Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 133 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Nội dung
ĐẠI HỌC THÁI
NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG
NGHIỆP
Đỗ Thị
Vụ
NGHIÊN CỨUNÂNGCẤPTRUYỀNĐỘNGBÀNĂN
DAO MÁYPHAYVẠNNĂNG Ở TRƯỜNG CAO ĐẲNG
KINH TẾ - KỸ THUẬT - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
LUẬN VĂN THẠC SỸ TỰ ĐỘNG HÓA
THÁI NGUYÊN -
2009
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP
***
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
o0o
THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ
THUẬT
ĐỀ TÀI
:
NGHIÊN CỨUNÂNGCẤPTRUYỀNĐỘNGBÀNĂNDAO
MÁY PHAYVẠNNĂNG Ở TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH
TẾ - KỸ THUẬT - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
Học viên: Đỗ Thị Vụ
Lớp: CHK9
Chuyên ngành: Tự động hóa
Người HD khoa học: PGS. TS. Võ Quang Lạp
Ngày giao đề tài: 06/08/2008
Ngày hoàn thành: 25/02/2009
KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN
TS. Nguyễn Văn Hùng PGS.TS. Võ Quang Lạp Đỗ Thị Vụ
Lu
ậ
n
v
ă
n
th
ạ
c
s
ĩ
k
ỹ
t
h
u
ậ
t
Chuyên
ngành
t
ự
đ
ộ
n
g
hóa
1
S
ố
h
ó
a
b
ở
i
T
r
un
g
tâ
m
H
ọ
c
li
ệ
u
–
Đ
ạ
i
h
ọ
c
Thá
i
Ng
u
y
ên
htt
p
://
w
w
w.
l
r
c
-
tnu.
e
d
u.
v
n
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu.
Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo
nh
ƣ
đã nêu trong phần tài
liệu tham khảo.
Tác giả luận văn
Đỗ Thị Vụ
Lu
ậ
n
v
ă
n
th
ạ
c
s
ĩ
k
ỹ
t
h
u
ậ
t
Chuyên
ngành
t
ự
đ
ộ
n
g
hóa
2
S
ố
h
ó
a
b
ở
i
T
r
un
g
tâ
m
H
ọ
c
li
ệ
u
–
Đ
ạ
i
h
ọ
c
Thá
i
Ng
u
y
ên
htt
p
://
w
w
w.
l
r
c
-
tnu.
e
d
u.
v
n
MỤC
LỤC
Trang
Lời cam đoan 01
Phần mở đầu 05
Ch
ƣ
ơng
1. TỔNG QUAN VỀ TRANG BỊ ĐIỆN CHO MÁYPHAY 08
1.1. Lý thuyết chung 08
1.1.1. Đặc điểm công nghệ 08
1.1.2. Các chuyển động trên máyphay 08
1.1.3. Đặc tính phụ tải của chuyển động chính và chuyển độngbànmáy 09
1.1.3.1. Chuyển động chính 09
1.1.3.2. Chuyển độngbànmáy 09
1.1.4. Điều chỉnh tốc độ và ổn định tốc độ 09
1.1.4.1. Điều chỉnh tốc độ 09
I.1.4.2. Ổn định tốc độ 11
1.2. Phân tích mạch điện máyphay đứng 6P13Б ở trƣờng 11
Cao đẳng Kinh tế – Kỹ thuật
1.2.1. Sơ đồ mạch điện 11
1.2.2. Nguyên lý làm việc 12
1.3. Sự cần thiết phải cải tạo nângcấptruyềnđộngbànăndaomáyphay 15
6P13Б ở
x
ƣ
ởng tr
ƣ
ờng
Cao đẳng Kinh tế – Kỹ thuật
Ch
ƣ
ơng
2. PHÂN TÍCH SO SÁNH CÁC
PH
Ƣ
ƠNG
ÁN CẢI TẠO 17
NÂNG CẤPTRUYỀNĐỘNGBÀNMÁYPHAY
2.1.Hệ điều khiển biến tần động cơ không đồng bộ ba pha 17
2.1.1.Điều khiển tần số trƣợt 17
2.1.2.Điều khiển vector biến tần động cơ ba pha 19
2.1.2.1.Mô tả động cơ không đồng bộ 3 pha
d
ƣ
ới
dạng các đại
l
ƣ
ợng
vector
không gian 19
2.1.2.2.Qui đổi các đại
l
ƣ
ợng
điện của động cơ không đồng bộ từ hệ
vector(a,b,c) về hệ tọa độ cố định trên
Stato
( , )
23
2.1.2.3.Qui đổi các đại
l
ƣ
ợng
điện của động cơ không đồng bộ 3 pha từ
Lu
ậ
n
v
ă
n
th
ạ
c
s
ĩ
k
ỹ
t
h
u
ậ
t
Chuyên
ngành
t
ự
đ
ộ
n
g
hóa
3
S
ố
h
ó
a
b
ở
i
T
r
un
g
tâ
m
H
ọ
c
li
ệ
u
–
Đ
ạ
i
h
ọ
c
Thá
i
Ng
u
y
ên
htt
p
://
w
w
w.
l
r
c
-
tnu.
e
d
u.
v
n
hệ tọa độ cố định trên Rotor (x,y) về hệ tọa độ cố định trên
Stato
(
,
)
. 26
2.1.2.4. Qui đổi các đại
l
ƣ
ợng
điện của động cơ không đồng bộ 3 pha từ
hệ tọa độ cố định trên
Stato
(
, )
về hệ tọa độ cố định trên Rotor (d,q) 28
2.1.2.5.Cơ sở để định
h
ƣ
ớng
từ thông trong hệ tọa độ tựa theo
từ thông Rotor (d,q)
33
2.2.Hệ thống Thyristor - Động cơ 36
2.2.1.Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định và
đ
ƣ
ờng
đặc tính tĩnh 37
2.2.2.Chất
l
ƣ
ợng
động của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín 39
2.2.2.1.Mô hình toán học trạng thái động 39
2.2.2.2.Phân tích quá trình khởi động 40
2.2.2.3.Tác dụng của hai bộ điều chỉnh 42
Ch
ƣ
ơng
3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀNĐỘNG SỐ CHO
TRUYỀN ĐỘNGBÀNĂNDAOMÁYPHAY 43
3.1.Cơ sở để xây dựng hệ truyềnđộng số cho truyềnđộngbànmáyphay 43
3.1.1.Khối biến đổi
t
ƣ
ơng
tự – số (A/D) 45
3.1.2.Khối biến đổi số –
t
ƣ
ơng
tự (D/A) 48
3.1.3.Bộ PID số 49
3.2.Phân tích và tổng hợp hệ điều khiển số 51
3.2.1.Xét ổn định hệ thống 51
3.2.1.1.Cấu trúc hệ điều khiển của hệ thống 52
3.2.1.2.Tổng hợp hệ thống 52
3.2.2.Ổn định hệ thống 58
3.2.2.1.Độ ổn định của mạch vòng dòng điện 58
3.2.2.2.Ổn định của mạch vòng tốc độ 59
3.2.3.Khảo sát ổn định hệ thống cụ thể 61
3.2.3.1.Ổn định mạch vòng dòng điện 61
3.2.3.2. Ổn định mạch vòng tốc độ 67
3.2.4.Chất
l
ƣ
ợng
của mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ 71
3.2.4.1.Mạch vòng dòng điện 71
3.2.4.2. Mạch vòng tốc độ 87
3.3.Thiết kế phần cứng hệ điều khiến T – D số cho truyềnđộngbàn 103
Lu
ậ
n
v
ă
n
th
ạ
c
s
ĩ
k
ỹ
t
h
u
ậ
t
Chuyên
ngành
t
ự
đ
ộ
n
g
hóa
4
S
ố
h
ó
a
b
ở
i
T
r
un
g
tâ
m
H
ọ
c
li
ệ
u
–
Đ
ạ
i
h
ọ
c
Thá
i
Ng
u
y
ên
htt
p
://
w
w
w.
l
r
c
-
tnu.
e
d
u.
v
n
3.3.1.Tiêu chuẩn lựa chọn 103
3.3.2.Các họ vi xử lý thông dụng 104
3.3.3.Các bộ vi điều khiển thông dụng 104
3.3.4.Các bộ xử lý tín hiệu số 105
3.3.4.1.Bộ điều khiển số
đ
ƣ
ợc
xây dựng từ bộ vi xử lý 105
3.3.4.2.Bộ điều khiển số
đ
ƣ
ợc
xây dựng từ máy tính thông qua
CARD ghép nối 114
Kết luận chung và
h
ƣ
ớng
phát triển của đề tài 129
Tài liệu tham khảo 130
Lu
ậ
n
v
ă
n
th
ạ
c
s
ĩ
k
ỹ
t
h
u
ậ
t
Chuyên
ngành
t
ự
đ
ộ
n
g
hóa
5
S
ố
h
ó
a
b
ở
i
T
r
un
g
tâ
m
H
ọ
c
li
ệ
u
–
Đ
ạ
i
h
ọ
c
Thá
i
Ng
u
y
ên
htt
p
://
w
w
w.
l
r
c
-
tnu.
e
d
u.
v
n
1. Lý do lựa chọn đề tài
PHẦN MỞ ĐẦU
Điều khiển số
đ
ƣ
ợc đ
ƣ
a
vào
ch
ƣ
ơng
trình giảng dạy trong các thập kỷ gần đây, vì
vậy việc nghiêncứu ứng dụng điều khiển số vào việc cải tạo và nângcấp hệ truyền
động cũ là rất cần thiết.
Việc thay thế hệ truyềnđộng số cho hệ truyềnđộng cũ của truyềnđộngbànăndao
máy phay ở
tr
ƣ
ờng
Cao đẳng Kinh tế kỹ thuật cho đến nay
ch
ƣ
a đ
ƣ
ợc
thực hiện vì vậy
việc đi sâu nghiêncứu và ứng dụng điều khiển số vào việc cải tạo nângcấpmáyphay
vạn năng ở
tr
ƣ
ờng
này có một ý nghĩa thực tiễn.
Trong khuôn khổ của khóa học cao học, chuyên ngành Tự động hóa tại
tr
ƣ
ờng
Đại
học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên,
đ
ƣ
ợc
sự tạo điều kiện giúp đì của nhà
tr
ƣ
ờng
và đặc biệt là sự chỉ bảo giúp đì của PGS – TS. Vâ Quang Lạp, em đã lựa chọn đề tài
tốt nghiệp của mình là “Nghiên cứunângcấptruyềnđộngbànăndaomáyphayvạn
năng ở
tr
ƣ
ờng
Cao đẳng Kinh tế – Kỹ thuật Đại học Thái Nguyên”. Trong quá trình
thực hiện đề tài, mặc dù đã cố gắng xong có thể vẫn còn một vài khiếm khuyết kính
mong Hội đồng khoa học và độc giả bổ xung đóng góp ý kiến để đề tài
đ
ƣ
ợc
hoàn
thiện
hơn.
2.Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài nghiêncứu việc ứng dụng hệ truyềnđộng T - D số thay thế cho hệ truyền
động cũ của truyềnđộngbànăndaomáyphay nhằm nâng cao chất
l
ƣ
ợng
của hệ
thống
3. Mục đích của đề tài
Để cải tạo và thay thế
đ
ƣ
ợc
hệ thống truyềnđộng cũ,
tr
ƣ
ớc
tiên ta phải phân tích và
tìm hiểu kỹ thực trạng của máyphay của
tr
ƣ
ờng
từ đó đề xuất
đ
ƣ
ợc ph
ƣ
ơng
án cải tạo
thay thế nângcấp máy, đó là thay thế hệ thống truyềnđộngbàn cũ bằng hệ T – D số,
sau đó tiến hành phân tích và tổng hợp hệ thống truyềnđộng số để đánh giá chất lƣợng
của hệ thống. Trên cơ sở phần tính toán khảo sát của hệ thống truyềnđộng sẽ tiến
hành thiết kế xây dựng phần cứng của hệ thống truyền động.
4. Đối
t
ƣ
ợng
và phạm vi nghiêncứu của đề tài
Phần mở đầu
Chương 1. Tổng quan về trang bị điện cho máyphay
Lu
ậ
n
v
ă
n
th
ạ
c
s
ĩ
k
ỹ
t
h
u
ậ
t
Chuyên
ngành
t
ự
đ
ộ
n
g
hóa
6
S
ố
h
ó
a
b
ở
i
T
r
un
g
tâ
m
H
ọ
c
li
ệ
u
–
Đ
ạ
i
h
ọ
c
Thá
i
Ng
u
y
ên
htt
p
://
w
w
w.
l
r
c
-
tnu.
e
d
u.
v
n
Phân tích tổng quan về máyphay bao gồm phần lý thuyết chung
nh
ƣ
đặc điểm công
nghệ, các chuyển động trên máy phay, vấn đề điều chỉnh và ổn định tốc độ, sau đó
phân tích mạch điện máyphay đứng 6R13 Б ở
tr
ƣ
ờng
Cao đẳng Kinh tế – Kỹ thuật.
Sự cần thiết phải cải tạo nângcấptruyềnđộngbànăndaomáy phay.
Chương 2. Phân tích so sánh các phương án cải tạo và nângcấptruyền
động bànmáyphay
Ch
ƣ
ơng
này tập trung trình bày 2 hệ truyềnđộng gần đây hay
đ
ƣ
ợc
sử dụng đó là:
- Hệ điều khiển véc tơ biến tần động cơ 3 pha
- Hệ thống Thyristor - Động cơ
Chương 3. Thiết kế hệ thống truyềnđộng số cho cho truyềnđộngbànmáy
phay
Đ
ƣ
a
ra cơ sở để xây dựng hệ T – D số cho truyềnđộngbànmáy phay, sau đó phân
tích và tổng hợp hệ điều khiển số, từ đó thiết kế phần cứng hệ điều khiển T – D số cho
truyền động bàn.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ngày nay do tiến bộ khoa học, công nghệ điện tử và tin học các hệ thống điều
khiển tự động phát triển và ngày càng hiện đại. Việc sản xuất các thiết bị điện tử ngày
càng hoàn thiện do việc phát triển công nghệ vi mạch. Các bộ biến đổi điện tử trong
các hệ thống không những đáp ứng đƣợc khả năng tác động nhanh, độ chính xác cao
mà còn góp phần giảm kích
th
ƣ
ớc
và hạ giá thành của hệ thống. Đặc biệt những năm
gần đây việc ứng dụng hệ truyềnđộng một chiều T - D với các mạch vòng phản hồi
kín nhằm đảo bảo tốt các chỉ tiêu tĩnh và động của hệ thống ngày càng
đ
ƣ
ợc
sử dụng
phổ biến, nó có khả năng ứng dụng cho hệ truyềnđộng có công suất nhỏ đến công suất
lớn.
- Hiện nay đã có rất nhiều sản phẩm công nghiệp
đ
ƣ
ợc
tạo ra nhờ điều khiển số và
đã có rất nhiều
n
ƣ
ớc
trên thế giới đã áp dụng thành công.
Chính vì vậy mà việc đi sâu nghiêncứu và ứng dụng điều khiển số nhằm cải tạo
nâng cấp hệ truyềnđộngbànăndaomáyphayvạnnăng mang ý nghĩa khoa học. Khác
với điều khiển kỹ thuật thông
th
ƣ
ờng
với độ chính xác không cao. Điều khiển số với
các mạch vòng phản hồi kín đảm bảo cho hệ thống ổn định và đảm bảo các chỉ tiêu về
mặt chất
l
ƣ
ợng
động
nh
ƣ
:
độ quá điều chỉnh, tốc độ, thời gian điều chỉnh.v.v Do đó
Lu
ậ
n
v
ă
n
th
ạ
c
s
ĩ
k
ỹ
t
h
u
ậ
t
Chuyên
ngành
t
ự
đ
ộ
n
g
hóa
7
S
ố
h
ó
a
b
ở
i
T
r
un
g
tâ
m
H
ọ
c
li
ệ
u
–
Đ
ạ
i
h
ọ
c
Thá
i
Ng
u
y
ên
htt
p
://
w
w
w.
l
r
c
-
tnu.
e
d
u.
v
n
việc ứng dụng điều khiển số vào việc cải tạo và nângcấp hệ thống truyềnđộng bàn
của các máy cũ mang ý nghĩa thực tiễn. Bằng kết quả phân tích và tổng hợp hệ thống
số và việc thiết kế xây dựng phần cứng của hệ thống truyềnđộng làm cơ sở cho việc
tiếp tục nghiêncứu ứng dụng vào chuyển đổi những hệ thống truyềnđộng của máy cũ
sang hệ thống số mà hệ thống này đang
đ
ƣ
ợc
nghiên cứu và ứng dụng thực tế.
Lu
ậ
n
v
ă
n
th
ạ
c
s
ĩ
k
ỹ
t
h
u
ậ
t
Chuyên
ngành
t
ự
đ
ộ
n
g
hóa
8
S
ố
h
ó
a
b
ở
i
T
r
un
g
tâ
m
H
ọ
c
li
ệ
u
–
Đ
ạ
i
h
ọ
c
Thá
i
Ng
u
y
ên
htt
p
://
w
w
w.
l
r
c
-
tnu.
e
d
u.
v
n
CH
Ƣ
ƠNG
1
TỔNG QUAN VỀ TRANG BỊ ĐIỆN CHO MÁYPHAY
1.1. Lý thuyết chung
1.1.1. Đặc điểm công nghệ
- Công dụng: Máyphay dùng để gia công mặt phẳng, phay mặt trong và ngoài,
mặt porophin (thí dụ mặt cam đĩa hay cam thùng) và các mặt phức tạp (nhƣ các loại
mặt khác nhau của chày, cối dập, khuôn ép .v.v ), cắt ren vít trong và ngoài, cắt bánh
xe khía và dao cắt nhiều lƣỡi có răng chảy thẳng và xoắn, phay mặt trong xoay định
hình phay cắt rãnh thẳng và rãnh xoắn. Thực hiện các nguyên công trên máyphay sẽ
đạt độ chính xác cao.
- Phân loại: Căn cứ theo khả năng thực hiện nhiệm vụ khác nhau, máyphay
đ
ƣ
ợc
chia làm 2 nhóm chính: Là máyphayvạnnăng và máyphay chuyên môn hóa.
+ Máyphayvạnnăng có các kiểu: phay nằm, phay đứng, máyphay giƣờng
+ Máyphay chuyên môn hoá dùng trong sản xuất hàng loạt lớn và sản xuất
khối lớn. Những máyphay này dùng để hoàn thành những công việc nhất định trên
một số vật phẩm tƣơng đối hẹp. Những máyphay chuyên môn hóa đƣợc dùng nhiều
nhất là: Máyphay rãnh then, máyphay ren vít, máyphay chép hình, máyphay tiện.
1.1.2. Các chuyển động trên máyphay
- Chuyển động chính: Là chuyển động quay daophay (trục chính) là chuyển
động quay tròn với tốc độ lớn Thông
th
ƣ
ờng
không yêu cầu điều chỉnh tốc độ hoặc
nếu có thì điều chỉnh rất ít nên
th
ƣ
ờng
sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc
và hộp tốc độ (động cơ có một hay 2 cấp tốc độ).
- Chuyển độngăn dao: Có 2 chuyển động: ngang, dọc của bànmáy mang chi
tiết phay di chuyển dọc của trục chính mang đầu dao, chuyển động này làm ở vùng tốc
độ thấp, giữ mô men không đổi.
- Chuyển động phụ: Là chuyển động thẳng đứng của ụ dao. Chuyển động phụ
là chuyển động không liên quan trực tiếp đến quá trình cắt gọt, chúng cần thiết khi
chuẩn bị gia công, hiệu chỉnh máy
[...]... CẤPTRUYỀNĐỘNGBÀNMÁYPHAY Yêu cầu đối với truyền động bàn ăndaomáyphay là phạm vi điều chỉnh của truyền động ăn dao lớn (Ds=100 600), lƣợng ăndao đƣợc điều chỉnh trong phạm vi rộng Lƣợng ăndao yêu cầu giữ không đổi khi tốc độ trục chính thay đổi Mặt khác đặc tính cơ yêu cầu có độ cứng cao với độ ổn định tốc độ . CẢI TẠO VÀ NÂNG CẤP
TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY PHAY
Yêu cầu đối với truyền động bàn ăn dao máy phay là phạm vi điều chỉnh của truyền
động ăn dao lớn (Ds=100.
THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ
THUẬT
ĐỀ TÀI
:
NGHIÊN CỨU NÂNG CẤP TRUYỀN ĐỘNG BÀN ĂN DAO
MÁY PHAY VẠN NĂNG Ở TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH