Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cho máy quấn sợi dùng PLC s7 300

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI









ðẶNG VĂN HỮU



NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN
CHO MÁY QUẤN SỢI DÙNG PLC S7-300




LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT



Chuyên ngành : ðiện khí hóa SX Nông nghiệp và Nông thôn
Mã số : 60.62.54

Người hướng dẫn: PGS.TS. PHAN XUÂN MINH

HÀ NỘI - 2012
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là trung thực và hoàn toàn chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị
nào.
Tôi cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ ñể thực hiện luận văn này ñã ñược
cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc.

Tác giả luận văn



ðặng Văn Hữu




Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

ii

LỜI CẢM ƠN

ðể hoàn thành luận văn này tôi ñã nhận ñược sự hướng dẫn rất nhiệt

tình của cô giáo PGS.TS. Phan Xuân Minh cùng với những ý kiến ñóng góp
quý báu của các thầy giáo, cô giáo Bộ môn Tự ðộng Hóa cũng như các thầy
giáo, cô giáo Khoa cơ ñiện, Viện ðào tạo Sau ñại học của Trường ðại học
Nông nghiệp Hà Nội. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất
tới những sự giúp ñỡ quý báu ñó.
Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Cao ñẳng dệt may Nam ðịnh
Vinatext, Công ty cổ phần Nam Long Bitextco Thái Bình ñã tạo ñiều kiện cho
tôi trong việc thu thập số liệu và những thông tin cần thiết cho việc nghiên
cứu luận văn.
Tôi xin bày tỏ sự biết ơn chân thành tới gia ñình, ñồng nghiệp và bạn
bè những người ñã luôn bên tôi giúp ñỡ về vật chất cũng như tinh thần trong
suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn.

Thái Bình, ngày .10 tháng 4 năm 2012
Tác giả


ðặng Văn Hữu


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

iii

MỤC LỤC

Lời cam ñoan Error! Bookmark not defined.
Lời cảm ơn Error! Bookmark not defined.
Mục lục Error! Bookmark not defined.
Danh mục bảng Error! Bookmark not defined.

Danh mục hình Error! Bookmark not defined.
MỞ ðẦU 1
1 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu của ñề tài 2
2 Phương pháp nghiên cứu và cấu trúc của luận văn 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 4
1.1 Giới thiệu về nhà máy 4
1.2 Nguyên lý cấu tạo và làm việc của máy sợi con 5
1.2.1 Cấu tạo: 5
1.2.2 Nguyên lý làm việc của máy sợi con 11
1.2.3 Các thiết bị quá trình của máy kéo sợi con 12
1.3 Kết luận chương 1 16
CHƯƠNG II: PHÁT BIỂU BÀI TOÁN ðIỀU KHIỂN VÀ GIẢI PHÁP
THIẾT KẾ 17
2.1 ðiều khiển tốc ñộ quấn sợi thay ñổi theo chiều dài L . 17
2.1.1 Quy luật ñiều khiển. 17
2.1.2 Cấu trúc ñiều khiển. 18
2.1.3 Giới thiệu về biến tần M440. 19
2.1.4 Quá trình cài ñặt cho biến tần. 21
2.2 Xây dựng các lưu ñồ thuật toán. 31
2.3 Các thông số kỹ thuật cần tính toán và hiển thị. 40
2.3.1 Các thông số do người vận hành nhập cho máy. 40
2.3.2 Các thông số cần tính toán và hiển thị. 40
2.4 Kết luận chương 2 41
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

iv

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG PLC S7 - 300 42
3.1 Lựa chọn cấu hình hệ thống ñiều khiển. 42
3.2 Bảng ñấu nối vào/ra giữa thiết bị quá trình và PLC. 43

3.3 Chương trình ñiều khiển. 45
3.4 Chương trình giám sát trên WinCC. 62
3.5 Kết luận chương 3. 65
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 66
Tài liệu tham khảo 67
Phụ lục 68

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

v

DANH MỤC BẢNG
STT Tên bảng Trang

Bảng 2.1: Quan hệ giữa tốc ñộ và chiều dài của sợi do người vận hành cài ñặt. 18
Bảng 2.2: Các thông số do người vận hành nhập cho máy 40
Bảng 3.1: Bảng ñấu nối vào/ra giữa thiết bị quá trình và PLC 43
Bảng 3.2:Các biến chính ñược sử dụng trong chương trình 46

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

vi

DANH MỤC HÌNH
STT Tên hình Trang

Hình 1.1: Phễu dẫn sợi thô 5
Hình 1.2 : Bộ kéo dài 3/3 6
Hình 1.3: Bộ phận hút ñầu mối 7
Hình 1.4: Nguyên lý tạo săn 8

Hình 1.5: Bản cách sợi 9
Hình 1.6: Bộ phận ñiều khiển thanh cầu 10
Hình 1.7: Bộ phận truyền chuyển ñộng ñến cọc sợi từ trục chính qua dây xăng 11
Hình 1.8: Sơ ñồ ñộng của máy sợi con 12
Hình 1.9 : ðộng cơ trục chính 13
Hình 1.10 : ðộng cơ bơm dầu 13
Hình 1.11: ðộng cơ vệ sinh 14
Hình 1.12 : Vị trí của các sensor tương ứng với chiều cao quả sợi 15
Hình 1.13 : Các cảm biến tiệm cận 15
Hình 2.1 : ðồ thị quan hệ giữa tốc ñộ và chiều dài của sợi 17
Hình 2.2: Cấu trúc ñiều khiển ñộng cơ trục chính 18
Hình 2.3: Cấu trúc của biến tần M440 20
Hình 2.4: Cấu trúc bộ ñiều khiển PID của M440 21
Hình 2.5 : Lưu ñồ cài ñặt các thông số cho biến tần 22
Hình 2.6 : Các thông số ñộng cơ ñược biến tần tính toán tự ñộng 28
Hình 2.7 : ðặc tính từ hóa ñộng cơ ñược tính toán tự ñộng 29
Hình 2.8 : Cài ñặt cho bộ biến ñổi ADC của biến tần 30
Hình 2.9. Lưu ñồ chương trình chính 33
Hình 2.10. Lưu ñồ bước 1, kiểm tra ñiều kiện và khởi ñộng máy 34
Hình 2.11. Lưu ñồ bước 2, ñưa thanh cầu về vị trí bắt ñầu quấn sợi 35
Hình 2.12: Lưu ñồ bước 3, ñiều khiển ñộng cơ bơm dầu, ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng
cơ trục chính, tính toán các thông số 36
Hình 2.13. Lưu ñồ bước 4, hạ cầu, dừng và hãm ñộng cơ trục chính, bật ñèn
ñỏ 37
Hình 2.14. Lưu ñồ bước 5, kiểm tra ñiều kiện dừng máy hay chạy tiếp 38
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

vii

Hình 2.15. Lưu ñồ ngắt timer 200ms, gửi tín hiệu ñặt và phản hồi tốc ñộ ra

biến tần 39
Hình 2.16. Lưu ñồ ngắt thời gian 1 phút, tính chiều dài sợi ñã quấn 39
Hình 3.1: Cấu hình phần cứng 45
Hình 3.2: Thiết lập cho ñầu ra tương tự 45
Hình 3.3: Các khối trong chương trình 46
Hình 3.4: Chương trình của khối FB11 50
Hình 3.5: Chương trình của khối OB100 51
Hình 3.6: Chương trình của khối OB100 tiếp theo 52
Hình 3.7: Chương trình của khối OB1 53
Hình 3.8: Chương trình của khối FC1 53
Hình 3.9: Chương trình của khối FC2 54
Hình 3.10: Chương trình của khối FC3 54
Hình 3.11: Chương trình của khối FC3 tiếp theo 55
Hình 3.12: Chương trình của khối FC6, tính toán 56
Hình 3.13: Chương trình của khối FC4 57
Hình 3.14: Chương trình của khối FC5 58
Hình 3.15: Chương trình ngắt thời gian 1 phút ñể tính ñộ dài sợi 58
Hình 3.16: Chương trình ngắt thời gian 200 ms ñể gửi tín hiệu tốc ñộ ñặt và
tốc ñộ phản hồi ra biến tần 59
Hình 3.17: Chương trình ngắt thời gian 200 ms ñể gửi tín hiệu tốc ñộ ñặt và
tốc ñộ phản hồi ra biến tần, tiếp theo 60
Hình 3.18: Chương trình nút dừng khẩn cấp 61
Hình 3.19: Các tag cần thiết có ñịa chỉ ñược gắn với khối DB19 của chương
trình Simatic 62
Hình 3.20: Tạo 3 màn hình giao diện 63
Hình 3.21: Giao diện màn hình chính hiển thị các thông số 63
Hình 3.22: Giao diện màn hình cài ñặt thông số tốc ñộ 64
Hình 3.23: Giao diện màn hình cài ñặt thông số sợi với các IO field là Input
ñược nhập vào khối DB19 64
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

1

LỜI NÓI ðẦU

Ngày nay ngành tự ñộng hoá phát triển tới trình ñộ cao nhờ sự phát triển
của khoa học kỹ thuật nói chung và ñiều khiển tự ñộng hóa nói riêng. Những
thành tựu rực rỡ của nó ñã làm thay ñổi bộ mặt của thế giới, góp phần nâng
cao năng suất lao ñộng, giảm chi phí sản xuất
Với thời gian và trình ñộ có hạn, ñiều khiển tự ñộng hóa là một lĩnh
vực rất sâu rộng và hiện ñại do ñó nội dung của bản luận văn chắc chắn không
tránh khỏi thiếu sót, khiếm nhã. Kính mong ñược sự góp ý, sửa ñổi, bổ sung
của các thầy cô và ñồng nghiệp ñể luận văn ñược hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả!
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

2

MỞ ðẦU

1. Mục tiêu, nội dung nghiên cứu của ñề tài
Hiện nay, trang thiết bị trong các nhà máy dệt, sợi ở các khu công nghiệp của
tỉnh Thái Bình ña số các thiết bị ñược nhập từ nước ngoài. Hệ thống ñiều khiển của
các máy sợi con sử dụng ña dạng PLC của các hãng như PLC Fanuc, Siemens S5,
S7-200, S7-300, Mitsubishi,…. Các chương trình ñiều khiển ñược các hãng cung
cấp ñi kèm thiết bị. Nên khi bộ ñiều khiển bị hỏng cần phải thay thế thì phải mua
thiết bị kèm theo chương trình nên giá thành rất cao. Do ñó việc tìm hiểu công nghệ
ñể có thể thiết kế chương trình ñiều khiển cho máy là rất quan trọng vì như vậy sẽ

tiết kiệm ñược chi phí thay thế PLC khi có hỏng hóc.
Hiểu rõ ñược tầm quan trọng của việc thiết kế hệ thống ñiều khiển cho máy
sợi con, ñược sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS PHAN XUÂN MINH, tác giả ñã
lựa chọn ñề tài :
Nghiên cứu thiết kế hệ thống ñiều khiển cho máy quấn sợi dùng PLC S7-
300.
- Cơ sở khoa học và thực tiễn của ñề tài:
 Kỹ thuật ñiều khiển logic
 Phương pháp thiết kế phần mềm ñiều khiển trền nền STEP 7
 Thiết bị ñiều khiển khả trình PLC S7-300 của Siemens
 Máy cuốn sợi tại nhà máy
- Mục ñích của ñề tài (các kết quả cần ñạt ñược):
Thiết kế chương trình ñiều khiển cho máy sợi con trên nền STEP 7
- Nội dung của ñề tài, các vấn ñề cần giải quyết:
 Tìm hiểu cấu tạo và hoạt ñộng của máy sợi con và phát biểu các bài
toán ñiều khiển
 Tìm hiểu các thiết bị cảm biến và thiết bị chấp hành trang bị cho máy
sợi con
 Lựa chọn giải pháp kỹ thuật
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

3

 Thiết kế phần mềm ñiều khiển
 Mô phỏng kiểm chứng phần mềm thiết kế trên nền PLC SIM và
WinCC

2. Phương pháp nghiên cứu và cấu trúc của luận văn
ði từ tìm hiểu thực tế, cụ thể là tìm hiểu hoạt ñộng của máy sợi con, các thiết
quá trình và từ các yêu cầu công nghệ của máy phát biểu bài toán ñiều khiển. Dựa

trên các hiểu biết về ñiều khiển logic, giải pháp kỹ thuật và kỹ thuật lập trình cho
PLC lựa chọn cấu hình hệ thống ñiều khiển và viết chương trình ñiều khiển.

Với nội dung như trên, luận văn ñược cấu trúc như sau:
1. Chương 1: Tổng quan
2. Chương 2: Phát biểu bài toán ñiều khiển và giải pháp thiết kế
3. Chương 3: Thiết kế phần mềm ñiều khiển trên nền STEP 7 và mô phỏng
kiểm chứng
4. Chương 4: Kết luận
Phần cuối của luận văn là phụ lục và danh mục tài liệu tham khảo.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN


1.1 Giới thiệu về nhà máy
Công ty cổ phần BITEXCO Nam Long ( tên trước ñây: C.ty SXKD - XNK
Bình Minh ) ñược thành lập từ năm 1993 chuyên sản xuất khăn tay bông xuất khẩu.
Ban ñầu công ty chỉ có một xưởng dệt với các máy dệt ATM (dệt thoi) lạc hậu,
xưởng tẩy nhuộm với công nghệ nhuộm thủ công. Sợi dùng ñể dệt khăn phải nhập
từ các tỉnh trong nước.
ðến nay công ty ñã phát triển lớn mạnh với các thiết bị hiện ñại, dây chuyền
sản xuất khép kín từ ñầu vào là các bông thô và ñàu ra là các loại khăn tay bông ñủ
tiêu chuẩn ñể xuất khẩu sang các nước Châu Á, Châu Âu,….
Hiện tại công ty có:
- 01 nhà máy sợi với các thiết bị hiện ñại ñược nhập về từ các nước Anh,
ðức, Mỹ, Tiệp, Hàn Quốc, Trung Quốc … với trên 100 máy các loại.
- 01 nhà máy dệt.

- 01 nhà máy tẩy nhuộm.
- 01 nhà máy may.
Ngoài ra công ty còn phát triển kinh doanh ña nghành nghề như :
- Xây dựng nhà máy sản xuất nước sạch cung cấp cho các hộ gia ñình, các
nhà máy trong tỉnh; 01 nhà máy nước tại tỉnh Hưng Yên.
- ðầu tư góp vốn trong các dự án xây dựng các nhà máy nhiệt ñiện, thuỷ ñiện.
- ðầu tư trong lĩnh vực xây dựng như: Xây dựng các khu chung cư …
Nhà máy sợi thuộc công ty cổ phần BITEXCO Nam Long hiện ñang có 29
máy sợi con các loại, trong ñó có 10 máy FA507A, 12 máy LB129, 07 máy F1520
sản xuất tại Trung Quốc với công nghệ hiện ñại hoạt ñộng mang tính tự ñộng hoá
cao.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

5

1.2 Nguyên lý cấu tạo và làm việc của máy sợi con
1.2.1 Cấu tạo:
Về mặt công nghệ, máy sợi con ñược chia thành các bộ phận như sau :
Bộ phận ñưa nguyên liệu vào có nhiệm vụ ñưa sợi thô có ñường kính lớn
vào máy.

Bộ phận kéo dài ñể kéo sợi thô có ñường kính lớn thành sợi con có ñường
kính nhỏ hơn nhưng chưa có ñộ săn, sau khi qua bộ phận kéo dài sợi sẽ ñược quấn
vào quả sợi.
Hệ thống hút bông tự ñộng sẽ hút các bông, bụi trong quá trình kéo sợi.
Bộ phận xe sợi có nhiệm vụ xe sợi con nhỏ từ bộ phận kéo dài vào quả sợi và
tạo ra ñộ săn nhất ñịnh cho sợi.
Bộ phận thành hình máy kéo sợi con dùng ñể ñiều khiển hệ thống cọc sợi
chạy lên xuống ñể sợi ñược quấn ñều vào quả sợi.

Bộ phận ñưa nguyên liệu vào :

Hình 1.1: Phễu dẫn sợi thô

Bao gồm giá treo sợi thô và phễu dẫn sợi thô.
Giá treo sợi thô, có tác dụng nâng ñỡ ống sợi thô tạo ñiều kiện thuận lợi ñể
sợi thô ñược tở ra dễ dàng, dẫn hướng cho sợi thô ñi vào bộ phân kéo dài tránh gây
kéo dãn. Sợi thô từ các ống ñược ñưa vào bộ phận kéo dài của máy.
Phễu dẫn sợi thô có nhiệm vụ khống chế chuyển ñộng của xơ làm tăng ma
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

6

sát giữa xơ với xơ, thường là ống hình côn, tiết diện bên trong phụ thuộc vào bề dày
của dải xơ kéo qua. Vật liệu chế tạo có thể bằng thép hoặc bằng chất dẻo ñược lắp
trên thanh rê.
Bộ phận kéo dài :
Kéo dài là quá trình làm mảnh sợi bằng cách phân phối lại các xơ trên một
tiết diện nhỏ hơn và trên một chiều dài dài hơn. Quá trình này ñược thực hiện là nhờ
sự dịch chuyển tương ñối giữa các xơ với nhau và sự chênh lệch vận tốc giữa các
cặp suốt ( v
1
>v
2
>v
3
).
Bao gồm 3 cặp suốt, suốt kim loại 1, 2, 3 tương ứng phía trên có 3 suốt cao
su ép vào suốt kim loại nhờ bộ phận ép. Sợi thô ñi vào cặp suốt 3 có vận tốc nhỏ v3
sau ñó ñi qua cặp suốt 2 có vận tốc v2 lớn hơn và ñược kéo dãn thêm một lần nữa

khi ñi qua cặp suốt 1 có vận tốc v1 lớn.









Hình 1.2 : Bộ kéo dài 3/3
Có thể phân loại bộ kéo dài theo suốt loại 3 suốt, loại 4 suốt hoặc phân loại
kéo dài theo công suất kéo dài, ñộ kéo dài thấp, ñộ kéo dài trung bình, ñộ kéo dài
cao và ñộ kéo dài cực cao.
Bộ phận này hoạt ñộng ñược là nhờ hệ thống bánh răng truyền ñộng từ ñộng
cơ trục chính lên cho 3 suốt, ñược gọi là suốt trước, suốt giữa và suốt sau và 3 suốt
này quay với tốc ñộ khác nhau.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

7

Hệ thống hút bông tự ñộng:
Hệ thống hút bông tự ñộng có nhiệm vụ hút bông, bụi nhằm nâng cao năng
suất và chất lượng sản phẩm. Trong quá trình khi sợi chạy từ bộ phận kéo dài tới
quả sợi có bông bay bụi bẩn bám trên sợi trong quá trình sợi chạy. Khống chế ñộ
ñứt sợi ở công ñoạn phía sau. Giữ lại ñầu mối khi ñứt sợi ñể tránh hiện tượng ñứt
lan. Tạo ra một môi trường làm việc trong sạch nhằm nâng cao sức khoẻ cho người
công nhân.

Hình 1.3: Bộ phận hút ñầu mối
1. Ống gió chính 5. Hòm chứa xơ ngắn và tạp chất
2. Ống gió ngang 6. Lưới chắn bụi
3. Ống gió dọc 7. Cánh quạt
4. Miệng ống sáo

Bộ phận xe sợi :
Sau khi ra khỏi bộ phận kéo dài sợi thô ñược kéo dài thành một dải xơ có ñộ
dày xác ñịnh, ñể hình thành sợi con, sợi cần ñược xe lại.
Dải xơ ra khỏi bộ phận kéo dài ñược xe lại nhờ mô men xoắn tạo ra do
khuyên quay quanh vành nồi, tạo thành sợi con.
Quá trình xe sợi trên máy kéo sợi con nồi cọc ñược thực hiện theo phương
pháp: Một ñầu ñược giữ chặt một ñầu tạo mô men xoắn. Lực giữ dải xơ là tại cặp
suốt trước của bộ kéo dài. Tạo mô men quay là do khuyên chuyển ñộng quanh vành
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

8

nồi, do nhận chuyển ñộng từ cọc thông qua ñoạn từ ống sợi ñến khuyên. Sau mỗi
vòng quay của khuyên trên vành nồi sợi nhận ñược 1 vòng xoắn. Tuỳ theo chiều
quay của mômen xoắn mà sợi có hướng xoắn trái hoặc hướng xoắn phải.

Hình 1.4: Nguyên lý tạo săn



Các chi tiết tham gia vào quá trình tạo săn :
Vòng dẫn sợi:
Giữ lại ñầu mối khi ñứt sợi tránh gây ñứt lan. Dẫn hướng cho sợi từ miệng cặp
suốt trước ñưa ra. Giữ ñược chiều cao ba lông sợi trong suốt quá trình quấn ống
Nồi:
Là chi tiết dùng ñể làm quỹ ñạo chuyển ñộng cho khuyên ñể thực hiện nhiệm
vụ xe săn, quấn ống.

1. Suốt trước 2. vòng dẫn sợi 3. Khuyên
4. Nồi 5. Ống sợi con 6. Cọc
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

9

Khuyên:
Khuyên là chi tiết rất nhỏ nhưng rất quan trọng của máy kéo sợi con. Khuyên có
nhiệm vụ tham gia vào quá trình xe săn và quấn ống. Khuyên ñược lắp trên vành nồi.

Khi làm việc khuyên chuyển ñộng trên vành nồi với vận tốc cực lớn. Lực
căng của sợi và ñộ ñứt sợi phụ thuộc vào rất nhiều vào khối lượng và chất lượng
khuyên. Vì vậy mà yêu cầu phải cứng nhẵn, có hình dạng phù hợp với nồi, chịu
ñược vận tốc lớn. Trong quá trình chuyển ñộng không ñược văng ra ngoài. Khuyên
phải chịu ñược ñộ mài mòn lớn và có khả năng thoát nhiệt cao.
Cọc sợi :
Cọc sợi là bộ phận chủ yếu trong cơ cấu xe săn và quấn ống trên máy sợi
con, cọc cùng với các chi tiết khác thực hiện quá trình xe săn và quấn ống.
Trong quá trình làm việc cọc quay với vận tốc rất lớn, với máy kéo sợi con hiện tại
tốc ñộ cọc có thể ñạt tới 17.000 v/ p. Trên thân cọc có lắp ñặt puly nhận chuyển
ñộng từ ñĩa dây xăng thông qua qua dây xăng làm cho cọc quay.
Bản cách sợi:






Hình 1.5: Bản cách sợi
ðược chế tạo bằng nhựa bề mặt nhẵn ñể tránh xù lông sợi không ñứt sợi bản
cách sợi ñược lắp ở trên cầu ngăn cách các cọc sợi với nhau. Khi máy làm việc
khuyên mang sợi chuyển ñộng quanh vành nồi sẽ tạo ra trong không gian một vòng
khí ba lông, ñể tránh các vòng khí ba lông này va chạm vào nhau gây ñứt sợi người
ta lắp bản cách sợi trên thành cầu trên nhằm tăng số lượng cọc rút ngắn diện tích lắp
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

10

ñặt và hiện tượng ñứt sợi trên máy.

Bộ phận ñiều khiển thanh cầu :
Bộ phận này nằm ở phía ñuôi máy, có nhiệm vụ ñiều khiển hệ thống cọc sợi
lên xuống theo một ñộng trình nhất ñịnh nhờ 1 Cam có bán kính thay ñổi, do vậy
sợi có thể ñược quấn vào ống từ dưới lên trên. Cam này nhận truyền ñộng từ ñộng
cơ trục chính.
Ngoài ra khi bắt ñầu quấn sợi thì bộ phận này có nhiệm vụ ñưa hệ thống cọc sợi
về vị trí bắt ñầu quấn sợi và khi quả sợi ñã ñầy bộ phận này sẽ hạ hệ thống cọc xuống
ñiểm thấp nhất ñể tiến hành ñổ sợi. ðộng cơ nâng hạ cầu sẽ làm nhiệm vụ này.












Hình 1.6: Bộ phận ñiều khiển thanh cầu
Z
18
: Bánh răng gai 7. Puli kéo xích
Z
22
: Bánh vít 8. ðinh chống
1. Cam 9. Puli cuộn xích
2. Con lăn 10. Trục vít
3. ðòn 11. ðòn bẩy

4. Puli 12. Trụ
5. Xích 13. Tạ
6. Puli cuộn xích 14. Cầu
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

11

1.2.2 Nguyên lý làm việc của máy sợi con
Truyền ñộng ñến cọc sợi:
Có nhiều phương pháp truyền chuyển ñộng ñến cọc sợi. Các máy sợi con
hiện nay chủ yếu sử dụng phương pháp truyền ñộng puly dây xăng truyền ñộng cho
một nhóm 4 cọc sợi.
Dây xăng nhận truyền ñộng từ trục chính và truyền cho từng nhóm 4 cọc sợi.









Hình 1.7: Bộ phận truyền chuyển ñộng ñến cọc sợi từ trục chính qua dây xăng

Nguyên tắc ñiều chỉnh ñường kính và ñộ săn của sợi:
Trong ñó ñể ñiều chỉnh ñường kính của sợi bộ phận kỹ thuật sẽ thay ñổi các
bánh răng Z9, Z10 và Z11. Tức là ñiều chỉnh tỉ lệ giữa tốc ñộ sợi giữa ñầu ra và ñầu
vào của bộ phận kéo dài. Và ñề ñiều chỉnh ñộ săn của sợi cần thay ñổi các bánh
răng Z1, Z2 và Z3. Tức là ñiều chỉnh tỉ lệ giữa tốc ñộ của suốt trước và tốc ñộ của
cọc sợi.

Khi máy làm việc ñộng cơ (M) có ñiện quay vì cùng trục nên pu ly (D
1
)

quay
thông qua dây ñai làm cho puly (2) quay trục chính (T) lắp chặt với (D
2
)

quay theo
khi trục chính T quay thông qua dây xăng làm cho cọc hai bên mặt máy quay.
Khi trục chính (T) quay puly (D
3
) lắp chặt với trục chính (T) nên quay thông
qua dây ñai răng ngựa làm cho puly (D
4
quay theo do ăn khớp vưói (Z
4
)quay vì trục
(Z
19
) quay do ăn khớp (Z
20
, Z
21
), quay và làm cho suốt kim loại (1) quay
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

12

Hình 1.8: Sơ ñồ ñộng của máy sợi con

Khi (Z
4
)

quay vì cùng trục nên (Z
5
)

quay theo do ăn khớp (Z
6
)

quay vì cùng
trục nên (Z
7
)quay do ăn khơp với (Z

8
)

quay vì cùng trục (Z
9
) quay nên (Z
10
)

quay vì
cùng trục (Z
11
)

quay do ăn khớp (Z
12
,Z
13
, Z
14
), quay vì cùng trục với (Z
15
) quay và
cũng chính là làm cho suốt kim loại (3) quay.
Khi (Z
15
)

quay do ăn khớp với (Z
16

) vì cùng trục (Z
17
) do ăn khớp (Z
18
)

quay
và làm cho suốt kim loại (2) quay .
Khi (Z
5
) quay do ăn khớp với (Z
22
) quay vì cùng trục nên (Z
23
)

quay do ăn
khớp vưói (Z
24
) quay vì cùng trục (D
8
)

quay thông qua dây ñai D
9
quay vì cùng trục
nên trục nên trục vít (1) quay do ăn khớp nên (Z
25
)

quay vì cùng trục nên cam (2)
quay. Khi cam quay ñiều kiển cầu lên xuống theo một ñộng trình nhất ñịnh.


1.2.3 Các thiết bị quá trình của máy kéo sợi con
ðộng cơ trục chính :
ðộng cơ không ñồng bộ 3 pha, rô to lồng sóc. ðộng cơ này truyền chuyển ñộng
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

13

qua hệ thống buli dây ñai và các bánh răng truyền ñộng cho toàn bộ hệ thống trục
chính, các suốt, cọc sợi, nâng lên hạ xuống của cầu theo chuyển ñộng quay của Cam.








Hình 1.9 : ðộng cơ trục chính
ðộng cơ quạt hút :
ðộng cơ không ñồng bộ 3 pha, rô to lồng sóc, ñông cơ này sẽ hoạt ñộng hoàn
toàn ñộc lập với hệ thống, chỉ có nhiệm vụ hút bông và tham gia tạo ñộ săn cho sợi
vì vậy không cần ñiều chỉnh tốc ñộ.
ðộng cơ bơm dầu :
ðộng cơ này có nhiệm vụ sau mỗi thời gian sẽ tự ñộng bơm dầu nhỏ vào các
bánh răng làm bôi trơn hệ thống truyền ñộng bánh răng của ñầu máy.

Hình 1.10 : ðộng cơ bơm dầu
ðộng cơ
trục chính
Dây dai nối
bu li ñộng
cơ với trục
chính
1
2
3
1 : ðộng cơ
2 : Bình chứa dầu
3 : Ống dẫn dầu
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

14

Các cảm biến ño tốc ñộ :
ðể ño tốc ñộ ñộng co trục chính và các suốt 1, 3 sẽ cần ñến 3 encoder. Các
encoder này ñược gắn sát vào các trục cần ño tốc ñộ và có ñộ phân giải là 1024
xung/vòng.

ðộng cơ vệ sinh :
ðộng cơ không ñồng bộ 3 pha, rô to lồng sóc này liên tục chạy qua chạy lại
dọc theo thanh ray phía trên thân máy, có ống hút thả xuống phía thân máy ñể hút
các sợi ñứt, bụi bông. ðộng cơ này cũng không cần ñiều chỉnh tốc ñộ và có thể
dừng và chạy ñộc lập với hệ thống.









Hình 1.11: ðộng cơ vệ sinh

Các thiệt bị quá trình phía ñuôi máy :
Gồm ñộng cơ nâng hạ cầu, các sensor tiệm cận, công tắc hành trình, bộ phanh trục
chính, cơ cấu Cam, xích kéo cầu, xích hạ cầu, xích cuộn cầu, ñòn gánh cầu, cá ñẩy
cầu, ñối trọng thanh cầu và các bộ phận cơ khí khác.
Các sensor tiệm cận : SQ2, SQ3, SQ4, SQ5, SQ6.
SQ2: Tín hiệu báo hạ cầu xuống ñiểm thấp nhất
SQ3: Tín hiệu báo cầu ñã ñến ñiểm bắt ñầu quấn sợi
SQ4: Tín hiệu báo cầu lên ñiểm cao nhất
SQ5: Tín hiệu báo Cam quay ñến vị trí có ñường kính lớn nhất, dừng ñộng cơ trục
chính và chuẩn bị hãm
Thanh ray của hệ thống vệ sinh
ðộng cơ vệ sinh

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

15

SQ6: Tín hiệu báo hãm điện từ








Hình 1.12 : Vị trí của các sensor tương ứng với chiều cao quả sợi












Hình 1.13 : Các cảm biến tiệm cận

ðộng cơ nâng hạ cầu :
ðây là động cơ xoay chiều 3 pha, khi quả sợi đầy (SQ4 tác động), động cơ
này sẽ quay thuận hạ nhả dây xích hạ tồn bộ thanh cầu xuống điểm thấp nhất (SQ2

tác động) và động cơ trục chính dừng. Sau khi tiến hành tháo quả sợi đầy và lắp cọc
sợi để quấn mới thì động cơ này sẽ quay ngược lại, kéo dây xích làm thanh cầu
SQ5
SQ6
SQ2, SQ3, SQ4


SQ4
SQ6
SQ5
SQ3
SQ2
Tấm đỡ lõi con suốt
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

16

nâng lên ñến ñiểm bắt ñầu kéo sợi (SQ3 tác ñộng) thì ñộng cơ nâng hạ cầu dừng.
Bộ phanh trục chính :
ðể dừng ñộng cơ trục chính ñược ngay, hệ thống sẽ dùng ñến hệ thống
phanh hãm ñiện từ chạy ñiện áp 100 VDC. Phanh sẽ tác ñộng vào trục chính.
Các nút ấn và ñèn báo:
Nút nhấn ON/OFF, nút dừng khẩn cấp.
ðèn ñỏ báo máy ñang ở trạng thái dừng khẩn cấp
ðèn xanh báo máy vừa bắt ñầu quấn sợi, chiều dài L còn ngắn
ðèn vàng báo quả sợi ñã sắp ñầy
ðèn ñỏ báo quả sợi ñã ñầy.

1.3 Kết luận chương 1
Chương 1 giới thiệu các bộ phận cấu tạo của máy sợi con, nguyên lý hoạt

ñộng của máy, ñiều chỉnh nâng hạ các quả sợi theo chu trình, cách thức ñiều chỉnh
ñường kính và ñộ săn của sợi con. Ngoài ra chương này cũng liệt kê các thiết bị quá
trình cần thiết liên quan ñến việc thiết kế hệ thống ñiều khiển hoạt ñộng của máy.









Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

17

CHƯƠNG II: PHÁT BIỂU BÀI TOÁN ðIỀU KHIỂN
VÀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ

2.1. ðiều khiển tốc ñộ quấn sợi thay ñổi theo chiều dài L .
2.1.1 Quy luật ñiều khiển.
ðộng cơ trục chính là ñộng cơ 3 pha công suất lớn 30 KW, truyền ñộng tới
hầu hết các bộ phận chuyển ñộng của máy, sẽ có nhiệm vụ ñiều chỉnh tốc ñộ thay
ñổi tương ứng với các số liệu do người vận hành cài ñặt, bao gồm tốc ñộ khi khởi
ñộng quá trình kéo sợi, chiều dài L1 ñộng cơ chạy với tốc ñộ 1, chiều dài L2 ñộng
cơ chạy với tốc ñộ 2, chiều dài L3 ñộng cơ chạy với tốc ñộ 3…và tốc ñộ khi hoàn
thành quá trình kéo sợi. ðồng thời ñể ñảm bảo khi hành trình hạ cầu tác ñộng thì
khi dừng thì trục chính cũng phải dừng ngay thì cần phải có bộ phận hãm trục
chính.

Hình 2.1 : ðồ thị quan hệ giữa tốc ñộ và chiều dài của sợi

Các thông số về tần số tương ứng với tỉ lệ phần trăm ñộ dài của sợi là do
người vận hành cài ñặt vào PLC thông qua PC.
0
10
20
40
60
80
95
100
10 25 5540 70 85 95 100
L/T
S