Để đáp ứng nhu cầu khẩu trang trong giai đoạn đặc biệt của dịch bệnh, Jiefeng Machinery đã phát triển hệ thống máy hàn cạnh khẩu trang N95 bán tự động. Hệ thống này sử dụng cấp liệu thủ công, biến tần và đĩa chia độ để định vị, hàn cạnh bằng siêu âm và cắt tự động bằng tay máy robot.
Giải pháp thường được sử dụng là dùng bộ điều khiển servo có chức năng cam điện tử để thực hiện đồng bộ hóa và định vị master-slave, tuy nhiên cách này lập trình phức tạp và thời gian phát triển dài.
Do Jiefeng Machinery chỉ phát triển hệ thống đơn trạm và hướng tới chu kỳ phát triển ngắn hơn, công ty đã chọn giải pháp sử dụng biến tần kết hợp đĩa chia độ để thực hiện định vị. Hệ thống có quy trình và lập trình đơn giản, có thể nhanh chóng đưa vào sản xuất khẩu trang.
1. Giới thiệu
Hệ thống bao gồm PLC IVC1L, HMI dòng VS và biến tần GD20. Giao tiếp RS485 được sử dụng giữa HMI, PLC và VFD. Tần số được thay đổi thông qua HMI để điều chỉnh tốc độ động cơ.
Động cơ quay cùng với đĩa chia độ và di chuyển theo kiểu dừng – chạy định kỳ. Việc này giúp tránh va chạm giữa đầu hàn siêu âm, tay máy và bàn xoay.
Bổ sung bit an toàn để điều khiển bật/tắt biến tần. PLC chịu trách nhiệm phối hợp các hành động của VFD, module siêu âm và xi lanh của tay máy.
2. Yêu cầu điều khiển
Hệ thống máy hàn cạnh khẩu trang N95 bán tự động được chia thành ba phần:
- Trạm cấp liệu bằng bàn xoay
- Trạm hàn siêu âm
- Trạm dỡ sản phẩm bằng tay máy
Trong đó, trạm cấp liệu được điều khiển bởi biến tần GD20 kết hợp đĩa chia độ, gồm tổng cộng 6 trạm. Khẩu trang N95 được gấp bằng tay và đặt vào khuôn trên bàn xoay.
Trạm siêu âm là một hệ thống độc lập, PLC chỉ cần cấp tín hiệu khởi động và dừng cho module này.
Trạm tháo sản phẩm gồm ba cụm xi lanh: xi lanh tiến/lùi, xi lanh lên/xuống và xi lanh gắp.
Các chuyển động phối hợp của các xi lanh giúp hoàn thành việc tháo khẩu trang.
Ưu điểm của hệ thống:
- Chu kỳ phát triển ngắn, mất khoảng 4 ngày từ viết chương trình, thử nghiệm tại chỗ đến giao máy hoạt động bình thường.
- So với máy hàn cạnh thông thường, hệ thống này có độ an toàn cao, có thể điều chỉnh tốc độ chạy bất cứ lúc nào trong khi vận hành.
- Việc bảo trì sau này đơn giản, thời gian trễ của ba trạm sau khi thử nghiệm không cần điều chỉnh lại. Các thiết bị khác chỉ cần sao chép tham số hệ thống và thời gian trễ. Miễn là đã căn chỉnh công tắc cơ học và quang điện, thiết bị có thể được đưa vào sản xuất mà không cần điều chỉnh lại.
VFD với module đĩa chia độ
Nguyên lý hoạt động của đĩa chia độ: thông qua cam đồng dạng trên trục vào và đĩa chia độ có các ổ lăn phân bố đều trên trục ra, cơ cấu ăn khớp không khe hở và vuông góc.
Phần cong của cam điều khiển ổ lăn quay đĩa chia độ, phần thẳng giữ cho đĩa đứng yên và khóa vị trí định vị.
Hệ thống có tổng cộng 6 trạm, định vị mỗi 60°. Chỉ cần căn chỉnh đầu hàn siêu âm và khuôn cơ học, hệ thống có thể chuyển động định kỳ theo từng vị trí.
Module hàn cạnh siêu âm
Module siêu âm có bộ điều khiển riêng, thực hiện hành động hàn điểm thông qua xi lanh khí và nút khởi động sóng âm. PLC IVC3 của chúng tôi chỉ cần gửi tín hiệu công tắc khởi động cho sóng siêu âm.
Module tay máy
Tay máy thực hiện hành động tháo sản phẩm tự động, được điều khiển bằng các xi lanh tiến/lùi, lên/xuống và kẹp.
Công tắc hành trình được gắn thêm vào xi lanh trước/sau và xi lanh hạ xuống để đánh giá vị trí an toàn cho hành động tiếp theo của biến tần.
3. Thực hiện điều khiển hệ thống
3.1. Lưu đồ quy trình máy hàn cạnh khẩu trang N95
3.2. Cấu hình điện
| Tên thiết bị | Mã sản phẩm | Số lượng |
|---|---|---|
| PLC INVT | IVC1L-2416MAT | 1 |
| Biến tần INVT | GD20-0R75 | 1 |
| HMI INVT | VS070HE | 1 |
3.3. Tham số chính của biến tần
| Mã chức năng | Tên tham số | Giá trị |
|---|---|---|
| P0.00 | Chế độ điều khiển tốc độ | 2 |
| P0.01 | Kênh lệnh chạy | 1 |
| P0.03 | Tần số đầu ra tối đa | 80 |
| P0.04 | Giới hạn trên tần số vận hành | 80 |
| P2.00 | Lựa chọn loại động cơ | 0 |
| P2.01 | Công suất định mức động cơ | 370 |
| P2.02 | Tần số định mức động cơ | 50/60 |
| P2.03 | Tốc độ định mức động cơ | 1400 |
| P2.04 | Điện áp định mức động cơ | 220 |
| P2.05 | Dòng điện định mức động cơ | 1.9/1.8 |
| P2.06 | Điện trở Stato động cơ | — |
| P2.07 | Điện trở Rôto động cơ | — |
| P2.08 | Điện kháng rò | — |
| P2.09 | Từ thông cảm ứng | — |
| P2.10 | Dòng không tải | — |
| P5.01 | Chức năng chân S1 | 1 |
| P0.06 | Lệnh tần số A | 8 |
| P14.00 | Địa chỉ truyền thông cục bộ | 1 |
| P14.01 | Tốc độ truyền (baud rate) | 4 |
| P14.02 | Kiểm tra bit dữ liệu | 1 |
| P0.11 | Thời gian tăng tốc | 0.1 |
| P0.12 | Thời gian giảm tốc | 0.1 |
3.4. Lưu ý khi chạy thử
Thời gian tăng và giảm tốc của động cơ được đặt khoảng 0.1s – 0.2s. Nếu thời gian quá dài, động cơ không thể dừng đúng lúc, gây sai lệch vị trí trạm.
Nếu thời gian giảm tốc quá ngắn, có thể gây hiện tượng vượt quá. Thời gian tăng/giảm tốc và tín hiệu đĩa chia độ cần được hiệu chỉnh chính xác để chuyển động mượt mà và định vị đúng vị trí làm việc.
4. Kết luận
Hệ thống là máy sản xuất bán tự động, hiệu suất không quá cao nhưng chi phí cơ khí và chi phí phát triển rất thấp. Lập trình và thử nghiệm chỉ mất 2–3 ngày, có thể nhanh chóng đưa vào sản xuất.
Vấn đề chính gặp phải trong thử nghiệm là việc sử dụng module siêu âm. Mối nối cộng hưởng siêu âm không thể thiết kế tùy tiện, cần phải sử dụng loại gốc hoặc loại đã được nhà sản xuất thử nghiệm.
Hành động chủ yếu là sự phối hợp giữa ba xi lanh của tay máy, và vị trí an toàn có thể ngăn chặn va chạm giữa ba trạm.
5. Tài liệu tham khảo
[1] Hướng dẫn sử dụng IVC V1.40 – SHENZHEN INVT ELECTRIC CO., LTD.
[2] Hướng dẫn sử dụng Goodrive 20 – SHENZHEN INVT ELECTRIC CO., LTD.