Hệ thống điều khiển cho máy đóng hộp tự động

Luận Văn: Hệ thống điều khiển cho máy đóng hộp tự động

mở đầu

Sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ giới hoá và tự động hoá các quá trình sản xuất Với vai trò là mũi nhọn của kỹ thuật hiện đại, lĩnh vực tự động hoá đang phát triển với tốc độ ngày càng cao Những thành tựu của lý thuyết Điều khiển tự động, Tin học công nghiệp, Điện tử công suất, Kỹ thuật đo lờng đã và đang đợc triển khai trên quy mô rộng lớn, tạo nên những thiết bị và dây chuyền công nghiệp sản xuất tự động với năng suất cao và chất lợng tốt Trong quá trình sản xuất, việc tự động hoá một dây chuyền sản xuất đóng vai trò rất quan trọng Nó là cầu nối giữa các hạng mục sản xuất, giữa các phân xởng trong nhà máy, giữa các máy công tác trong một dây chuyền Việc điều khiển hoạt động của các dây chuyền hiện đại, tiên tiến cũng ngày càng đa dạng và phức tạp.

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nhiệp chế biến, các dây chuyền sản xuất trong ngành này ngày càng hiện đại hoá và tự động hoá cao Các quá trình từ sản xuất chế biến đến đóng gói sản phẩm đợc tự động hoá Trong chơng trình học môn Điều khiển logic, với mục đích giúp cho mỗi sinh viên chúng em làm quen với việc thực hiện xây dựng một hệ thống điều khiển tự động cho một quá trình thiết bị trong thực tế,em đợc thầy giáo giao cho thiết kế Hệ THốNG ĐIềU KHIểN CHO MáY đóng hộp tự động theo phơng pháp Hàm tác động sử dụng các thiết bị điện khí nén Phơng pháp thiết kế hệ thống bằng Hàm tác động là công cụ rất hữu ích để thiết kế và thực hiện đầy đủ các yêu cầu của hệ tự động hoá máy đóng hộp tự động

Trong quá trình thiết kế, với sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn và của các bạn, công với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành đ-ợc bản đồ án này tuy nhiên, do thời gian tơng đối ngắn và trình độ chuyên môn còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đợc sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để bản đồ án này đợc hoàn thiện hơn.Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Hồng Quang và các giáo viên trong bộ môn Tự Động Hoá đã giúp em hoàn thành đồ án này

Mục lục

VI, Hoạt động của sơ đồ 10

ChơngII: Tính chọn các thiết bị của hệ thống 11

1, Chọn van phân phối 2, Chọn xilanh

3, Chọn Rơle

4, Chọn công tắc hành trình 5, Chọn cầu dao đóng cắt 6, Chọn cầu chì

7, Chọn nút ấn

Chơng III: Bảng đấu dây 14

I, Các nguyên tắc lắp đặt thiết bị 14 II, Sơ đồ lắp ráp mạch 14

ơng I:

sơ đồ nguyên lí của hệ thống máy đóng hộp tự động

I, Quá trình công nghệ của máy đóng hộp tự động :

Hoạt động của máy đóng hộp tự động khởi đầu bằng chuyển động đi vào của xilanh A đẩy hộp rỗng đi vào vị trí đế của cân định lợng Tại đây hệ thống van đợc điều khiển mở van để sản phẩm theo đờng ống lớn chảy vào trong hộp.Cùng lúc đó xi lanh A chuyển động trở lại vị trí ban đầu Khi lợng sản phẩm trong hộp đạt đến 80-90% thì thực hiện đóng van trên và mở một van khác để sản phẩm đi theo đờng ống nhỏ chảy vào hộp với tốc độ chậm hơn Khi hộp đã đợc đổ đầy sản phẩm thì xi lanh B chuyển động từ trong ra ngoài thực hiện đẩy

hộp ra băng chuyền đang quay Sau đó xi lanh B trở về vị trí ban đầu và xi lanh A chuyển động đi vào thực hiện chu trình tiếp theo.

II, Lựa chọn công nghệ:

* Chọn 2 xi lanh A và B là 2 xilanh điều khiển bằng van khí nén điều khiển 2 chiều

* Cân định lợng có các cảm biến có thể xác định sự có mặt của hộp d1, xác định thời điểm để đóng đờng ống lớn mở đờng ống nhỏ d2 và xác định thời điểm đầy hộp d3

* Tại đầu cuối pítông A đặt công tắc hành trình a0 để xác định chuyển động của A

* Để xác định hộp đa vào đã hết hay cha ta dùng công tắc hành trình f đặt dới chồng hộp rỗng

* Tại đầu cuối pítông B đặt công tắc hành trình b0 , b1 để xác định chuyển động của B

* Các phần tử điều khiển là các phần tử điện khí nén Ta sử dụng 2 van phân phối không tự phục hồi điều khiển xi lanh A và B

- Các van mở đờng ống lớn và đờng ống nhỏ là C+ và E+

Nh vậy,hệ thống có các biến đầu vào là a0,b0 ,b1,f,d1,d2,d3 nhằm điều khiển các biến ra A+ ,A- ,B+,B-,C+,E+

III,Xây dựng hàm điều khiển cho các biến:

 Các phơng pháp tổng hợp mạch logíc tuần tự:

 Phơng pháp ma trận trạng thái Phơng pháp hàm tác động  Phơngpháp phân tầng Phơng pháp GRAFCET

 Giới thiệu về phơng pháp hàm tác động :

Thông thờng các sự kiện xảy ra trong thời gian nối tiếp nhau do đó các sự kiện có thể mô tả dới dạng hàm tác động dạng dới đây:

F = A+X-Y+B-X+Z-B+Y+C-Z+A+

Và chúng ta có thể mô tả hoạt động này nh sau:

Sự xuất hiện của tín hiệu A làm cho X hoạt động ,X hoạt động sẽ làm mất tín hiệu Y B xuất hiện sẽ làm ngừng hoạt động tín hiệu X

Trong hàm tác động ta thờng kí hiệu các tín hiệu vào là A,B,C và các biến điều khiển ta thờng kí hiệu là X,Y,Z

Đối với các biến vào các dấu cộng (+) hoặc trừ (-) đứng trớc các kí hiệu của A,B,C là chỉ rõ các tín hiệu đó đợc xuất hiện hay mất đi do các yếu tố bên ngoài (có thể do công nghệ ).Những tín hiệu nào chỉ xuất hiện một dấu (+) nh biến A trong ví dụ trên thì dợc hiểu rằng tín hiệu đó là tín hiệu xung chỉ xuất hiện trong quá trình làm việc rất ngắn ví nh khi ta ấn vào nút ấn rồi thả ra Còn những tín hiệu có cả dấu cộng (+) và dấu trừ (-) đứng trớc thì tín hiệu đó là tín hiệu thế

Tơng tự vậy với các dối tợng điều khiển (X,Y,Z, ) nếu có dấu cộng đứng trớc thí chỉ rõ phần tử đó đợc đa và hoạt động nhờ sự hoạt động hay sự mất đi của các biến trớc nó Ví dụ +X có nghĩa là phần tử X đợc đa vào hoạt động nhờ có sự hoạt động của phần tử trớc đó là biến A Ký hiệu -Y chỉ rõ Y ngừng hoạt động là do X hoạt động

Có trờng hợp một biến có thể gây nên việc chuyển động đồng thời của các trạng thái của hai phần tử hoặc phần tử Ví dụ : A(+X,-Y)-Z

Chúng ta hiểu nh sau : Biến và A xuất hiện cho X và Y cùng chuyển trạng thái và sự chuyển trạng thái này làm cho biến trạng thái Z này ngừng hoạt động

Dới đây ta nêu một số bớc tiến hành tổng hợp sơ đồ kép loại này

a) Tìm chu kỳ hoạt động của các phần tử của đối tợng điều khiển Mỗi chu kì hoạt động gồm một giai đoạn đóng và một giai đoạn cắt

b) Xác định tín hiệu vào là tín hiệu xung hay tín hiệu thế

c) Xác định hàm lôgíc điều khiển biến đầu ra

d) Kiểm tra biểu thức thu đợc để khi cần phải bổ sung theo biến trung gian

e) Xác định hàm điều khiển biến phụ

Vì phơng pháp mô tả công nghệ thiết kế dới dạng hàm tác động thuận tiện cho ngời thiết kế nên cần nhấn mạnh một điểm về công tác kiểm tra

Kiểm tra hàm đóng fđ của phần tử thờng xảy ra các trờng hợp:

biểu thức fđ lập đợc đã thỏa mãn yêu cầu của hàm

 Nếu fđ thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của phàn tử thì cần phải thì cần phải thêm một biến phụ p1 Khi đó hàm đóng mới có tác dụng fđ’ = fđ +p1

Trong trờng hợp xét thấy hành vi điều khiển và trạng thái điều khiển của hệ giống nh hành vi của toán tử xảy ra thì có thể dùng biến ra làm biến phụ Đối với hàm cắt ,khi kiểm tra cũng xảy ra hai trờng hợp

 Nếu fc không thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của phần tử thì fc thu đợc đã thỏa mãn.

 Nếu fc thu đợc thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của phần tử thì hàm fc phải cần thêm một biến phụ p2 Khi đó

fc’= fc.p2

Kiểm tra tính đúng đắn của hàm thu đợc trong mỗi chu kỳ hoạt động của phần tử thu đợc bằng cách triển khai các biểu thức lôgic thành các dạng biểu diễn tuyển chuẩn Nếu trong trờng hợp thấy số hạng nào (hội cơ bản )có giá trị một khi cha đa tín hiệu vào và trái với công nghệ thì khi đó phải đa thêm biến phụ p3 vào số hạng đó Tính đúng đắn của hàm phải thỏa mãn mọi chu khì phần tử

Việc kiểm tra cần phải đợc tiến hành cho mọi hàm lôgic của mọi phần tử đầu ra cũng nh của biến trung gian.

Do tín hiệu a0 ,b0 là tín hiệu dạng xung chỉ tồn tại trong thời gian ngắn nên cần hiệu chỉnh hàm đóng

−++= fab + ABA

fd()(. 0. 0 )

Vậy hàm điều khiển của A+ là f(A+)=(f.a0.b0 + A+)B−d1

 Hàm điều khiển của A-:

Do có thể d1 bị mất trớc khi chuyển động A- đợc hoàn thành nên cần hiệu chỉnh hàm đóng: fd(A−)=(d1 +A−).A+

Vậy hàm điều khiển của A- là: f(A−)=(d1 + A−)A+.a0

 Hàm điều khiển của C+:

Trong giai đoạn thực hiện chuyển động C+ thì hàm đóng và cắt luôn thoã mãn Vậy hàm điều khiển của C+ là: f(C+)=d1A+d2

 Hàm điều khiển của E+:

Hàm cắt và đóng đều thoả mãn nên f(E+)=d2.C+d3

 Hàm điều khiển của B+:

Ta thấy tín hiệu d3 không tồn tại suốt quá trình chuyển động B+ nên cần hiệu chỉnh hàm đóng : fd(B+)=(d3 +B+).E+

Vậy hàm điều khiển của B+ là:f(B+)=(d3 +B+).E+.b1  Hàm điều khiển của B-:

Ta thấy tín hiệu b1 là tín hiệu xung nên cần hiệu chỉnh hàm đóng :

IV, Các khả năng sự cố và việc bảo vệ hệ thống

Trong bài toán này sẽ có khả năng sự cố là khi hệ thống đang hoạt động thì xảy ra trờng hợp mất điện Khi đó để bảo đảm chất luợng sản phẩm ta phải

ngắt nguồn khí và đến khi có điện ta phải RESET lại toàn hệ thống để hệ thống bắt đầu hoạt động lại từ đầu Để làm đợc điều đó ta phải có thêm một nút ấn RS để thực hiện RESET

Khi bấm nút RS thì toàn bộ các Rơle A- B- hoạt động đồng thời các Rơle A+, B+, C+ ,E+ sẽ ngừng hoạt động Và hệ thực hiện chuyển động A- , B- hệ sẽ trở về trạng thái ban đầu.

V, Sơ đồ nguyên lý:

Mạch điều khiển và mạch nối các van đợc cấp bởi nguồn điện xoay chiều 1 pha 220V Để mạch hoạt động đợc tốt hơn ta bố trí thêm 2 nút ấn M và D để điều khiển việc bắt đầu hoạt động hay kết thúc hoạt động của hệ thống Khi ấn nút M thì hệ thống bắt đầu hoạt động và muốn dừng hệ thống ta ấn nút D Sau khi dừng thì muốn tiếp tục cho hệ thống hoạt động thì lại ấn nút M và ấn nút RS để reset lại hệ thống để thiết lập lại trạng thái ban dầu

a0 b0fB A

MRARA

VI,Hoạt động của sơ đồ:

Cấp điện cho hệ thống Sơ đồ bắt đầu hoạt động khi ấn nút M lúc đó công tắc hành trình a0 bị đè lên nên cấp điện cuộn hút của rơle A+ làm cho bắt đầu thực hiện chuyển động đi vào A+ đẩy hộp rỗng vào Khi có tín hiệu d1 báo hiệu hộp đã nằm ở vị trí yêu cầu tiếp điểm thờng đóng d1 làm ngắt điện cung cấp cho cuộn hút A+ chuyển động A+ kết thúc Tín hiệu d1 này đóng công tắc thờng mở của d1 làm đóng điện cung cấp điện cho cuộn hút rơ le A- và C+ Xi lanh A thực hiện chuyển động lùi về vị trí ban đầu cho đến khi tiếp xúc vào công tắc hành trình a0 và trong khi đó tiếp điểm thòng mở C+ đóng lại làm van của ống lớn mở ra cho sản phẩm chảy vào hộp Đến thời điểm có tín hiệu của d2 báo hiệu hộp sắp đầy thì công tắc thờng đóng d2 mở ra và công tắc thờng mở d2 đóng lại làm cho cuộn hút rơle C+ mất điện và cuộn hút rơle E+ có điện làm cho van của ống lớn khoá lại mở van đờng ống nhỏ Đến khi có tín hiệu d3 báo hiệu hộp đã đầy thì công tắc thờng đóng d3 mở ra và công tắc thờng mở d3 đóng lại làm cho cuộn hút rơ le E+ mất điện và cuộn hút rơle B+ có điện thực hiện khoá nốt van của đờng ống nhỏ và xi lanh B+ chuyển động đi ra đẩy hộp đầy đi ra băng tải đang quay Khi xi lanh chuyển động tác động lên công tắc hành trình b1 thì côngtắc thờng đóng b1 mở ra và công tắc thờng mở b1

đóng lại làm cho cuộn hút rơle B+ mất điện và cuộn hút rơle B- có điện xi lanh B chuyển động đi vào B- đến khi tiếp xúc vào đầu của công tắc hành trình b0

thì dừng lại thì lúc đó cuộn hút rơle A+ có điện xi lanh A lại thực hiện đi vào bắt đầu một chu trình tiếp theo

Quá trình đóng hộp kết thúc khi hết hộp rỗng tín hiệu công tắc hành trình ngắt điện cung cấp cho cuộn hút công tắc tơ A+ Trong quá trình hoạt động nếu có sự cố mất điện nếu muốn cho hệ thống hoạt động trở lại ta ấn nút M rồi ấn nút reset RS để các pít tông trở về vị trí ban đầu rồi thực hiện chu kì hoạt động bình thờng Hệ thống dừng lại khi hết hộp rỗng hoặc khi ta ấn nút D

ơng II:

tính chọn các thiết bị hệ thống

Kích thớc 21,5::24ô24::36

4, Chọn công tắc hành trình:

Các công tắc hành trình a0 , b0, b1 , d2 , d1 ,d3, f là loại công tắc HL-5000 của hãng OMRON có các thông số sau:

Các định mức tiếp điểm 5A-250VACPhạm vi lực tác động 150ữ200gfTuổi thọ về điện 600.104 lần Kích thớc đầu tiếp xúc 50ì24Kích thớc công tắc hành trình 33::24ă24::82,4

Các thiết bị động lực để truyền động cơ cấu sản xuất cùng với các công tắc hành trình, các nút ấn điều khiển phải đợc bố trí trực tiếp trên cơ cấu sản xuất.

Việc bố trí các thiết bị điều khiển trên tủ điện dựa vào các nguyên tắc sau:

ở phía trên, các thiết bị có chịu ảnh hởng lớn về nhiệt độ cần phải đặt xa các nguồn sinh nhiệt

cờng độ vững chắc của bảng điện, giảm nhẹ các điều kiện để cố định chúng.

chéo nhau.

Dựa vào các nguyên tắc trên, kết hợp với những yêu cầu đặc biệt trong từng trờng hợp cụ thể, tiến hành bố trí thiết bị trên panel Khi bố trí thiết bị cần bố trí thành từng nhóm riêng biệt để tiện việc kiểm tra, sửa chữa Các phần tử trong một nhóm phải bố trí gần nhau nhất sao cho dây nối giữa chúng là ngắn nhất Giữa các nhóm khác nhau phải bố trí sao cho thuận tiện cho việc tiến hành lắp đặt, sửa chữa, hiệu chỉnh Các thiết bị dễ hỏng, các thiết bị cần điều chỉnh phải để nơi dễ dàng thay thế, điều chỉnh, sửa chữa.

Bảng vẽ bố trí phải vẽ theo một tỷ lệ xích tiêu chuẩn trong đó phải ghi rõ các kích thớc hình chiếu của thiết bị, các kích thớc lỗ định vị trên tấm lắp, các kích thớc tơng quan giữa chúng cũng nh kích thớc ngoài của tấm lắp.

Các phần tử tiếp điểm rơle, côngtắctơ đợc vẽ trên sơ đồ lắp ráp thành những hình chữ nhật với tỷ lệ xích đã chọn trên đó thể hiện các cuộn dây, các tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ kèm theo số các cực nối của chúng trùng với số trên sơ đồ nguyên lý.

II Sơ đồ lắp ráp :

Trên cơ sở đã lựa chọn cụ thể vị trí lắp đặt và chọn cụ thể các thiết bị điều khiển và bảo vệ, ta có thể xây dựng bản vẽ bố trí thiết bị trên tấm lắp có khai triển đến các cực nối dây nh sơ đồ sau:

A

172

III Bảng đấu dây

Van phân phối A A(2)-A(1)126-A-

129-4ĐN130-4ĐN132-4ĐNVan phân phối B B(1)-A(2)

23-1ĐN111-

5-3§N

Tài liệu tham khảo:

1, Điều khiển tự động truyền động điện Tập 1-Trịnh Đình Đề-Võ trí An

2, Sửa chữa và sử dụng khí cụ điện hạ áp - Tô Đằng-Phạm Xuân Phú

3,Catalog của hãng OMRON,AIRTAC về thiết bị điện khí nén