Tự động hóa nhà máy sản xuất cơ khí bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.73 MB, 121 trang )
TR
UBND T NH QU NG NGÃI
NG
I H C PH M V N
-------------------
NG
BÀI GI NG
T
NG HÓA QUÁ
TRÌNH S N XU T
DÀNH CHO B C
I H C TÍN CH (30 ti t)
Biên so n: ThS.Tr n Thanh Tùng
Qu ng Ngãi, tháng 5 n m 2014
L I NÓI
U
T đ ng hóa quá trình s n xu t là xu h ng phát tri n t t y u trong giai đo n hi n
nay, t t c các c i ti n, phát minh sáng ch trong k thu t đ u nh m m c đích gi i
phóng con ng i kh i s tham gia tr c ti p vào quá trình s n xu t.
V i s phát tri n ngày càng m nh m c a các ngành khoa h c v đi u khi n,
công ngh thông tin, t đ ng hóa, thì vi c áp d ng các thành t u c a các ngành vào
vi c c i ti n các máy móc, dây chuy n s n xu t đ t ng kh n ng t đ ng hóa là yêu
c u c p thi t hi n nay đ i v i n n s n xu t trong n c c ng nh trên th gi i. Bên c nh
đó, vi c áp d ng t đ ng hóa quá trình s n xu t s đem l i nh ng l i ích to l n cho con
ng i nh : t ng n ng su t lao đ ng, c i thi n ch t l ng s n ph m, h giá thành s n
ph m….
T đ ng hóa quá trình s n xu t là môn h
c khí các tr ng đ i h c k thu t, môn h
ki n th c c b n v các c c u t đ ng hóa, h
xu t t đ ng, các h th ng s n xu t t đ ng hi
c n m trong ch ng trình đào t o k s
c nh m cung c p cho ng i h c nh ng
th ng thi t b chính c a dây chuy n s n
n đ i ngày nay đang đ c s d ng.
Bài gi ng đ c biên so n trên c s tham kh o các tài li u chuyên ngành t đ ng
hóa trong n c và qu c t , c p nh t nh ng ki n th c m i v l nh v c t đ ng hóa đ c
áp d ng trong th c t . Ngoài ra, bài gi ng d a trên nh ng hi u ch nh thi u sót tr c
đây trong quá trình gi ng d y môn h c này và trong các bài gi ng tr c. Bài gi ng là
tài li u tham kh o chính cho sinh viên, giáo viên gi ng d y môn T đ ng hóa quá trình
s n xu t.
Trong quá trình biên so n bài gi ng không th tránh kh i nh ng thi u sót. M i
ph n h i góp ý cho tác gi xin g i v B môn c khí - Khoa K Thu t Công Ngh i H c Ph m V n ng.
Tác gi
Ch
CH
T NG QUAN V T
Sau khi h c xong ch
ng 1
NG 1
NG HÓA QUÁ TRÌNH S N XU T
ng này sinh viên c n n m đ
c nh ng n i dung sau:
+ L ch s và s ra đ i c a t đ ng hóa quá trình s n xu t.
+ Các khái ni m c b n v t đ ng hóa và cách phân bi t các d ng t đ ng
hóa, hi u đ
c t i sao c n ph i t đ ng hóa s n xu t trình các ngành s n xu t, hi u
qu mang l i c a vi c t đ ng hóa quá trình s n xu t.
+ C u trúc c b n c a m t h th ng s n xu t t đ ng g m nh ng thành ph n
chính nào.
1.1 L ch s phát tri n c a t đ ng hóa quá trình s n xu t
T đ ng hóa theo ti ng Hy l p có ngh a là ắ t chuy n đ ng ”.
đây chúng ta
hi u thu t ng t đ ng hóa là th c hi n quá trình s n xu t mà trong đó t t c các tác
đ ng c n thi t đ th c hi n nó, k c vi c đi u khi n quá trình đ
không có s tham gia c a con ng
Hi n nay t đ ng hóa đã đ
trong công nghi p ng
c ti n hành
i.
c áp d ng r ng rãi trong nhi u ngành s n xu t và
i ta nói th k 21 này là th k c a t đ ng hóa và đi u
khi n t đ ng .
Nh ng n u nhìn nh n k ngu n g c thì ta th y T H có ngu n g c t c x a.
+ Vào th k th nh t sau công nguyên, Heerron
Ai C p đã làm nh ng màn
múa r i v i nhi u lo i con r i t đ ng.
+
n th k 17-18 nhi u lo i đ ch i t đ ng và đ ng h t đ ng đã xu t hi n.
+ Sau đó đ n th k 18 đ u th k 19 trong giai đo n cách m ng công nghi p
Châu Ểu t đ ng hóa m i thâm nh p vào th c t s n xu t.
+ N m 1765 xu t hi n b đi u ch nh t đ ng m c trong n i h i c a Pôndunnop
+ N m 1784 b đi u ch nh t c đ trong n i h i c a Giôn Oát đã xu t hi n.
+ N m 1798 Henry Nandsley
n
c Anh m i dùng vít-đai c đ d ch bàn máy.
+ N m 1873 Spender đã ch t o máy ti n t đ ng có
c p phôi và tr c phân ph i
v i cam đ a và cam thùng.
n n m 1880 thì nhi u hãng trên th gi i nh Pittler Ludwig Lowe (
c),
RSA (Anh) …đã ch t o máy ti n t đ ng Rowvonve dùng phôi thép thanh. Sau đó
xu t hi n máy ti n t đ ng ti n d c đ nh hình.
T đ ng hóa quá trình s n xu t
1
Ch
ng 1
Vào đ u th k 20 b t đ u có máy t đ ng nhi u tr c chính máy t đ ng t
h pđ
ng dây t đ ng liên k t m m và liên k t c ng dùng trong s n xu t hàng lo t
hàng kh i. Cùng v i s phát tri n m nh m c a đi u khi n h c và các quy lu t
chung c a quá trình đi u khi n và truy n tin trong các h th ng có t ch c đã góp
ph n đ y m nh s phát tri n và ng d ng c a t đ ng hóa các quá trình s n xu t
vào công nghi p.
Trong nh ng n m g n đây, các n
c có n n công nghi p phát tri n ti n hành
r ng rãi t đ ng hóa trong s n xu t lo t nh .
i u này ph n ánh xu th chung c a
m t n n kinh t th gi i chuy n t s n xu t lo t l n và hàng kh i sang s n xu t lo t
nh và hàng kh i thay đ i.
Nh nh ng thành t u to l n c a công ngh thông tin và các l nh v c khoa h c
khác, ngành công nghi p gia công c c a th gi i trong nh ng n m cu i c a th k
20 đ u th k 21 đã có nh ng thay đ i sâu s c.
1.2 Các khái ni m t đ ng hóa
T đ ng hóa quá trình s n xu t là m t công ngh s n xu t s d ng các h
th ng c khí, đi n t , máy tính đ ho t đ ng và đi u khi n quá trình s n xu t. T
đ ng hóa quá trình s n xu t chia ra làm hai m c:
1.2.1 T đ ng hóa t ng ph n.
T đ ng hóa t ng ph n là t đ ng hóa t ng nguyên công riêng bi t, ví d
nguyên công trên các máy có đi u khi n t đ ng các máy CNC.
1.2.2 T đ ng hóa toàn ph n.
T đ ng hóa toàn ph n là t đ ng hóa quá trình gia công, ki m tra l p ráp nh
các h th ng s n xu t linh ho t FMS (Flexible Manufacturing systems).
Máy t đ ng là m t c c u tác đ ng đ c l p ho c t h p các c c u có kh
n ng th c hi n t t c các quá trình nh ti p nh n, truy n t i và s d ng n ng l
mà không có s tham gia tr c ti p c a con ng
ng
i.
Các thi t b công ngh t đ ng hi n đ i đ
c dùng đ hình thành kích th
c,
hình dáng và tính ch t c a chi ti t đ ng th i c ng có kh n ng hình thành thông tin
(ch
ng trình gia công, k t qu ki m tra kích th
c c a chi ti t v…v) V i s t ng
lên c a m c đ t đ ng hóa vai trò c a các quá trình thông tin trong s n xu t c ng
T đ ng hóa quá trình s n xu t
2
Ch
ng 1
t ng theo đó chính là nguyên nhân t ng m c đ s d ng máy tính đ thi t k và đi u
khi n s n xu t.
Trong t đ ng hóa hoàn toàn thì công đo n s n xu t, phân x
ng s n xu t và
nhà máy s n xu t ho t đ ng nh m t kh i th ng nh t. T đ ng hóa hoàn toàn có
tính u vi t trong đi u ki n s n xu t phát tri n
pháp công ngh tiên ti n và các ph
trình đ cao trên c s các ph
ng
ng pháp đi u khi n có s tr giúp c a máy
tính.
Hình 1.1: Mô hình h th ng s n xu t linh ho t
1.2.3 Dây chuy n s n xu t: Dây truy n là h th ng các máy móc đ
c nh nhau ho t đ ng đ c l p v i nhau, còn chi ti t gia công đ
cl pđ t
c chuy n t máy
này sang máy khác đ th c hi n t t c các nguyên công. Máy c a dây chuy n v
nguyên t c th
ng là máy bán t đ ng, do đó vi c c p tháo phôi, v n chuy n phôi
gi a các máy và ki m tra chi ti t đ
c th c hi n b ng tay.
Hình 1.2: Mô hình m t dây chuy n t đ ng
T đ ng hóa quá trình s n xu t
3
Ch
ng 1
1.3 Các d ng t đ ng hóa ( T H c ng, linh ho t, l p trình,v..v )
H th ng s n xu t t đ ng có th phân lo i thành 3 hình th c c b n sau:
+ T đ ng hóa c ng.
+ T đ ng hóa l p trình đ
c.
+ T đ ng hóa linh ho t.
1.3.1 T đ ng hóa c ng: là m t h th ng trong đó m t chu i các ho t đ ng x
lý (hay l p ráp) c đ nh theo m t c u hình thi t b . Các nguyên công trong dây
chuy n này th
ng là đ n gi n. Chính s h p nh t và ph i h p các nguyên công
nh v y vào m t thi t b làm cho h th ng tr nên ph c t p. Nh ng đ c tr ng chính
c a t đ ng hóa c ng là:
u t ban đ u cao cho nh ng thi t k theo đ n đ t hàng.
+
+ N ng su t máy cao.
+T
ng đ i không linh ho t trong vi c thích nghi v i các thay đ i s n ph m.
S bi n h kinh t cho t đ ng hóa c ng c ng đ
ph m v i s l
đ
c tìm th y
nh ng s n
ng và t c đ tiêu th cao. Chi phí ban đ u cao c a thi t b có th
c tr i r ng ra trên m t s l
ng l n s n ph m so v i các ph
1.3.2 T đ ng hóa l p trình: thi t b s n xu t đ
ng pháp khác.
c thi t k v i kh n ng có th
thay đ i trình t các nguyên công đ thích ng v i nh ng c u hình s n ph m khác
nhau. Chu i các ho t đ ng đ
l nh đ
c đi u khi n b i m t ch
ng trình, t c là m t t p
c mã hóa đ h th ng có th đ c và di n d ch chúng.
Nh ng ch
ng trình m i có th đ
c chu n b và nh p vào thi t b đ t o ra
s n ph m m i. M t vài đ c tr ng c a t đ ng hóa quá trình l p trình là:
+
u t cao cho nh ng thi t b có m c đích t ng quát.
+ N ng su t t
ng đ i th p so v i t đ ng hóa c ng.
+ S linh ho t khi có s thay đ i trong c u hình s n ph m.
+ Thích h p nh t là s n xu t hàng lo t.
Nh ng h th ng s n xu t t đ ng mà có th l p trình đ
xu t v i s n l
c s d ng trong s n
ng th p và trung bình. Các b ph n ho c s n ph m đ
ch y u là hàng lo t.
c s n xu t
s n xu t m t lo t s n ph m khác, h th ng ph i đ
trình ng v i s n ph m m i. S thi t l p v t lý c a máy móc c ng ph i đ
T đ ng hóa quá trình s n xu t
cl p
c thay
4
Ch
đ i, các công c ph i đ
c n p vào, các đ gá ph i đ
nh ng cài đ t máy móc c n thi t c n ph i đ
ng 1
c g n vào bàn làm vi c và
c n p vào.
Th t c thay đ i này t n nhi u th i gian. H u qu là chu k chính th c c a
m t s n ph m cho tr
c bao g m nhi u giai đo n trong đó vi c cài đ t và l p trình
theo sau đó là m t giai đo n các lo t đ
c s n xu t.
1.3.3 T đ ng hóa linh ho t: là s m r ng c a t đ ng hóa l p trình đ
Khái ni m c a t đ ng hóa linh ho t đã đ
c.
c phát tri n trong kho ng 25 hay 30
n m v a qua, và nh ng nguyên lý v n còn đang phát tri n. H th ng t đ ng linh
ho t là m t h th ng có kh n ng s n xu t r t nhi u s n ph m hay b ph n khác
nhau mà h u nh không m t th i gian cho vi c chuy n đ i t s n ph m này sang
s n ph m khác. Không m t th i gian s n xu t cho vi c l p trình l i và thay th các
cài đ t v t lý (công c , đ gá, cài đ t máy móc). K t qu là h th ng có th lên k
ho ch k t h p s n xu t nhi u lo i s n ph m khác nhau thay vì theo t ng lo t riêng
bi t.
c tr ng c a t đ ng hóa linh ho t có th tóm t t nh sau:
+
u t cao cho thi t b .
+ S n xu t liên t c nh ng s n ph m h n h p khác nhau.
+ T c đ s n xu t trung bình
+ Tính linh ho t khi s n ph m thay đ i thi t k .
Nh ng đ c tr ng c n phân bi t t đ ng hóa linh ho t v i t đ ng hóa l p trình
đ
c là:
+ Kh n ng thay th các ch
ng trình gia công mà không t n th i gian s n
xu t.
+ Kh n ng thay đ i các cài đ t v t lý mà c ng không m t th i gian s n xu t.
Nh ng đ c tr ng này cho phép h th ng s n xu t t đ ng ti p t c s n xu t mà
không t n th i gian nh so v i vi c s n xu t các lo t khác nhau trong t đ ng hóa
l p trình đ
c.
Thay đ i m t ch
b các ch
ng trình gia công th
ng đ
c hoàn thành b i vi c chu n
ng trình trên h th ng máy tính và truy n ch
ng trình vào h th ng s n
xu t t đ ng. Vì v y, th i gian c n thi t đ l p trình cho công vi c k ti p không
c n tr vi c s n xu t hi n t i. Nh ng ti n b trong công ngh h th ng máy tính
cho kh n ng l p trình m t cách linh ho t. Thay đ i các cài đ t v t lý gi a các công
T đ ng hóa quá trình s n xu t
5
Ch
vi c đ
c hoàn thành b ng cách l p ch
ng 1
ng trình ngo i tuy n (bên ngoài máy) và
sau đó th c hi n đ ng th i v i vi c cho chi ti t m i vào gia công. Vi c s d ng các
đ gá v tinh mang chi ti t và di chuy n các chi ti t và đúng v trí gia công c ng là
m t ph
ng
ng th c đ th c hi n vi c này.
các ph
ng pháp này có hi u qu ,
i ta ph i h n ch tính đa d ng c a nh ng s n ph m đ
c ch t o trên h th ng
s n xu t linh ho t.
1.4 Hi u qu kinh t c a t đ ng hóa
1.4.1 Các u đi m c a t đ ng hóa trong quá trình s n xu t
Nâng cao n ng su t lao đ ng.
Gi m chi phí v t li u và n ng l
m b o ch t l
ng.
ng và s n ph m n đ nh.
Gi m th i gian t khâu thi t k đ n ch t o hoàn ch nh s n ph m.
Có kh n ng m r ng s n xu t mà không c n t ng ngu n l c lao đ ng.
T ng n ng su t lao đ ng trong t đ ng hóa s n xu t có th đ t đ
c nh :
S d ng toàn b th i gian làm vi c c a thi t b t đ ng hóa.
T ng t c đ th c hi n quá trình s n xu t mà không b gi i h n b i kh n ng
c a con ng
i.
Gi i phóng đ
cs l
ng l n công nhân ph c v s n xu t.
V ý ngh a xã h i, u đi m c a t đ ng hóa s n xu t bao g m:
Nâng cao m c s ng c a toàn dân nh t ng n ng su t lao đ ng.
T ng s n ph m có ch t l
nguyên v t li u và n ng l
Gi i phóng con ng
ng cao mà v n gi m đ
c kh i l
ng lao đ ng,
ng.
i kh i lao đ ng c b p n ng nh c, đ n đi u, đ c h i và
nguy hi m.
Có kh n ng gi m th i gian làm vi c nh t ng n ng su t lao đ ng.
Nâng cao trách nhi m c a ng
i lao đ ng.
Vai trò c a t đ ng hóa v i n n kinh t n
c ta:
T đ ng hoá đóng vai trò quan tr ng trong s nghi p công nghi p hóa n n
kinh t .
ây là ngành tích h p các b môn khoa h c r t phát tri n nh c khí, c
đi n t , robot, công ngh đi u khi n, công ngh thông tin,... Phát tri n T đ ng hóa
T đ ng hóa quá trình s n xu t
6
Ch
ng 1
t c là phát tri n h th ng các lo i công ngh cao, t o n n t ng c b n đ đ y m nh
quá trình công nghi p hóa - hi n đ i hóa.
1.4.2 Ph m vi áp d ng c a t đ ng hóa
Các ngành công nghi p c s .
Khai thác và ch bi n (d u h a, khoáng ch t,..) nh ng bán thành ph m c n
thi t b i các ngành công nghi p nh : Luy n kim đen công nghi p ch bi n s t và
kim lo i, hóa ch t gi y, ciment. Chúng là nh ng ngành công nghi p c s cho s
phát tri n kinh t .
Công nghi p ch t o máy.
Các ngành công nghi p này ch t o s n ph m cu i cùng c n thi t b i các xí
nghi p đ ch t o các máy móc bán cho khách hàng. Các ngành này thu c lo i công
nhi p n ng nh : ch bi n s t, máy công c , l p ráp và ch t o máy móc cho công
nghi p.
Các công nghi p d ch v .
T t c các ho t đ ng liên quan đ n s n xu t và phân ph i s n ph m:Th
ng
m i, các ngh t do……
B ng 1.1: Các ngành s n xu t ng d ng t đ ng hóa
D ch v s c p
D ch v cao c p
Th
M t s ngành th
ng m i và v n t i
ng m i hi m. V tinh
Vi n thông
Hành chính s nghi p
Giáo d c trung h c và đ i h c
D
Các d ch v trung tâm c a các b ph n,
c, y t c ng đ ng
ngân hàng
D ch v gia đình
D ch v
y t , b nh vi n, phòng thí
nghi m
D ch v b o d
ng, thu gom rác
Sân kh u, du l ch
Nghiên c u trong m i l nh v c
M t s d ch v c n cho các xí nghi p:
lu t s , thông tin, th ng kê.
Giáo d c ti u h c
T đ ng hóa quá trình s n xu t
7
Ch
ng 1
Các công nghi p m i nh n
Là các ngành công nghi p s d ng t t c nh ng sáng ch g n nh t nh thông
tin công ngh sinh h c, ng
i máy, v t li u m i, laser…
Các ho t đ ng công nghi p đ
c cho trong b ng d
i đây.
B ng 1.2: Các ngành công nghi p ng d ng t đ ng hóa
C khí /
D t
Xây d ng
Hóa ch t
Luy n Kim
L c hóa
Luy n kim
Xi m ng v t
đen,luy n
li u xây d ng
S n
xu t
s i
nhân d u, khoáng
t o,S i
Bông
ch t
kim màu,
( acid..)
đúc..
đi n
Các ngành
khác
Máy c t kim
Bi n th
Th y tinh
lo i, xe t i,
đi n,mô t
d ng c đo,
máy kéo, tàu
đi n
gi y,carton,da
h a
Qu n
áo, Nh a
ch t
Xe ô tô,
Thi t b
ch n màn, d o,
s n
đi n gia
nghe nhìn,
gia gi
b o
d ng, đ
thi t b
dùng, xe
đi n
ph m
trì, d
c…
máy, thi t b
gia d ng
Công
M ts
Công nghi p
Thông tin
nghi p
ngành
hàng không,
đi u khi n
robot
t xa,
m i nh n.
d
c,công
ngh sinh
robot
h c.
1.5 C u trúc chung c a m t h th ng s n xu t t đ ng
M i m t h th ng s n xu t t đ ng c n ph i bao hàm trong đó các kh i đi u
khi n và kh i ch p hành. Ch c n ng công ngh cùng v i ch
đ
c chuy n đ n cho kh i đi u khi n d
T đ ng hóa quá trình s n xu t
i d ng ch
ng trình ho t đ ng
ng trình c ng hay m m thông
8
Ch
qua các thao tác tr c ti p c a con ng
ng 1
i. Kh i đi u khi n s nh n và x lý các thông
tin thông qua h th ng tính toán s h c, logic n i suy s phát ra các l nh t
ng thích
t i t ng th i đi m thích h p cho kh i ch p hành nh m th c hi n các ch c n ng
công tác c a quá trình công ngh nh d ch chuy n bàn máy, th c hi n công vi c ép,
cung c p phôi, nguyên li u…..
kh i ch p hành có th ho t đ ng đ
c a c c u ch p hành, ng
c c ng nh đ giám sát s ho t đ ng
i ta còn b trí thêm trong h th ng các c c u trung gian
nh các van đóng m các thi t b d n đ ng và các c m bi n đ giám sát, theo dõi s
ho t đ ng c a h th ng nh m đi u ch nh s ho t đ ng m t cách chính xác, k p th i.
đ m b o cho s ho t đ ng n đ nh c a h th ng, c n ph i cung c p ngu n
n ng l
con ng
ng nh đi n, d u ép ho c khí nén có ch t l
i nh l p ch
ng trình, thay đ i ch
ng và ph i có s tham gia c a
ng trình ho t đ ng, kh i đ ng chu
trình c ng nh can thi p tr c ti p m t cách k p th i khi c n thi t nh h th ng có
s c ho c thông báo l i.
Ngày nay v i k thu t truy n s li u phát tri n
m c đ cao, các h th ng
s n xu t t đ ng còn th c hi n s giao ti p v i các máy tính và các m ng truy n
thông c c b t ng phân x
xu t t đ ng khác
H TH NG
V N
CHUY N
V T LI U
ng, trong nhà máy ho c c đ i v i các h th ng s n
các đ a đi m khác nhau.
H TH NG
C P PHÔI
H TH NG
KI M TRA T
NG
H TH NG
L P RÁP
T
NG
Hình 1.3: C u trúc c a h th ng s n xu t t đ ng hóa
1.5.1 H th ng v n chuy n v t li u t đ ng
C c u v n chuy n v t li u cho phép chuy n máy bán t đ ng thành máy t
đ ng. K t c u c a c c u v n chuy n r t khác nhau, chúng tùy thu c vào d ng phôi,
n ng su t c a máy.
C c u v n chuy n v t li u có nhi m v chuy n v t li u (phôi) t kho vào các
máy gia công và v n chuy n t máy này sang máy khác giúp quá trình gia công
nhanh chóng. C c u v n chuy n v t li u c n đ
c hi u là t t c các ch ng lo i c a
c c u c p – tháo th c hi n vi c c p phát v t li u li u gia công (phôi r i t ng chi c,
T đ ng hóa quá trình s n xu t
9
Ch
ng 1
phôi thanh, phôi dây, phôi d ng b t…) Các tên g i khác nhau c a c c u v n
chuy n v t li u t đ ng đ ch ch c n ng c th .
Nguyên lý làm vi c và k t c u c a c c u ti p li u (v n chuy n) ph thu c vào
d ng phôi gia công, n ng su t và lo i máy.
V trí l p đ t c c u ti p li u ph thu c vào vùng làm vi c c a máy ho c c a
d
ng dây và yêu c u nhân ch ng h c đ i v i đi u ki n làm vi c thu n l i c a c
c u.
1.5.2 H th ng c p phôi t đ ng
Các h th ng c p phôi t đ ng là quá trình chuy n phôi t
ch a phôi qua
máng d n và t m t s b ph n khác t i v trí gia công. Vi c c p phôi có ý ngh a to
l n nh sau:
+ Bi n máy bán t đ ng thành máy t đ ng, dây chuy n s n xu t thành đ
ng
dây t đ ng.
+ Mang l i hi u qu kinh t nh gi m t n th t v th i gian.
+ C i thi n đi u ki n làm vi c c a công nhân, đ c bi t trong môi tr
h i, nhi t đ cao, phôi có tr ng l
ng đ c
ng l n…
1.5.3 H th ng l p ráp t đ ng
L p ráp t đ ng là khâu cu i cùng c a quá trình s n xu t.Th c hi n liên k t
các chi ti t và c m chi ti t v i nhau đ t o ra s n ph m yêu c u.
1.5.4 H th ng ki m tra t đ ng
Ki m tra t đ ng là m t h th ng quan tr ng c a t đ ng hóa. Ch c n ng c a
nó là thu th p thông tin v tr ng thái các thi t b v ti n trình c a các quy trình công
ngh . N u không có nh ng thông tin đó thì không th th c hi n đ
đi u khi n nào.Vi c ki m tra nh v y c n có
cb tk m ts
m i khâu c a quá trình s n xu t, t
khâu nguyên li u t i khâu phân ph i s n ph m.
T đ ng hóa quá trình s n xu t
10
Ch
Câu h i ôn t p ch
ng 1
ng 1
1. Phân bi t các d ng t đ ng hóa, các khái ni m v t đ ng hóa ?
2. Phân tích đ
c các hi u qu c a t đ ng hóa quá trình s n xu t ?
3. Nêu rõ và phân tích các thành ph n chính c a h th ng t đ ng hóa ?
T đ ng hóa quá trình s n xu t
11
Ch
CÁC THI T B C
Sau khi h c xong ch
+ Bi t đ
Ch
ng 2
B N TRONG H TH NG T
ng này sinh viên c n n m đ
ng
NG HÓA
c nh ng n i dung sau:
c thành ph n chính c a m t h th ng s n xu t t đ ng g m nh ng
thi t b c b n nào.
+ Bi t đ
th
c c u t o, nguyên lý ho t đ ng và ng d ng m t s lo i c m bi n
ng dùng trong ngành c khí.
+ Các lo i c c u ch p hành đ
t đ ng nh đ ng c b
c dùng ph bi n trong các dây chuy n s n xu t
c, đ ng c tuy n tính….
+ Các h th ng đi u khi n nào th
ng đ
c dùng trong dây chuy n, h th ng s n
xu t t đ ng.
2.1 C m bi n
2.1.1 Gi i thi u: C m bi n là nh ng thi t b có kh n ng c m nh n nh ng đ i
l
ng đi n và không đi n, chuy n đ i chúng tr thành nh ng tín hi u đi n phù h p v i
thi t b thu nh n tín hi u. C m bi n là nh ng thi t b không th thi u trong các h
th ng t đ ng hóa và s n xu t công nghi p.
2.1.2 Phân lo i c m bi n
Các b c m bi n đ
c phân lo i theo các đ c tr ng c b n sau đây:
2.1.2.1 Theo nguyên lý chuy n đ i gi a đáp ng và kích thích
B ng 2.1: Phân lo i c m bi n theo nguyên lý chuy n đ i
Hi n t
ng
Chuy n đ i đáp ng và kích thích
-Nhi t đi n
-Quang đi n
-Quang t
Hi n t
ng v t lý
- i n t
-Quang đàn h i
-T đi n
-Nhi t t
-Bi n đ i hóa h c
Hóa h c
T đ ng hóa quá trình s n xu t
-Bi n đ i đi n hóa
12
Ch
-Phân tích ph
ng
-Bi n đ i sinh hóa
Sinh h c
-Bi n đ i v t lý
-Biên pha , phân c c
Âm thanh
-Ph
-T c đ truy n sóng
- i n tích, dòng đi n
i n
- i n th , đi n áp
-
i n tr
ng (biên, pha, phân c c,
ph )
- i n d n, h ng s đi n môi…
T
-T tr
ng (biên, pha, phân c c, ph )
-T thông, c
-
ng đ t tr
ng
t th m…
-Biên, pha, phân c c, ph
-T c đ truy n
Quang
-H s phát x , khúc x
-H s h p th , h s b c x ..
-V trí
-L c, áp xu t
-Gia t c , v n t c
C
- ng su t, đ c ng
-Mômen
-Kh i l
ng
-V n t c ch t l u, đ nh t..
-Nhi t đ
Nhi t
-Thông l
ng
-Nhi t dung, t nhi t …..
-Ki u
B cx
T đ ng hóa quá trình s n xu t
-N ng l
ng
13
-C
Ch
ng đ
ng
2.1.2.2 Theo tính n ng c a b c m bi n
tr
-
nh y
-
-
chính xác
- Kh n ng quá t i
-
phân gi i
- T c đ đáp ng
-
ch n l c
-
-
tuy n tính
- Tu i th
n đ nh
- Công su t tiêu th
- i u ki n môi tr
-D it n
- Kích th
c, tr ng l
ng
ng
2.1.2.3 Phân lo i theo ph m vi s d ng :
- Công nghi p
- Dân d ng
- Nghiên c u khoa h c
- Giao thông
- Môi tr
- V tr
ng, khí t
ng
- Quân s
- Thông tin, vi n thông
- Nông nghi p
2.1.2.4 Phân lo i theo thông s c a mô hình m ch thay th :
- C m bi n tích c c có đ u ra là ngu n áp ho c ngu n dòng.
- C m bi n th đ ng đ
c đ t tr ng b ng các thông s R, L, C, M ……… tuy n
tính ho c phi tuy n.
Trong l nh v c t đ ng hóa s n xu t chúng ta th
ng xuyên s d ng nh ng
lo i c m bi n sau:
+ C m bi n đo v trí và l
ng d ch chuy n.
+ C m bi n l c.
+ C m bi n nhi t đ .
+ C m bi n đo v n t c, gia t c.
+ C m bi n moment.
+ C m bi n m c, l u l
ng và áp su t.
T đ ng hóa quá trình s n xu t
14
2.1.3 Các lo i c m bi n th
ng dùng trong h th ng t đ ng hóa
2.1.3.1 C m bi n đo v trí và l
Nguyên lý đo v trí và l
- Ph
Ch
ng
ng d ch chuy n
ng d ch chuy n:
ng pháp ti p xúc : m t ph n t c a c m bi n có liên quan đ n v t chuy n
đ ng c n xác đ nh v trí.
- Ph
ng pháp không ti p xúc : m i liên h gi a v t d ch chuy n c n đo và c m
bi n thông qua vai trò trung gian c a đi n tr
ng, t tr
ng, ánh sáng …
- M t s lo i c m bi n đo v trí và d ch chuy n : bi n tr con ch y, LVDT, resolver,
encoder …
a) Bi n tr (potentiometer)
- Dùng đ đo d ch chuy n t nh ti n ho c chuy n đ ng quay.
- Chuy n đ ng c h c s làm thay đ i tr kháng c a c m bi n.
- T m đo : t i đa 10 m
a. Bi n tr góc
b.Ký hi u
Hình 2.1. Bi n tr đo l
Hình 2.2: Bi n tr th c t
- Con ch y s đ
c. Bi n tr th ng
ng d ch chuy n
Hình 2.3 Nguyên lý ho t đ ng
c n i v i v t c n đo d ch chuy n.
- V t d ch chuy n s làm thay đ i tr kháng c a c m bi n.
- C p đi n DC cho c m bi n, đi n áp ngõ ra s t l v i kho ng d ch chuy n.
T đ ng hóa quá trình s n xu t
12
Ch
- i n tr có c u t o d ng cu n dây hay b ng d n.
i n tr d ng cu n dây làm b ng h p kim (Ni-Cr,Ni-Cu,Ag-Pd) đ
-
ng
c qu n
thành vòng xo n trên lõi cách đi n.
- i n tr b ng d n làm b ng ch t d o tr n b t d n đi n.
- Có 3 lo i d ch chuy n c a con ch y : th ng, tròn, xo n c.
i v i bi n tr th ng:
( x: l
i v i bi n tr góc:
( : góc quay hi n t i,
ng d ch chuy n, L: l
ng d ch chuy n
t i đa).
: góc quay t i đa c a
bi n tr ).
Eout : đi n áp t i v trí đo Es: đi n áp chu n c a bi n tr
b) B mư hóa quang h c (optical encoder)
B mã hóa quang h c là b c m bi n v trí góc có tín hi u ra
ph n chính g m: ngu n sáng và đ a v ch (đ a đ
d ng s . Thành
c mã hóa).
- Thi t b có công d ng chuy n v trí góc quay c a tr c thành mã nh phân đ
truy n tr c ti p v b đi u khi n.
- Encoder th
ng đ
c dùng đ xác đ nh s vòng quay và v trí c a đ ng c .
- Có 2 lo i encoder chính là : Absolute (tuy t đ i), Incremental (t
ng đ i).
Hình 2.4: C m bi n Encoder
Nguyên lí và c u t o :
- Ho t đ ng d a trên nguyên lí c a c m bi n quang.
- G m có các c m bi n quang và 1 đ a mã hóa.
T đ ng hóa quá trình s n xu t
13
Ch
ng
Hình 2.5: C u t o và nguyên lý ho t đ ng c a encoder
c) C m bi n h vi sai (LVDT: linear variable differential transformer)
c đi m:
- Thi t b dùng đ đo d ch chuy n t nh ti n.
- T m đo t i đa: 0.5m.
- Ho t đ ng d a trên hi n t
ng t c m .
- Chuy n đ ng c h c t nh ti n s đ
c chuy n hóa tr c ti p thành tín hi u
đi n.
Hình 2.6 : C m bi n h vi sai
Nguyên lý ho t đ ng: d a trên hi n t
trong m ch kín xu t hi n dòng đi n. C
ng t c m khi có t thông bi n thiên thì
ng đ dòng đi n t l thu n v i t c đ bi n
thiên c a t thông.
T đ ng hóa quá trình s n xu t
14
Ch
ng
Hình 2.7: Nguyên lý ho t đ ng c m bi n vi sai
C u t o:
- G m 3 cu n dây (1 cu n s c p và 2 cu n th c p) và 1 lõi t có kh n ng d ch
chuy n.
- Lõi t đ
c n i v i v t c n đo.
Hình 2.8: C u t o c m bi n vi sai
u đi m:
- Không t o ra ma sát khi chuy n đ ng.
- Tu i th cao.
- Có kh n ng phát hi n nh ng chuy n đ ng r t nh .
- Ch nh y v i chuy n đ ng theo 1 tr c.
- Ít b tác đ ng b i các y u t môi tr
- Không b h h i trong tr
ng xung quanh.
ng h p quá t i tr ng hay d ch chuy n quá gi i h n.
- Có kh n ng nh v trí.
T đ ng hóa quá trình s n xu t
15
- Tín hi u ra t l v i kho ng d ch chuy n tuy t đ i.
Ch
ng
2.1.3.2 C m bi n l c
o l c tác đ ng nh m đánh giá đ an toàn, đ chính xác trong ho t đ ng c a
máy móc và thi t b .
+ Các ph
ng pháp đo l c :
Cân b ng l c c n đo v i 1 l c đ i kháng sao cho t ng l c và t ng moment
b ng không.
D a vào bi n d ng c a v t trung gian.
Phân b l c lên 1 b m t c th và đo ng su t.
o gia t c c a v t đã bi t tr
c kh i l
ng (d a vào đ nh lu t 2 Newton).
ng su t (Stress) và bi n d ng (Strain) :
ng su t là n i l c sinh ra đ ch ng l i m t l c tác đ ng t bên ngoài. Khi 1 v t
ch u tác đ ng c a ngo i l c (l c nén), nó s sinh ra m t l c ng
s bi n d ng c a v t.
c chi u đ ch ng l i
ng su t b ng l c tác đ ng chia cho di n tích m t c t ngang.
a) o l c b ng t m đi n tr k t dính (Strain Gage):
- Là lo i c m bi n dùng đ đo bi n d ng ho c đo l c thông qua đo bi n d ng.
c ch t o t các v t li u có đi n tr bi n thiên theo m c đ bi n d ng.
-
ây là lo i c m bi n ti p xúc tr c ti p.
-
Hình 2.9: T m đi n tr k t dính
L a ch n Strain Gage :
- Phù h p v i đi u ki n c a môi tr
-
m b o đ chính xác và đ
ng ho t đ ng.
n đ nh.
- D dàng l p đ t.
- Giá thành th p.
T đ ng hóa quá trình s n xu t
16
Các thông s c n quan tâm khi l a ch n Strain Gage:
Ch
ng
- Chi u dài (0.2 – 100mm) :
+ Lo i ng n (< 6 mm) : đ chính xác không cao, gá đ t d dàng,
+Lo i dài ( > 6 mm) : đ chính xác cao, d b nhi u do nhi t, giá thành cao.
- Lo i Strain Gage : đo bi n d ng 1 chi u, 2 chi u, h n h p..
-Tr kháng : t l v i đ nh y.
+ Tr kháng cao : đ nh y cao, giá cao.
+Tr kháng th p : đ b n m i t t, giá th p.
- Lo i v t li u : l a ch n lo i dây đi n tr , v t li u v b o v , mi ng dán phù
h p v i yêu c u.
b) Loadcell
- Ho t đ ng d a trên nguyên t c hi u ng áp đi n.
- Có kh n ng đo đ
c nh ng l c r t l n.
- Cho phép đo l c theo c 3 ph
- Ph n t đo th
ng đ
ng cùng lúc.
c là các vòng đ m th ch anh.
Hình 2.10 : C m bi n Loadcell
2.1.3.3 C m bi n đo nhi t đ
C m bi n nhi t dùng đ đo và giám sát s thay đ i nhi t đ . Trên th c t có hai
lo i chuy n đ i sau:
-
o s thay đ i đi n tr n i.
-
o s chênh l ch đi n áp.
u ra c a c m bi n nhi t có th d
i d ng tín hi u dòng ho c áp t l v i nhi t
đ c n đo
-
Ki u m t th
-
Ki u hai th
ng là c m bi n nhi t đi n tr ho c Thermistor.
ng g p là c p nhi t đi n (Thermocouple).
T đ ng hóa quá trình s n xu t
17
Ch
a) C m bi n nhi t đi n tr (RTD: Resistance Temperature Detector)
ng
C m bi n nhi t đi n tr làm vi c d a trên s thay đ i đi n tr c a kim lo i khi
nhi t đ thay đ i. i n tr c a h u h t kim lo i đ u t ng khi nhi t đ t ng.
RTD đ
c ch t o t các dây d n nh y c m v i nhi t đ (ph n t đi n tr ), v t
li u ph bi n là platium, nickel, đ ng, nickel-s t. Chúng đ
c đ t trong ng b o v .
Hình 2.11: C u t o c a RTD
RTD r t đa d ng v i nh ng giá tr đi n tr khác nhau (giá tr đi n tr thông
th
ng là 100Ω
nhi t đ 00C).
RTD có u đi m là chính xác và n đ nh nh ng nh
th p, đáp ng t
c đi m là c a nó là đ nh y
ng đ i ch m khi nhi t đ thay đ i, và đ t ti n.
b) C m bi n c p nhi t đi n (thermocouple)
Nguyên lý ho t đ ng: C p nhi t đi n g m hai dây d n kim lo i khác nhau
(constantan wire và iron wire) đ
c n i chung
hai đ u. M t đ u đ
l nh (constant reference temperature) và m t đ u đ
hai đ u có nhi t đ khác nhau, m t đi n áp (đ
c coi là đi m
c coi là đi m nóng (probe). Khi
c g i là th đi n đ ng) đ
thành trong m ch do hai dây kim lo i t o nên – hi u đi n th Seebeck.
c hình
i n th hi u
ng này t l v i kho ng chênh l ch nhi t đ gi a hai đi m n i.
Vnet= Vhot – Vcold
Hình 2.12: S đ nguyên lý c p nhi t đi n
Nhi t đ m u chu n (l nh) là 00 C , do v y trong thông s c a c p nhi t đi n,
đi n áp đ u ra d a trên nhi t đ m u 00 C.
T đ ng hóa quá trình s n xu t
18
Ch
ng
Tuy nhiên trong công nhi p vi c t o ra 00 C là r t b t ti n, cho nên c n ph i ti n
hành bù nhi t đ m u.
Hình 2.13 : C u t o c p nhi t ng u
1) V b o v
2) M i hàn 3) Dây đi n c c 4) S cách đi n 5)B ph n l p đ t
6) Vít n i dây 7) Dây n i 8)
u n i dây
Hình 2.14: Quan h nhi t đ (0F) và tín hi u ra (mV)
Xét ví d : Dùng c p nhi t đi n lo i E, có tín hi u đi n áp đ u ra là 16,42 mV,
nhi t đ T2 là 460 F, tìm nhi t đ c n đo T1 (nhi t đ đúng).
Do T2 không ph i nhi t đ m u, nên ta ti n hành bù, đ bù đ
c ta c n d a vào
đ c tính ra c a c p nhi t đi n (xem hình).
Ta đ
c x = 0,458 mV do đó n u
00 C hay 320 F thì đi n áp đ u ra s là :
16,42+ 0,458 = 16, 878 mV. T giá tr tìm đ
c ta l i n i suy và đ
c 474,710
c) Thermistor (IC c m bi n nhi t )
Lo i c m bi n này là nh ng thi t b bán d n có đ chính xác cao v i ngõ ra là tín
hi u đi n áp t l tuy n tính v i giá tr nhi t đ trong ph m vi ( -550 C÷ 1550C ) v i tín
hi u ra là: Vout = 0.01T (V).
T đ ng hóa quá trình s n xu t
19
Ch
ng
Hình 2.15: Quan h gi a giá tr đi n tr và đi n áp c a thermistor
Tuy nhiên khi nhi t đ t ng thì đi n tr l i gi m, do v y Thermistor có h s
nhi t âm. M c dù v y, c ng có m t s thermistor có h s nhi t d
ng.
Hình 2.16: IC LM35
2.2 C c u ch p hành
Gi i thi u m t s c c u ch p hành đ
2.2.1
c s d ng trong h th ng s n xu t t đ ng.
ng c đi n m t chi u (Direct Current Motors)
ng c đi n m t chi u g m có hai ph n stato và roto (hình 2.17)
Hình 2.17:
T đ ng hóa quá trình s n xu t
ng c đi n m t chi u
20
