programed PLC. The paper
focuses on planning a research model on the dynamics of piston-xylander pneumatic systems.
1. §Æt vÊn ®Ò
HiÖn nay ë ViÖt Nam, kü thuËt ®iÒu khiÓn ®iÖn khÝ nÐn ®îc øng dông chiÕm tû
lÖ cao trong c¸c d©y chuyÒn s¶n xuÊt tù ®éng, vÝ dô nh d©y chuyÒn s¶n xuÊt xi m¨ng,
d©y chuyÒn s¶n xuÊt g¹ch men, d©y chuyÒn l¾p r¸p «t«, d©y chuyÒn l¾p r¸p c¸c thiÕt bÞ
®iÖn tö, d©y chuyÒn s¶n xuÊt dîc phÈm... nªn viÖc nghiªn cøu l¾p r¸p thiÕt bÞ ®iÒu
khiÓn ®iÖn khÝ nÐn cã chÊt lîng ®éng lùc häc cao lµ rÊt cÇn thiÕt cho thùc tiÔn s¶n
xuÊt.
§Ò tµi nghiªn cøu vÒ thiÕt kÕ, chÕ t¹o vµ l¾p r¸p mét m« h×nh hÖ thèng cÊp ph«i tù
®éng øng dông kü thuËt ®iÖn khÝ nÐn, ®iÒu khiÓn b»ng lËp tr×nh PLC vµ x©y dùng m«
h×nh nghiªn cøu ®éng lùc häc cña côm piston xylanh khÝ nÐn phôc vô cho ®µo t¹o vµ
nghiªn cøu lµ c¬ së ®Ó thiÕt kÕ, l¾p r¸p c¸c d©y chuyÒn tù ®éng cã ®é phøc t¹p cao h¬n
phôc vô cho thùc tÕ s¶n xuÊt.
2. Néi dung nghiªn cøu
M« h×nh nghiªn cøu cña thiÕt bÞ ®îc l¾p r¸p:
æ
chøa ph«i
M©m quay
Tay m¸y
B¨ng chuyÒn
H×nh 1. M« h×nh ph¬ng ¸n hÖ thèng cÊp ph«i
H×nh 2. B¶n vÏ chung cña hÖ thèng
C¸c thiÕt bÞ chÊp hµnh:
- æ cÊp ph«i: æ chøa ph«i (1) D=220mm, H=135mm; §Üa mang ph«i (2) D=210mm
víi 6 lç D=18mm n= 7vg/p; §éng c¬ mét chiÒu (5) cã U =12v«n; Hép gi¶m tèc (3) i=1/50;
Xylanh ®Èy ph«i (7) hµnh tr×nh L=75mm.
- M©m quay: M©m ph©n ®é (8) D=250mm; Xylanh quay (9).
- Tay m¸y chuyÓn ph«i: Xylanh n©ng h¹ (10) H=120mm; Xylanh quay gãc (11)
D=16mm; Xylanh kÑp ph«i (13) D =10mm; C¬ cÊu kÑp ph«i (14) chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn
khø håi; C¸nh tay (12) quay gãc.
- B¨ng chuyÓn ph«i: B¨ng ti (16) B=120mm, L=600mm, ®iÒu chØnh v« cÊp tèc
®é; §«ng c¬ (20); Bé truyÒn ®ai (17) i=1/4; Hép gi¶m tèc (18) i=1/20.
ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn:
Bé PLC Simatic S7-200, phÇn mÒm sö dông lµ Step 7 -Mic ro/Win32.
Chu¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn gåm khai b¸o c¸c biÕn, ch¬ng tr×nh chÝnh, c¸c ch¬ng
tr×nh con, ch¬ng tr×nh cho phÐp Reset hÖ thèng vµ ®iÒu khiÓn cho hÖ thèng ho¹t ®éng.
Ch¬ng tr×nh ®îc n¹p trong bé PLC ®Ó cã thÓ ®iÒu khiÓn trùc tiÕp trªn m¸y theo
mét chu tr×nh nhÊt ®Þnh hoÆc ®iÒu khiÓn qua m¸y tÝnh.
M« h×nh nghiªn cøu ®éng lùc häc cña piston xylanh khÝ nÐn cã kÕt cÊu kh«ng ®èi
xøng:
PP
V1
T1
2
1
P
n
, V
2
, T
2
x
q1
q
2
M
F
L
H×nh 3. S¬ ®å hÖ ®iÒu khiÓn
HÖ ph¬ng tr×nh m« t¶ qu¸ tr×nh lµm viÖc cña piston xylanh khÝ nÐn khi pP vµ pn
kh«ng
®æi, S1 = S2, TS = T vµ gia tèc kh«ng ®æi lµ:
v
dt
dy
const
M
F
pp
M
S
dt
dv
v
Tp
Sp
m
V
Trk
dt
dp
v
Tr
Sp
m
V
Trk
dt
dp
L
n
p
)[(
0].
.
.
[
..
0].
.
.
[
..
21
2
2
2
1
1
1
(1)
vµ v
T
r
Sp
mp.
.
.
1; v
T
r
Sp
mn.
.
.
2 ; const
M
F
pp
M
S
dt
dv L
np )(
M« h×nh qu¸ tr×nh ®éng lùc häc cña pitt«ng xilanh khÝ nÐn cã kÕt cÊu ®èi xøng:
H×nh 5. M« h×nh ®iÒu khiÓn piston xylanh khÝ nÐn cã kÕt cÊu ®èi xøng
C¸c ph¬ng tr×nh m« t¶ hÖ sÏ lµ:
]..
.
.[
.)0(
.. vS
Tr
p
Q
ySV
Trk
dt
dp
S
p
p
p
S
p
]..
.
[
.)0(
.. vS
Tr
p
Q
ySV
Trk
dt
dp
S
n
n
n
Sn
(2)
].[
1
21 Lmsmsnp FFFSppS
M
dt
dv
H×nh 4. M« h×nh tÝnh to¸n ®éng lùc häc cña xilanh khÝ nÐn
F
f
v
V
S
V
QQ
u
P P
L
ms2
n
n
p
p
mp mn
-l/2 0l/2 y
fms1
Trong ®ã: v
dt
dy ; vfFms .
11 ; vfFms .
22 ; FL - t¶i träng ngoµi; Vp(0) = Vmp + S.
2
l ;
Vn(0) = Vmn =+
2
.l
S; Vp(0) = S.y = Vp(y) ; Vn(0) - S.y = Vn(y)
Ph¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cho hÖ tuyÕn tÝnh lµ:
*
*
*
*
*
*
*
*
*
.
0
0
.)0(
...
.)0(
...
.
0100
0
0
.)0(
..
.)0(
...
0
0
.)0(
..
0
.)0(
...
u
ySV
GTrk
ySV
GTrk
y
v
p
p
M
f
M
S
M
SySV
Spk
ySV
CTrk
ySV
Spk
ySV
CTrk
y
v
p
p
dt
d
e
n
un
e
S
e
p
up
e
S
n
p
e
n
n
e
e
n
p
e
S
e
p
p
e
e
p
p
e
S
n
p
n
p
L
F
M
*
.
0
1
0
0
(3)
Trong ®ã: e
p
e
p
p
pm
p
e
uu
pp
p
puq
Cp
),( ; e
n
e
n
n
nm
p
e
uu
pp
p
puq
Cn
),( (4)
lµ c¸c hÖ sè khuÕch ®¹i lu lîng/¸p suÊt
e
p
e
p
pm
up
e
uu
pp
u
puq
G
),( ; e
n
e
n
nm
un
e
uu
pp
u
puq
G
),( (5)
lµ c¸c hÖ sè khuÕch ®¹i lu lîng/ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn
H×nh 6. S¬ ®å khèi m« t¶ m« h×nh ®éng lùc häc cña hÖ
u*
u*
n
-1
S
s
r.T
V (y )
s
n
k.r.T
n
P*
v*
S
-
e
Gp
u
u*
ps
V (y )
k.r.T
p
+
s
-
r.T
S
+
p
P*
Sv*
a*1 y*
v*
+M
f
F*
L
e
u
Gn
e
e
Pp
C
+
-
p
Pe
-
-
n
CP
e
+
+
+
-
P*
n
e