Giáo trình mô đun Thiết bị và hệ thống tự động sản xuất 1 - Nghề: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

CỤC HÀNG HẢI VIỆT NAM

TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI I

GIÁO TRÌNH

MÔ ĐUN: THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG

TỰ ĐỘNG SẢN XUẤT 1

NGHỀ: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU

KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

(Ban hành kèm theo Quyết định số ...... QĐ/ ngày .....tháng......năm....của........)

Năm 2018

1

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được

phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham

khảo.

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh

doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

LỜI GIỚI THIỆU

Thiết bị và hệ thống sản xuất tự động 1 là một mô đun đào tạo chuyên ngành

quan trọng đối với sinh viên ngành công nghệ kĩ thuật điều khiển và tự động hóa

Giáo trình mô đun “Thiết bị và hệ thống tự động sản xuất 1`” được biên soạn

trên cơ sở đề cương chi tiết mô đun “Thiết bị và hệ thống tự động sản xuất 1” dùng

cho sinh viên các chuyên ngành công nghệ kĩ thuật điều khiển và tự động hóa Trường

Cao đẳng Hàng Hải I.

Giáo trình cung cấp các kiến thức tổng quan về hệ thống sản xuất tự động nói

chung và nghiên cứu sâu về các thiết bị trong hệ thống tự động, máy chọn tự động .

Lắp ráp một số mô hình cho hệ thống sản xuất tự động. Giáo trình này có thể làm tài

liệu cho giảng viên giảng dạy, học sinh - sinh viên các trường kỹ thuật. Nội dung giáo

trình bao gồm 4 bài:

Bài 1: Khái quát về tự động hóa quá trình sản xuất

Bài 2: Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động

Bài 3: Kiểm tra tự động

Bài 4: Tự động hóa quá trình lắp ráp

Tác giả bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến tập thể các thầy, cô giáo khoa Điện -

Điện tử trường Cao đẳng Hàng hải I đã động viên và đóng góp nhiều ý kiến cho giáo

trình này. Trong quá trình biên soạn giáo trình không thể tránh khỏi những sai sót.

Rất mong các thầy, cô giáo, bạn đọc đóng góp ý kiến để giáo trình được hoàn thiện

hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng

Hàng Hải I, số 498 Đà Nẵng - Đông Hải I - Hải An - Hải Phòng.

Hải Phòng, ngày tháng năm 201

Tham gia biên soạn

Chủ biên: Phạm Thị Dung

3

MỤC LỤC

Nội dung

STT

Trang

3

1

2

3

4

5

Lời nói đầu

Mục lục

4

Danh mục hình vẽ

Bài mở đầu

6

8

Bài 1: Khái quát về tự động hóa quá trình sản xuất

1.1 Tóm tắt lịch sử phát triển của tự động hóa

1.2. Những khái niệm và định nghĩa cơ bản

1.3. Vai trò và ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất

1.4. Mục tiêu của tự động hóa

9

13

15

16

23

26

30

32

38

39

43

1.5. Ưu điểm và hạn chế của tự động hóa

Bài 2: Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động

2.1 Cơ cấu chấp hành

6

2.2 Cơ cấu điều khiển

2.3. Công cụ mô tả hoạt động của thiết bị tự động

Bài 3: Kiểm tra tự động

7

8

3.1. Khái quát về kiểm tra và đo lường tự động

3.2 Thiết bị phân loại tự động ( Máy chọn )

Bài 4: Tự động hóa quá trình lắp ráp

4.1. Khái niệm về quá trình lắp ráp tự động

4.2. Định vị và liên kết chi tiết trong lắp ráp tự động

4.3.Các phương pháp và cơ cấu định vị có chủ đích khi lắp

ráp

9

Tài liệu tham khảo

48

4

DANH MỤC HÌNH VẼ

Tên hình vẽ

STT

Trang

10

11

13

18

19

20

21

22

24

25

26

33

34

36

39

40

41

42

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Hình 1.1. Hình 1.1 Sơ đồ cơ khí hóa

Hình 1.2. Sơ đồ tiện có tự động hóa chu kì

Hình 1.3 Máy tiện tự động

Hình 1.4 Mô hình dây chuyền tự động hóa

Hình 1.5. Hệ thống sản xuất linh hoạt

Hình 2.1 Động cơ bước

Hình 2.2.Động cơ servo

Hình 2.3.Van an toàn

Hình 2.4.Van cân bằng

10 Hình 2.5 Van tuần tự

11 Hình 2.6 Van giảm áp

12 Hình 2.7. Van điều khiển lưu lượng

13 Hình 2.8. Cấu tạo van 3/2 và kí hiệu

14 Hình 2.9. Cấu tạo van 5/2 và kí hiệu

15 Hình 2.10. Cơ cấu điều khiển bằng cơ khí

16 Hình 2.11. Nguyên lý làm việc của máy khoan

17 Hình 2.12. Cấu tạo tổng quan của PLC

18 Hình 2.13. Kẹp chặt và khoan lỗ

19 Hình 3.1. Máy chọn tự động đường kính lỗ bạc

20 Hình 3.2. Máy chọn tự động kích thước ngoài của chốt trụ

21 Hình 3.3. Phương pháp khảo sát xác suất chia nhóm sai

22 Hình 3.4. Miền phân bố của hai chi tiết chọn

23 HÌnh 4.1. Định vị tương đối trục và bạc

24 Hình 4.2. Định vị các chi tiết khi lắp các mối ren

25 Hình 4.3. Lắp ráp theo phương pháp tự tìm kiếm

26 Hình 4.4. Đầu lắp hoạt động theo nguyên tắc tự định vị

5

27 Hình 4.5 Sơ đồ của cơ cấu định vị điều khiển theo sai lệch

28 Hình 4.6 Cơ cấu điều khiển theo thích nghi

44

45

6

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN

Tên mô đun: Thiết bị và hệ thống tự động sản xuất 1

Mã mô đun: MĐ27

Thời gian thực hiện mô đun: 60 giờ; (Lý thuyết 20 giờ; Thực hành, thí nghiệm.

thảo luận, bài tập: 36 giờ; Kiểm tra: 04 giờ).

I. Vị trí, tính chất của mô đun:

- Vị trí: Mô đun được bố trí sau khi học xong mô đun Bảo dưỡng, sửa

chữa mạch điện máy công cụ, máy nâng;

- Tính chất: Mô đun nghiên cứu về các thiết bị và các hệ thống tự động

sản xuất trong thực tế.

II. Mục tiêu mô đun:

- Về kiến thức: Cung cấp kiến thức cơ sở về thiết bị và hệ thống tự động

trong công nghiệp, các loại cảm biến cơ bản trong công nghiệp; các mạch xử lý

tín hiệu đo;các thiết bị công suất và chấp hành thông dụng; các bộ điều khiển cơ

bản trong công nghiệp;

- Về kỹ năng: Nắm được nguyên lý và phương pháp để đọc hiểu, sử dụng

các thiết bị tự động; các thông số, mạch xử lý các đại lượng đo, lắp ráp và chọn

linh kiện tự động phꢀ hợp với yêu cầu;

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Có kiến thức tổng hợp về các đối

tượng và ứng dụng của lĩnh vực hệ thống tự động.

III. Nội dung mô đun:

Nội dung mô đun:

Nội dung mô đun Thiết bị và hệ thống sản xuất tự động 2 bao gồm 4 bài:

Bài 1: Khái quát về tự động hóa quá trình sản xuất

Bài 2: Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động

Bài 3: Kiểm tra tự động

Bài 4: Tự động hóa quá trình lắp ráp

7

BÀI MỞ ĐẦU

Nền sản xuất trong những năm gần đây được đặc trưng bởi cường độ

cao của các quá trình sản xuất vật chất. Để thực hiện các nhiệm vụ của mình,

công nghiệp chế tạo máy không ngừng hoàn thiện và nâng cao trình độ kỹ

thuật của các quá trình sản xuất. Tự động hóa quá trình sản xuất cho phép sử

dụng tối đa các tiềm năng sẵn có, đáp ứng ngày càng cao đối với các trang

thiết bị gia công cơ khí từ đó hình thành nên các hệ thống sản xuất tự động

cho phép thực hiện quá trình công nghệ không có sự tham gia của con người.

Ở giai đoạn đầu tự động hóa mới chỉ thực hiện đối với từng nguyên công

riêng biệt. Về sau tự động hóa được thực hiện đối với nhiều nguyên công.

Hệ thống sản xuất tự động ra đời cho phép nâng cao năng suất lao

động, giá thành sản phẩm giảm, cải thiện điều kiện làm việc của công nhân.

Vì vậy mô đun Thiết bị và hệ thống sản xuất 1 rất quan trọng đối với sinh

viên khối ngành kỹ thuật tự động hóa. Nó giúp cho người học được tiếp xúc

với những hệ thống sản xuất tự động trong thực tế sản xuất. Trang bị cho

người học những kiến thức căn bản về thiết bị và hệ thống sản xuất tự động.

8

BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

Mã bài: MĐ6510305.27.01

Giới thiệu:

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, việc áp dụng công nghệ

sản xuất ngày càng nhiều trong các nhà máy. Vì vậy tự động hóa quá trình sản

xuất đã trở thành khâu tất yếu của sản xuất. Tự động hóa sản xuất không những

giúp cho quá trình sản xuất được nhanh hơn, hiệu quả hơn mà còn giúp tăng chất

lượng sản xuất và giảm giá thành, giảm nguyên công.

Mục tiêu:

- Trình bày được những khái niệm cơ bản của hệ thống tự động hóa sản

xuất

- Phân biệt được các hệ thống tự động sản xuất

- Phát huy tính tích cực, chủ động tìm tòi các kiến thức mới về lĩnh vực tự

động hóa sản xuất.

Nội dung chính:

1.1 Tóm tắt lịch sử phát triển của tự động hóa

Đã từ xa xưa con người luôn mơ ước về các loại máy có khả năng thay

thế cho mình trong các quá trình sản xuất và các công việc thường nhật khác. Vì

thế, mặc dù tự động hóa quá trình sản xuất là 1 lĩnh vực đặc trưng của khoa học

kĩ thuật hiện đại của thế kỉ 20, nhưng những thông tin về các cơ cấu tự động,

làm việc không cần có sự trợ giúp của con người đã tồn tại từ trước công

nguyên. Các máy tự động cơ học đã được sử dụng ở Ai Cập cổ và Hy lạp khi

thực hiện các màn múa rồi để lôi kéo những người theo đạo. Trong thời trung

cổ người ta đã biết đến các máy tự động cơ khí thực hiện chức năng gác cổng

của Albert. Một đặc điểm chung của các máy tự động kể trên là chúng không có

ảnh hưởng gì tới các quá trình sản xuất của xã hội thời đó

1.2. Những khái niệm và định nghĩa cơ bản

1.2.1. Cơ khí hóa (CKH) là sử dụng năng lượng phi vật thể thực hiện toàn

bộ hoặc 1 phần của quá trình sản xuất trừ việc điều khiển. Nhiệm vụ điều

khiển ở đây do con người thực hiện. Như vậy CKH chính là quá trình thay

thế lao động cơ bắp của con người khi thực hiện các quá trình sản xuất

9

Hình 1.1. Sơ đồ cơ khí hóa

1.2.2. Tự động hóa (TĐH) là giai đoạn phát triển tiếp theo của nền sản xuất cơ

khí hóa. Nó sẽ thực hiện phần công việc mà cơ khí hóa không thể đảm đương

được đó là điều khiển quá trình.Nhằm thiết lập các hệ thống điều khiển và kiểm

tra tự động các quá trình. Mục đích cuối cùng giảm bớt và loại bỏ sự tham gia

trực tiếp của con người

Hình 1.2. Sơ đồ tiện có tự động hóa chu kì

1.2.3. Tự động hóa máy (TĐHM) là trang bị hệ thống cấp phôi cho máy. Hệ

thống này tự động tháo chi tiết máy khi gia công xong và thay thế phôi mới,

đồng thời khởi động một chu kỳ gia công chi tiết mới

10

Hình 1.3. Máy tiện tự động

1.2.4. Dây chuyền tự động (DCTĐ)

Hình 1.4. Mô hình dây chuyền tự động hóa

1.2.5. Hệ thống thiết kế và sản xuất tự động

- Hệ thống thiết kế và chế tạo có trợ giúp của máy tính (CAD-CAM)

Với sự xuất hiện của máy điều khiển số, sự phát triển cao của công

nghệ thông tin và công nghệ máy tính, việc chuẩn bị và điều hành sản xuất

trong thời gian gần đây đã có những thay đổi cơ bản. Khâu chuẩn bị thiết kế

đã được tự động hóa nhờ hệ thống thiết kế tự động có sự trợ giúp của máy

11

tính (CAD – computer Aided Design). Nhờ các trang thiết bị tính toán thiết

kế như máy tính, màn hình đồ họa, bút vẽ, máy vẽ cùng các phần mềm

chuyên dụng, CAD cho phép tạo ra các mô hình sản phẩm trong không gian 3

chiều, thuận lợi cho việc khảo sát, đánh giá, sửa đổi nhanh chóng trực tiếp

ngay trên màn hình.

Khâu điều hành quá trình chế tạo sản phẩm cũng được tự động hóa nhờ

hệ thống điều hành quá trình chế tạo tự động có sự trợ giúp của máy tính

(CAM – Computer Aided Manufacturing). CAM chính là một phần của hệ

thống CIM (Computer Intergrated Manufacturing) và được thiết lập trên cơ sở

sử dụng máy tính và công nghệ máy tính để thực hiện tất cả các công đoạn

của quá trình sản xuất, chế tạo sản phẩm như lập kế hoạch sản xuất, thiết kế

quy trình công nghệ gia công, quản lý điều hành quá trình chế tạo và kiểm tra

chất lượng sản phẩm.

- Hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính (CIM)

Hai công nghệ tiên tiến CAD và CAM có liên quan chặt chẽ đến sự

hình thành của hệ thống thết kế chế tạo tự động hóa có sự trợ giúp của máy

tính CIM khi kết nối hệ CAD với hệ CAM. Hệ thống kết hợp CAD/CAM còn

được gọi là hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính (CIM) Các

quá trình thực hiện bằng hệ thống này gọi là các quá trình sản xuất tích hợp.

Trong các hê thống sản xuất tích hợp, chức năng thiết kế và chế tạo được gắn

kết với nhau, hỗ trợ nhau cho phép tạo ra sản phẩm nhanh chóng bằng các

quy trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả.

- Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS)

Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS – Flexiable Manufacturing Systems)

là một hệ thống bao gồm các thiết bị gia công như máy điều khiển số, trung

tâm gia công, thiết bị gá lắp, tháo dỡ chi tiết và dụng cụ tự động, hệ thống cơ

cấu định hướng chi tiết tự động trong quá trình gia công, cơ cấu kiểm tra tự

động, cơ cấu vận chuyển tự động, cơ cấu cấp phát dụng cụ tự động, hệ thống

điêu khiển … được thiết kế theo nguyên tắc môđun và được điều khiên bởi

một máy tính hoặc một hệ thống máy tính. Trong một chừng mực nào đó

FMS có thể coi như một CIM nhỏ. Nó được thiết kế để điền đấy khoảng trống

giữa đường dây tự động dùng trong sản xuất hàng khối và nhóm máy CNC.

Nó cho phép chuyển đổi nhanh sản xuất khi thay đổi sản phẩm với chi phí về

thời gian và tiền bạc nhỏ nhất. Theo cấu trúc, hệ thống sản xuất linh hoạt có

thể chia thành các cấp độ như: máy sản xuất, mô đun sản xuất linh hoạt,

đường dây sản xuất linh hoạt, phân xưởng sản xuất linh hoạt và nhà máy sản

xuất linh hoạt.

12

Hình 1.5. Hệ thống sản xuất linh hoạt

1.3. Vai trò và ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất

-

Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng cao

năng suất lao động. Trong mọi thời đại, các quá trình sản xuất luôn được điều

khiển theo các quy luật kinh tế. Có thể nói giá thành là một trong những yếu tố

quan trọng xác định nhu cầu phát triển tự động hóa. Không một sản phẩm nào có

thể cạnh tranh được nếu giá thành sản phẩm cao hơn các sản phẩm cùng loại, có

tính năng tương đương với các hãng khác. Trong bối cảnh nền kinh tế đang phải

đồi phó với các hiện tượng lạm phát, chi phí cho vật tư lao động, quảng cáo, và

bán hàng ngày càng tăng buộc công nghiệp chế tạo phải tìm kiếm các phương

pháp sản xuất tối ưu để giảm giá thành sản phẩm. Mặt khác nhu cầu nâng cao

chất lượng sản phẩm sẽ làm tăng độ phức tạp của quá trình gia công. Khối lượng

các công việc đơn giản cho phép trả lương thấp sẽ giảm nhiều. Chi phí cho đào

tạo công nhân và đội ngũ phục vụ, giá thành thiết bị cũng tăng theo. Đây là động

lực mạnh kích thích sự phát triển của tự động hóa

-

Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất.

Các quá trình sản xuất sử dụng quá nhiều lao động sống rất dễ mất ổn định về

giờ giấc, về chất lượng gia công và năng xuất lao động, gây khó khăn cho việc

điều hành và quản lý sản xuất. Các quá trình sản xuất tự động cho phép loại bỏ

nhược điểm trên. Đồng thời tự động hóa đã thay đổi tính chất lao động, cải thiện

điều kiện làm việc của công nhân, nhất là trong khâu độc hại, nặng nhọc, có tính

lặp đi lặp lại nhàm chán, khắc phục dần sự khác nhau giữa lao động trí óc và lao

động chân tay

-

Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ lao động

sản xuất hiện đại.Với các loại sản phẩm có số lượng lớn ( hàng tỉ cái một năm )

như đinh, bóng đèn điện, khóa kéo v…v thì không thể sử dụng các quá trình sản

xuất thủ công để đáp ứng sản lượng yêu cầu với giá thành nhỏ nhất.

13

-

Tự động hóa các quy trình sản xuất cho phép thực hiện chuyên môn hóa

và hoán đổi sản xuất. Chỉ có một số ít sản phẩm phức tạp là được chế tạo hoàn

toàn bởi một nhà sản xuất. Thông thường một hãng sẽ sử dụng nhiều nhà thầu để

cung cấp bộ phận riêng lẻ cho mình, sau đó tiến hành liên kết. Lắp ráp thành sản

phẩm tổng thể. Các sản phẩm phức tạp như ô tô, xe máy, máy bay v…v nếu chế

tạo theo phương thức trên sẽ có rất nhiều ưu điểm. Các nhà thầu sẽ chuyên sâu

hơn với các sản phẩm của mình. Việc nghiên cứu, cải tiến chỉ phải thực hiện

trong một vùng chuyên môn hẹp, vì thế nó sẽ có chất lượng cao hơn, tiến bộ

nhanh hơn. Sản xuất của các nhà thầu có điều kiện chuyển thành sản xuất hàng

khối. Do một nhà thầu tham gia vào quá trình sản xuất một sản phẩm phức tạp

nào đó có thể đóng vai trò như một nhà cung cấp cho nhiều hãng khác nhau, nên

khả năng tiêu chuẩn hóa sản phẩm là rất cao. Điều này cho phép ứng dụng

nguyên tắc hoán đổi - một trong các điều kiện cơ bản dẫn tới sự hình thành sạng

sản xuất hàng khối khi chế tạo các sản phẩm phức tạp, số lượng ít. Tuy nhiên,

cũng không nên quá đề cao tầm quan trọng của tiêu chuẩn hóa. Không có tiêu

chuẩn hóa trong sản xuất chỉ có thể gây cản trở cho việc hoán chuyển ở một mức

độ nhất định, làm tăng tiêu tốn thời gian cho các quá trình sản xuất các sản phẩm

phức tạp chứ không thể làm cho cacsc quá trình này không thể thực hiện được.

Có thể nói tự động hóa giữ một vai trò quan trọng trong việc thực hiện tiêu

chuẩn hóa bởi chỉ có nền sản xuất tự động hóa mới cho phép chế tạo sản phẩm

kích cỡ và đặc tính không hoặc ít thay đổi với số lượng lớn một cách hiệu quả

nhất

-

Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép thực hiện cạnh tranh và đáp

ứng điều kiện sản xuất. Nhu cầu về sản phẩm sẽ quyết định mức độ áp dụng tự

động hóa cần thiết trong quá trình sản xuất. Đối với sản phẩm phức tạp như tàu

biển, giàn khoan dầu và các sản phẩm kích cỡ, trong lượng rất lớn khác, số

lượng sẽ rất ít. Thời gian chế tạo kéo dài từ vài tháng đến vài năm. Khối lượng

lao động sẽ rất lớn. Việc chế tạo chúng trên các dây chuyền tự động cao cấp là

không hiệu quả và không nên. Mặt khác các sản phẩm như bóng đèn điện, ô tô,

các loại dụng cụ điện dân dụng thường có nhu cầu rất cao tiềm năng thị trường

lớn, nhưng lại được rất nhiều hãng chế tạo. Trong nhiều trường hợp, lợi nhuận

riêng của một đơn vị sản phẩm là rất bé. Chỉ có thể sản xuất tập trung với số

lượng lớn trên dây chuyền tự động, năng suất cao mới có thể làm cho giá thành

sản phẩm thấp, hiệu quả kinh tế cao. Sử dụng các quá trình sản xuất tự động hóa

trình độ cao trong những trường hợp này là rất cần thiết. Chính yếu tố này là

một nhân tố kích thích quá trình cạnh tranh trong cơ chế kinh tế thị trường. Cạnh

tranh sẽ loại bỏ các nhà sản xuất ra sản phẩm chất lượng thấp, giá thành cao.

Cạnh tranh buộc các nhà sản xuất phải cải tiến công nghệ, áp dụng tự động hóa

quá trình sản xuất để tạo ra sản phẩm tốt hơn với giá thành rẻ hơn. Có rất nhiều

14

ví dụ về các nhà sản xuất không có khả năng hoặc không muốn cải tiến công

nghệ và áp dụng tự động hóa sản xuất nên dẫn đến thất bại trong thị trường

1.4. Mục tiêu của tự động hóa

- Mục tiêu đơn giản là tăng năng suất và giảm giá thành

- Mục tiêu cao hơn là tăng chất lượng và tính linh hoạt trong sản xuất

- Áp dụng trong môi trường nguy hiểm cho sức khỏe

1.5. Ưu điểm và hạn chế của tự động hóa

1.5.1.Ưu điểm

- Thay thế con người trong các công việc buồn tẻ, trong các môi trường nguy

hiểm

- Thực hiện các công việc ngoài khả năng con người: quá lớn, quá nóng, qúa

lạnh, quá nhanh, quá chậm

- Cải thiện kinh tế nói chung

1.5.2.Hạn chế của tự động hóa

- Không thể TĐH tất cả các nhiệm vụ mong muốn

- Chi phí ban đầu cao

Câu hỏi, bài tập bài 1

1. Trình bày lịch sử của tự động hóa

2. Phân tích sự khác nhau cơ bản giữa các hệ thống sản xuất tự động CAD

CAM, CIM và FMS.

3. Vai trò của Tự động hóa quá trình sản xuất

Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập của bài:

- Đánh giá về kiến thức: Tự luận

- Đánh giá về kỹ năng: Bài tập thực hành

15

BÀI 2: CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG

Mã bài: MĐ6510305.30.02

Giới thiệu:

Đặc trưng cơ bản của các hệ thống tự động là không có sự can thiệp của

con người trong quá trình hoạt động của nó. Do đó toàn bộ các trang thiết bị của

hệ thống phải đảm đương được tất cả các công việc của con người trong quá

trình hoạt động như thao tác nâng chuyển , lắp ráp, kiểm tra , điều khiển quản lý

và lưu trữ các số liệu v..v. Các thiết bị cơ bản của hệ thống tự động có thể phân

ra các nhóm chính: Các cơ cấu chấp hành, các thiết bị điều khiển , các loại cảm

biến và bộ phân giao tiếp người - máy

Mục tiêu:

- Trình bày được các thiết bị cơ bản của hệ thống tự động

- Nhận biết được các phần tử sử dụng trong hệ thống tự động

- Sửa chữa được các thiết bị trong hệ thống tự động

- Phát huy tính tích cực, chủ động tìm tòi các kiến thức mới về lĩnh vực tự

động hóa sản xuất của người học.

Nội dung chính:

2.1 Cơ cấu chấp hành

Cơ cấu chấp hành là các thiết bị thực hiện dưới tác động của tín hiệu điều

khiển. Cơ cấu chấp hành có nhiều loại khác nhau, dựa vào khả năng ứng dụng

trong các máy công cụ và một số các máy công nghiệp khác, chúng ta tìm hiểu

kĩ các loại sau đây

- Các loại động cơ điện

- Các loại ly hợp

- Các phần tử thủy khí

2.1.1. Các loại động cơ điện

Động cơ điện là thiết bị biến đổi điện năng thành chuyển động tròn xoay.

Từ chuyển động tròn đó ta có thể chuyển thành các chuyển động tịnh tiến hay

góc nhờ các cơ cấu cơ khí. Trong các hệ thống điều khiển tự động, điều khiển

động cơ nhằm đạt các yêu cầu sau:

- Đạt độ chính xác về số vòng quay hoặc góc quay

- Đổi chiều động cơ và hãm động cơ nhanh

- Thay đổi tốc độ dễ dàng và chính xác

16

Sau đây ta tìm hiểu một số loại động cơ thường dùng trong các hệ thống

điều khiển tự động các máy công cụ và các thiết bị công nghiệp khác đó là

- Động cơ một chiều

- Động cơ bước

- Động cơ Servo

a. Động cơ một chiều

- Đặc điểm chính của động cơ một chiều là nguồn điện cấp cho động cơ là

nguồn điện 1 chiều. Động cơ 1 chiều gồm 2 loại là động cơ từ trường vĩnh cửu

và động cơ từ trường khuyết một chiều kích từ

+ Động cơ một chiều DC từ trường vĩnh cửu. Động cơ một chiều loại này

có nguồn điện một chiều DC tác động lên cuộn ứng qua cổ góp. Cường độ từ

trường không thay đổi. Tốc độ động cơ chỉ có thể điều khiển thông qua điều

khiển dòng roto. Chiều quay có thể đảo bằng cách đảo chiều dòng điện qua

roto. Có hai loại động cơ nam châm vĩnh cửu đặc biệt là động cơ mạch in và

động cơ có cuộn dây quay. Đây là 2 loại động cơ mà roto không có lõi thép,

nhằm giảm tối đa quán tính của nó

+ Động cơ một chiều kích từ Động cơ loại này có stato là một nam châm

điện ( phần cảm) và roto mang cuộn ứng. Có ba loại động cơ từ trường khuyết:

động cơ nối tiếp, động cơ song song và động cơ tổ hợp

- Dừng động cơ một chiều là một dạng điều khiển tốc độ. Để dừng động cơ

phải tăng tốc nó theo chiều ngược lại với chiều chuyển động. Có 2 phương pháp

dừng động cơ một chiều

+ Phương pháp 1 : Phanh động lực

Bước 1 : Giữ nguyên từ trường của động cơ

Bước 2: Thay thế nguồn cấp của roto bằng nhiệt điện trở

+ Phương pháp 2: Đảo chiều nguồn cấp vào cuộn cảm

Bước 1: Bật công tắc tốc độ không mắc trên trục động cơ hay trục mang tải

Bước 2: Phanh điện không thể dừng chính xác tại vị trí cần , do đó lúc này có

thể dꢀng phanh cơ khí hay sử dụng hệ servo vị trí

- Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều ta có thể thực hiện bằng 2 cách

+ Phương pháp 1 : Thay đổi từ thông Φ

Bước 1: Giữ nguyên điện áp phần ứng U

Bước 2: Điều chỉnh điện áp dòng kích từ

17

+ Phương pháp 2: Điều chỉnh điện áp phần ứng

b. Động cơ bước

Hình 2.1 Động cơ bước

- Phân loại động cơ bước: Có 3 loại

+ Động cơ có Rôt bằng nam châm vĩnh cửu

+ Động cơ có roto từ trường cưỡng bức

+ Động cơ tổ hợp

- Đặc điểm của động cơ bước:

Các cực của động cơ bước được đấu riếng biệt và lần lượt được đóng với

nguồn một chiều DC. Roto được dịch từng bước từ cực này sang cực khác khi

các cực của động cơ được đóng ngắt theo một chuỗi liên tục. Tốc độ của động

cơ được điều khiển bằng tốc độ đóng ngắt các chuỗi xung. Kỹ thuật điều khiển

đã phát triển cho phép đóng ngắt điện cho tổ hợp các cực với các mức năng

lượng khác nhau, cho phép động cơ có thể đạt tới bước dịch chuyển là một góc

dưới một độ hay còn gọi là micro bước. Động cơ bước thường dꢀng trong điều

khiển vị trí mạch hở, không cần đến cảm biến vị trí. Động cơ bước có thể dùng

trong điều khiển mạch kín cùng với cảm biến vị trí

c. Động cơ Servo

Động cơ Servo DC là một loại động cơ dꢀng điện một chiều có cấu tạo

như hình 2.2, phía sau trục động cơ có gắn Encoder ( bộ mã hóa quang để đo

góc quay và số vòng quay của trục động cơ). Động cơ này có thể có tỷ số

momen kéo và quán tính cao, điều này cho phép tăng tốc độ nhanh

18

Hình 2.2. Động cơ servo

2.1.2. Các loại van

- Trong mạch van thuỷ lực nằm giữa bơm và cơ cấu tác động có các loại van

sau:

+ Van điều khiển áp suất(presure control valves).

+ Van điều khiển lưu lượng(flow-control valves).

+ Van điều khiển hướng (directional control valves): van một chiều, van con

trượt, van kiểm tra, van an toàn…

+ Van servo (servo valves)

- Tín hiệu điều khiển van:

+ Tính hiệu số(digital signal).

+ Tín hiệu tương tự(analogue signal)

a. Van điều khiển áp suất

Nhóm van điều khiển áp suất chia ra 4 loại với chức năng khác nhau:

- Van an toàn

+ Chức năng: cài đặt áp suất lớn nhất cho mạch và bảo vệ quá tải cho mạch.

+ Cấu tạo :

19

Hình 2.3. Van an toàn

- Van cân bằng

+ Chức năng là tạo ra một đối áp để cân bằng với một tải trọng không cho nó

dịch chuyển khi mạch nghỉ (do ảnh hưởng của trọng lượng)

+ Cấu tạo:

Hình 2.4. Van cân bằng

- Van tuần tự :

+ Chức năng cho phép sự làm việc theo thứ tự trước sau của các cơ cấu tác

động khi đạt ngưỡng áp suất cài đặt.

+ Cấu tạo

20