ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 1/32

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu đề tài
Trong lĩnh vực công nghiệp sản xuất dây cáp đồng, cáp quang, cáp viễn thông nói
chung. Ngoài việc đưa vào sử dụng dây chuyển sản xuất có khả năng làm ra các
sợi cáp đặt yêu cầu cao về thông số kỹ thuật của cáp. Công đoạn quận dây cáp vào
Bobin cũng hết sức quan trọng. Đây là công đoạn cuối cùng, góp phần vào việc ổn
định thông số kỹ thuật của cáp và mặt thẩm mỹ của sản phẩm trước khi mang đi
tiêu thụ. Với mục đích đó, máy quấn dây tự động ra đời nhằm giúp công đoạn này
được hoàn thành với một cách tốt nhất.
1.2 Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng PLC ( Programmable logic controller ), động cơ SERVO,
biến tần điều khiển động cơ ba pha.
1.3 Đối tượng nghiên cứu
PLC S7-200 224, mô đun mở rộng EM 223, Analog Input SM331, Analog Output
EM232, AC SERVO DRIVE DigitAx, ACS 355 drives ABB, HMI Weintek.
1.4 Phạm vi nghiên cứu
Ứng dụng vào các nhà máy sản xuất cáp điện, cáp quang, các nhà máy có nhu cầu
thu các sản phẩm dạng sợi vào bobin.
1.5 Dự kiến kết quả
Máy quấn dây giúp thu các loại cáp nói chung vào bobin, phân bố dây đều, đẹp,

chắc chắn.

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 2/32

CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Động cơ SERVO
Động cơ SERVO là một bộ truyền động quay. Khác với các loại động cơ thông
thường. Động cơ SERVO có khả năng chuyển động quay chính xác vị trí và tốc độ.
Để làm được điều này động cơ SERVO phải đi kèm với cảm biến phản hồi vị trí
thường được gắn với trục quay của động cơ. Tín hiệu điều khiển với tín hiệu phản
hồi vị trí được truyền nhận thông qua bộ điều khiển đi kèm.

Hình 2.1 Động cơ SERVO
2.2 Biến tần
Đúng như tên gọi của thiết bị, biến là biến đổi, thay đổi, tần là tần số. Biến tần là
thiết bị dùng để biến đổi tần số điện áp đầu vào. Trong thực tế, biến tần thường
được sử dụng để biến đổn tần số điện áp ngõ vào, qua đó giúp thay đổi tốc độ
động cơ AC.
Nguyên lý hoạt động của biến tần:
-

Đầu tiên nguồn điện xoay chiều AC ở đầu vào sẽ được chỉnh lưu thành
nguồn điện một chiều.


MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 3/32

-

Điện áp một chiều sau đó sẽ được nghịch lưu nhờ IGBT thông qua phương
pháp điều chế độ rộng xung.

Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động của biến tần

Hình 2.3 Một loại biến tần

CHƯƠNG 3.

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 4/32

3.1 Sơ đồ khối của hệ thống
KHỐI NGUỒN

KHỐI CẢM


HMI

KHỐI ĐIỀU KHIỂN

BIẾN

CƠ CẤU CHẤP HÀNH

Hình 3.11 Sơ đồ khối hệ thống
3.1.1 Khối nguồn
Chức năng: cấp nguồn cho tủ điện, ba mức điện áp: 3 pha 380 VAC, 1 pha 220
VAC, 24 VDC.
Nguồn điện 3 pha 380 VAC và 1 pha 220 VAC được cấp trực tiếp từ điện lưới nhà
máy.
Nguồn 24V:
Linh kiện sử dụng:
Bộ nguồn OMRON S8FS-C05024.
Thông số kỹ thuật:
 Điện áp ngõ vào: 82 – 265 VAC hoặc 110 – 380 VDC.
 Điện áp ngõ ra: 23 - 24 VDC.
 Dòng điện ngõ ra: 2.3 A.
 Công suất định mức: 60W

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 5/32


Hình 3.2 Bộ nguồn ORMON
3.1.2 Khối điều khiển
a. PLC
Chức năng: là trung tâm xử lý tín hiệu của hệ thống, nhận tín hiều điều khiển từ
HMI hoặc thông qua các nút nhấn, sau đó gửi lệnh điều khiển cho các thiết bị chấp
hành.
Linh kiện sử dụng: PLC S7-200 CPU 224 AC-6ES7214-1BD23-0XB0
Thông số kỹ thuật :
 Điện áp nguồn: 110VAC, 220 VAC.
 Digital inputs: 14.
 Digital Outputs: 10, Relays.
 Điện áp ngõ vào: mức thấp 0 – 5 VDC, mức cao 15 – 24 VDC.
 Điện áp ngõ ra mức cao: điện áp ở chân chung.
 Chuẩn giao tiếp: RS 485.

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 6/32

Hình 3.3 PLC S7 200
b. Mô đun Analog Output
Chức năng: xuất điện áp 0 – 10 VDC cho biến tần, Drive SERVO.
Linh kiện sử đụng: SIMATIC S7-200, ANALOG OUTPUT EM 232.
Thông số kỹ thuật:
 Analog outputs: 4.
 Output ranges, voltage: -10 V to +10 V.
 Output ranges, current: 4 mA to 20 mA.
 Resolution: 12 bit.

c. Mô đun Analog Input
Chức năng: đọc tín hiệu điện áp phản hồi từ các thiết bị điều khiển.
Thông số kỹ thuật:
 Analog inputs: 8.
 Input current max: 60 mA.
 Input ranges: 0 – 10 VDC.
 Resolution: 12 bit.
3.1.3 Cơ cấu chấp hành

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 7/32

a. Motor không đồng bộ 3 pha ABB
Chức năng: quay bobin quấn dây.
AC MOTOR,M2AA90L,2.2KW ABB.
Thông số kỹ thuật:
 Y/ : 400 VAC-4.5 A/230 VAC – 7.83 A.
 Speed: 2890 r/min.
 Power factor: 0.840.
 Torque: 7.20 N-m.
 Power: 2.2 kw

Hình 3.4 Motor ABB
b. Biến tần
Chức năng: điều khiển tốc độ động cơ quay bobin.
ACS 355 ABB.
Thông số kỹ thuật:

Mains connection:
 Voltage and power range: 3-phase, 380 to 480 V ± 10%


Frequency: 48 to 63 Hz

Motor connection:
 Voltage: 3-phase 0 – U supply.
 Frequency: 0 to 599 Hz.
MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 8/32

 Acceleration time:0.1 to 1800s.
 Deceleration time: 0.1 to 1800 s
 Power: 2.2 kw.

Hình 3.5 Biến tần ABB
c. Bộ điều khiển và động cơ SERVO.
Chức năng: chuyển động theo trục ngang để rải dây đều vào bobin.
DBE140 Drive SERVO Digitax:
Thông số kỹ thuật:
 AC supply: 80V –10% to 460V +10%.
 Maximum motor speed: 6000 RPM.
 Maximum output voltage: bằng với điện áp cung cấp.
 Power: 0.4 kw.
Động cơ SERVO
Thông số kỹ thuật:

 Power: 0.4 kw.
 Torque: 1.3 Nm

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 9/32

Hình 3.6 Drive SERVO Digitax
d. Một số xy lanh và van hơi
Chức năng: thao lắp bobin vào bánh xoay.
Van hơi Airtec.
Thông số kỹ thuật:
 Điện áp hoạt động: 24 VDC.
 Áp suất hoạt động: 0.2 – 0.8 Mpa.
 Tần số cực đại: 5 Hz

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 10/32

Hình 3.7 Bộ van điều khiển hơi cho xy lanh.

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP

Trang 11/32

Hình 3.8 Xy lanh đẩy bobin vào bánh xoay.

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 12/32

3.1.4 Khối cảm biến
Cảm biến từ PRCM18...DN/DP Autonics
Chức năng: xác định vị trí home của bánh quay bobin, vị trị giới hạn trái phải của
motor rải dây.
Thông số kỹ thuật:
 Điện áp hoạt động: 24 VDC.
 Loại ngõ ra: NPN.
 Dòng ngõ ra: 350 mA
 Phát hiện vật trong khoảng 0 – 0.5 cm.

Hình 3.9 Cảm biến ON khi chạm vị trí home của bánh xoay bobin.

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 13/32

Hình 3.10 Cảm biến giới hạn trái phải motor rải dây.


MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 14/32

3.2 Mô hình hệ thống.

2 Hình 3.11 Mặt trước mô hình và Dancer.

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 15/32

Hình 3.12 Mặt trái mô hình

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 16/32

Hình 3.13 Bộ phận rải dây
3.3 Thiết kế giao diện HMI

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG



ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 17/32

3Hình 3.14 Giao diện được thiết kế trên EasyBuilder 5.0
Các bước thiết kế giao diện:
Bước 1: Tạo mới Project.

Hình 3.15 Tạo mới Project trong EasyBuilder 5.0
Bước 2: Tạo Conection với PLC.

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 18/32

4 Hình 3.16 Tạo conection với PLC.
Bước 3: Thêm Object vào màn hình.

5 Hình 3.17 Thêm Object vào màn hình.

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 19/32

3.4 Sơ đồ nguyên lý tổng quát
Xem ở phần sau đồ án.


MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 20/32

CHƯƠNG 4.

GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN

4.1 Hoạt động của hệ thống
Bobin sẽ được đưa vào bánh xoay bằng hệ thống xy lanh khí nén. Dây cáp quang
được nối vào Bobin. Nhất nút Start trên bảng điều khiển để bắt đầu khởi động
motor quay Bobin, motor chuyển động, làm cho bánh xoay và Bobin chuyển động
quay tròn, dây cáp đặt thu vào Bobin và được rải đểu trên bề mặt nhờ motor rải
dây. Tốc độ quay Bobin phụ thuộc vào tốc độ của dây chuyền và vị trí của Dancer,
trong quá trình thu dây luôn luôn phải giữ cho Dancer ổn định ở vị trí cân bằng,
nếu không sẽ gây suy hao cho sợi cáp quang.

Hình 4.1 Bobin được đưa vào bánh xoay.

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 21/32

4.2 Lưu đồ giải thuật trên PLC

6 Hình 4.2 Lưu đồ giải thuật của PLC.

Nhấn nút Start/Stop trên bộ điều khiển. PLC nhận tín hiệu điều khiển, sau đó gửi
tín hiệu điều khiển xuống biến tần. Biến tần cấp điện áp cho motor chuyển động,
motor làm quay Bobin.
Hoạt động của motor quay bobin:
 Tốc độ motor quay Bobin phụ thuộc vào vị trí của Dancer.
 Nếu bị trí của Dancer thấp hơn vị trí đặt, PLC sẽ tăng giá trị điện áp xuống biến
tần để tăng tốc độ quay Bobin.
 Nếu vị trí của Dancer cao hơn vị trị đặt, PLC sẽ giảm giá trị điện áp xuống biến
tần để giảm tốc độ quay Bobin.

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG


ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 22/32

 Nhờ thuật toán này, Dancer sẽ chuyển động quanh vị trị đặt.
Hoạt động của Motor rải dây:
 Tốc độ của Motor rải dây phụ thuộc vào tốc độ của motor quay Bobin.
 Nếu tốc độ của Bobin tăng, PLC sẽ tăng giá trị điện áp xuống Drive Servo để
tăng tốc độ rải dây.
 Nếu tốc độ của Bobin giảm, PLC sẽ giảm giá trị điện áp xuống Drive Servo để
giảm tốc độ rải dây.
 Giới hạn trái phải của Motor rải dây được xác định bằng cảm biến. Nếu Motor
chạm giới hạn trái sẽ di chuyển ngược lại để đi về bên phải và ngược lại.
Nhất lại nụt Start để dừng máy.

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG



ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 23/32

4.3 Lưu đồ giải thuật trên HMI
Bắt đầu

Sai
Nhấn nút nâng hạ bin
Đúng
Hệ thống Xy lanh nắp BoBin vào bánh xoay

Nhận tín hiệu gửi về từ PLC, hiển thị thông
tin tốc độ quay Bobin, vị tí Dancer
Sai

Motor quay Bobin dừng
Đúng

Sai

Nhấn nút nâng hạ bin Bin
Đúng
Dừng băng chuyền, kết thúc chương trình

Kết thúc
Hình 4.3 Lưu đồ giải thuật trên HMI

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG



ĐỒ TỐT NGHIỆP
Trang 24/32

Nhấn nút nâng hạ bin trên màn hình để ráp Bobin vào bánh xoay. Sau khi hoàn
thành việc quấn dây. Nhất nút nâng hạ bin để đưa Bobin ra ngoài.

MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG