Më ®Çu §å ¸n ®iÒu khiÓn logic Lª V¨n ViÖt Tù ®éng hãa 3 – K44 Ket noi com kho tài liệu miễn phí Đồ án môn học Điều khiển logic Nhiệm vụ “Thiết kế hệ thống điều khiển công nghệ ở hình vẽ sau” Trong đó[.]
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Đồ án mơn học: Điều khiển logic Nhiệm vụ: “Thiết kế hệ thống điều khiển cơng nghệ hình vẽ sau” Trong đó: M – Tín hiệu khởi động X – Chuyển động xuống L – Chuyển động lên P – Chuyển động sang phải T – Chuyển động sang trái Nội dung: Thiết kế sơ đồ nguyên lý Tính chọn thiết bị điều khiển Thiết kế sơ đồ lắp ráp Phương pháp thiết kế: Hàm tác động Phương pháp mạch lực điều khiển: Điện (công suất động P=10kW) Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Mục lục Lời nói đầu Chương Giới thiệu công nghệ Giới thiệu công nghệ chức cần trục Lựa chọn công nghệ Chương Thiết kế hệ thống điều khiển Sơ đồ công nghệ Tổng hợp công nghệ tạo hàm điều khiển Chương Tính chọn thiết bị hệ thống Thiết bị chấp hành 17 Thiết bị điều khiển 17 Thiết bị bảo vệ 18 Chương Thiết kế sơ đồ lắp ráp Lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị 19 Sơ đồ lắp ráp mạch điều khiển hệ thống 20 Kết luận .23 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Lời nói đầu Hiện nay, công nghệ tiên tiến, dây chuyền thiết bị đại ngày, ứng dụng vào sản xuất Với sách mở cửa Đảng Nhà nước ta, chắn công nghệ tiên tiến đại giới ngày áp dụng hiệu vào Việt Nam với quy mô, số lượng, chất lượng cách nhanh chóng Tác dụng cơng nghệ dây chuyền sản xuất đại góp phần thúc đẩy nghiệp Cơng nghiệp hố - Hiện đại hố đất nước Với vai trò mũi nhọn kỹ thuật đại, lĩnh vực tự động hoá phát triển với tốc độ ngày cao Trong trình sản xuất, việc tự động hoá dây chuyền sản xuất đóng vai trị quan trọng Nó cầu nối hạng mục sản xuất, phân xưởng nhà máy, máy công tác dây chuyền Việc điều khiển hoạt động dây chuyền đại, tiên tiến ngày đa dạng phức tạp Một hoạt động thiếu nhà máy công nghiệp đại hệ thống cần trục rải liệu Cần trục thiết bị vận chuyển nâng hạ nhà máy, suất cần trục ảnh hưởng lớn đến đến suất chung nhà máy Vì vậy, thiết bị điện hệ thống điều khiển cần trục phải đảm bảo việc tiện lợi, có suất cao, vận hành an toàn thao tác đơn giản, đáp ứng đầy đủ đặc điểm, yêu cầu công nghệ hệ thống Đồ án “Thiết kế hệ thống điều khiển công nghệ rải liệu” nhắm mục đích cho sinh viên tiếp xúc làm quen với hệ thống cần trục rải liệu Sử dụng phương pháp tổng hợp hệ thống học vào thực nghiệm, làm quen với thiết bị điều khiển truyền động, ghép nối mạch điều khiển Trang bị cho kiến thức trước trường Trong trình thiết kế, với giúp đỡ thầy giáo, cô giáo Bộ môn ý kiến bạn, em hoàn thành đồ án Nhưng thời gian tương đối ngắn kinh nghiệm cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý thầy cô giáo bạn Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy giáo Lưu Đức Dũng góp ý bạn sinh viên Hà Nội ngày 30 tháng 05 năm 2003 Sinh viên Lê Văn Việt Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí chương Giới thiệu công nghệ I Giới thiệu công nghệ chức cần trục Cần trục thiết bị dùng để nâng bốc vận chuyển hàng hoá thiết bị dùng công trường xây dựng, nhà máy cơng nghiệp luyện kim, khí lắp ráp, hải cảng Theo chức năng, cần trục chia làm hai loại: Cần trục vận chuyển dùng rộng rãi với u cầu xác khơng cao Cần trục lắp ráp dùng nhiều nhà máy khí để lắp ghép chi tiết máy móc với yêu cầu xác cao Cần trục rải liệu xếp vào loại cần trục vận chuyển Nó di chuyển phụ tải theo hai phương: phương nằm ngang phương thẳng đứng nhờ vào hệ thống truyền động đặt cần trục Chế độ làm việc cấu cần trục xác định từ yêu cầu q trình cơng nghệ, chức cần trục dây truyền sản xuất Nhìn chung, thiết bị điện cần trục làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại, dễ bị tải nhiều, tần số đóng cắt lớn, chế độ độ xảy nhanh mở máy, hãm đảo chiều Từ đặc điểm hệ thống cần trục nói chung, đưa yêu cầu công nghệ hệ thống cần trục rải liệu: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tự động phải đơn giản Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản cấu tạo thay dễ dàng Điện áp cung cấp cho lưới điện cần trục không 500V xoay chiều (thường dùng mạng điện ~380V ~ 220V) Cần trục phải bảo vệ chống tải chống ngắn mạch rơle dòng điện cực đại, khơng dùng rơle nhiệt cầu chì mạch động lực Mặt khác, để tránh động tự mở máy sau điện áp phục hồi, ta phải dùng thiết bị bảo vệ điện áp cực tiểu – bảo vệ khơng Q trình mở máy diễn theo luật định sẵn Sơ đồ điều khiển chung cho hai động Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Đảm bảo rải liệu tốc độ thấp dừng xác nơi rải liệu nạp liệu Để bảo vệ an toàn cho người thiết bị vận hành, sơ đồ điều khiển thiết phải dùng công tắc hành trình để hạn chế chuyển động cấu chúng vượt giới hạn cho phép Khi có cố, phải có khả điều chỉnh hệ thống vị trí ban đầu để chuẩn bị tiến hành chu trình làm việc Các phận chuyển động cần trục phải có phanh hãm điện từ để giữ chặt cấu chuyển động dừng động điện Mặt khác, phải đảm bảo mối liên hệ chặt chẽ động phanh hãm Khi điện, phanh hãm phải dừng truyền động trạng vị trí làm việc Các khí cụ, thiết bị điện hệ thống truyền động điều khiển phải làm việc tin cậy điều kiện mơi trường nhằm nâng cao suất, an tồn vận hành Sơ đồ công nghệ hệ thống cần trục rải liệu II Lựa chọn công nghệ Nguồn cung cấp: x 380V + dây trung tính Bộ truyền động: Toàn chuyển động hai động khơng đồng ba pha rơto lồng sóc kéo Một động cho phép chuyển động theo phương nằm ngang: sang phải sang trái Động lại cho phép chuyển động theo phương thẳng đứng: xuống lên Bộ cảm biến vị trí: cơng tắc hành trình tự phục hồi a, b, c, d e ba cảm biến b, c, e định vị chuyển động theo phương nằm ngang cảm biến a, b định vị chuyển động theo phương thẳng đứng Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Mạch điều khiển: thiết bị đóng cắt có tiếp điểm Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Chương thiết kế hệ thống điều khiển Sơ đồ công nghệ: Đây cơng nghệ rải liệu vị trí Ngun lý hoạt động cơng nghệ: Khi có tín hiệu khởi động m, tín hiệu A,C xuất làm cho cấu xuống Đến cuối hành trình xuống, B xuất cấu lên Khi A xuất cấu thực sang phải đến D cấu lại xuống D Khi B xuất cuối hành trình xuống cấu lại thực lên A xuất hiện, lúc cấu thực sang phải Khi E xuất kết thúc sang phải thực xuống, B xuất cấu lại lên E Khi A xuất hiện, cấu thực sang trái, có D xuất cấu tiếp tục sang phải đến C, cấu lại xuống tiếp tục chu trình khác Tại vị trí C, D, E sau thực xuống cấu phải dừng lại để rải liệu thời gian lên Tổng hợp công nghệ tạo hàm điều khiển Khi tiến hành tổng hợp hệ điều khiển theo quy trình cơng nghệ cho, ta biểu diễn hoạt động công nghệ theo thời gian tác động biến vào ảnh hưởng tới biến Từ ta đưa quy luật điều khiển cho hệ thống Ta có phương pháp sau để tổng hợp mạch điều khiển: Phương pháp Ma trận trạng thái Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Phương pháp Hàm tác động Phương pháp phân tầng Phương pháp Grafcet * Mach điều khiển sau ta tổng hợp phải thoả mãn yêu cầu sau đây: Thực quy trình cơng nghệ đặt Có độ tin cậy điều khiển cao Đảm bảo gọn nhẹ, đơn giản thuận tiện cho việc vận hành Có tính kinh tế đáp ứng mặt kỹ thuật mỹ thuật * Theo yêu cầu, công nghệ ta tổng hợp theo phương pháp hàm tác động Giới thiệu vầ phương pháp hàm tác động Thông thường biến cố sơ đồ kép xảy theo dòng thời gian khoảng nối tiếp Do dãy kiện mơ tả dạng hàm kiểu: F = + A + X – N + T + Z + C – X + Y + A + X Hàm gọi hàm tác động mơ tả cơng nghệ Trong đó: A, B, C (các chữ đầu bảng) tín hiệu đầu vào X, Y, Z (các cuối bảng) tín hiệu Đối với biến vào A, B, C Các dấu cộng (+) dấu trừ (-) đứng trước ký hiệu rõ tín hiệu xuất hay biến yếu tố điều kiện từ (do yêu cầu cơng nghệ) Những tín hiệu vào xuất với dấu cộng (+) mà khơng có dấu trừ (-) gọi tín hiệu xung, xuất hiện giai đoạn ngắn Những tín hiệu xuất với dấu cộng (+) dấu trừ (-) gọi tín hiệu thế, xuất phụ thuộc chặt chẽ vào yếu tố điều khiển bên Đối với biến X, Y, Z dấu cộng (+) đứng trước rõ phần tử đưa vào hoạt động nhờ hoạt động hay ngừng hoạt động tín hiệu đứng trước Dấu trừ (-) đứng trước phần tử phần tử bị ngừng hoạt động gây nên phần tử đứng sát trước Có thể biến gây nên chuyển đồng thời trạng thái số phần tử Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Nhiệm vụ người thiết kế phải tìm hàm điều khiển biến Hàm logic nêu mối quan hệ biến với đối tượng điều khiển xác định sau: Đối với phần tử đối tượng điều khiển, hàm lo gíc thể mối quan hệ hàm đóng fđ để đưa phần tử vào hoạt động hàm cắt fc để buộc phần tử ngừng làm việc Như để hàm nhận giá trị 1, cần phải thoả mãn hai điều kiện: hàm đóng fđ (fđ=1) tồn hàm cắt fc không tồn (fc=0) Lúc hàm điều khiển biến có dạng: Nếu phần tử có nhiều chu kỳ đóng cắt, chu kỳ tương ứng với hàm logic f1, f2, fn hàm điều khiển chung phần tử là: f = f1 + f2 + +fn = Sau thành lập hàm logic cho đối tượng phần tử, cần tiến hành kiểm tra để cần phải bổ sung thêm biến trung gian Sự thiết lập hàm logic cho biến trung gian tiến hành biến công nghệ * Công việc kiểm tra tiến hành sau: Nếu fđ khơng thay đổi giá trị giai đoạn đóng phần tử biểu thức fđ thoả mãn yêu cầu Nếu fđ thay đổi giá trị giai đoạn đóng phần tử cần phải thêm biến phụ, hàm đóng có tác dụng f’đ = fđ + p1 Trong trường hợp xét thấy hành vi điều khiển trạng thái hệ giống hành vi tốn tử xảy dùng biến làm biến phụ Nếu hàm cắt không thay đổi giá trị giai đoạn cắt phần tử f c thu thoả mãn yêu cầu Nếu fc thay đổi giá trị giai đoạn cắt phần tử cần phải thêm biến phụ p2 hàm cắt thoả mãn f’c = fc.p2 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Lúc hàm điều khiển củ phần tử có dạng: Kiểm tra tính đắn hàm thu chu kỳ hoạt động phần tử cách khai triển biểu thức logic thu thành dạng biểu diễn tuyển chuẩn Nếu trường hợp thấy số hạng (hội bản) có giá trị chưa đưa tín hiệu vào trái với cơng nghệ phải đưa thêm biến phụ vào để hiệu chỉnh số hạng Tính đắn hàm phải thoả mãn với chu kỳ phần tử Việc kiểm tra phải tiến hành cho hàm logic biến đầu biến trung gian Tổng hợp hàm điều khiển xác định biến công nghệ Ta chọn cảm biến vị trí A, B cho vị trí cần trục dưới, cảm biến vị trí C, D, E cho vị trí chuyển động ngang cần trục (xác định hình vẽ) Các cảm biến cho tín hiệu tín hiệu xung, tín hiệu tồn cần trục cịn vị trí (có giá trị 1) Khi cần trục khỏi vị trí tín hiệu ln (có giá trị 0) Các biến X, L, P, T biểu thị cho công việc: + X: thực nguyên công xuống cần trục + L: thực nguyên công lên cần trục + P: thực nguyên công sang phải cần trục + T: thực nguyên công sang trái cần trục 10 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Chu kỳ giống chu kỳ nên Chu kỳ 3: Hàm đóng: Hàm cắt: Kiểm tra giai đoạn đóng: Khi b xuất có L b tín hiệu xung nên ngay, khơng trì thời gian L làm việc Vì ta phải thêm biến phụ để trì hàm đóng, ta lấy biến làm biến phụ Hàm cắt hồn tồn thoả mãn a xuất L Vậy hàm điều khiển chu kỳ Hàm điều khiển biến sang phải P Chu kỳ ta có: Hàm đóng: Hàm cắt: Kiểm tra giai đoạn đóng: Khi a xuất với c L có có P c tín hiệu xung nên ngay, khơng trì thời gian P làm việc Vì ta phải thêm biến phụ để trì hàm đóng, ta lấy biến làm biến phụ 13 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Hàm cắt thoả mãn d xuất P Chu kỳ ta có: Hàm đóng: Hàm cắt: Kiểm tra giai đoạn đóng: Hàm đóng khơng thoả mãn chu kỳ hoạt động a.d = ba lần Mặt khác, d tín hiệu xung nên ngay, khơng trì thời gian P làm việc Vì ta phải thêm biến phụ để trì hàm đóng, ta lấy biến làm biến phụ Hàm cắt thoả mãn e xuất P Hàm điều khiển biến sang trái T Hàm đóng: Hàm cắt: Hàm đóng khơng thoả mãn e tín hiệu xung, cần trục rời vị trí E, ta cần thêm biến phụ biến Hàm cắt hồn tồn thoả mãn c xuất T kết thúc Vậy hàm điều khiển là: Như vậy, hàm điều khiển biến là: 14 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Xây dụng sơ đồ nguyên lý hệ thống Sơ đồ cấu trúc hệ thống theo hàm biến đầu ra: 15 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Do yêu cầu công nghệ, ta cần phải hiệu chỉnh sơ đồ hoạt động công nghệ yêu cầu Với mạch động lực hình vẽ Thuyết minh hoạt động sơ đồ nguyên lý: 16 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí trạng thái ban đầu sau đóng cầu dao CD, người vận hành phải ấn nút m để kiểm tra Rơle điện áp RA kiểm tra điện áp nguồn, đủ trị số cho phép tiếp điểm RA(1-2) mạch điều khiển cho phép hệ thống làm việc Đồng thời, tiếp điểm Ra(3-4) đóng lại trì nguồn cấp cho RA m Khi cảm biến vị trí C cần trục tác động c(2-6) đóng cuộn hút cơngtăctơ X có điện, tiếp điểm X(2-12)đóng lại cấp nguồn cho 1H, tiếp điểm 1H(2-31) đóng lại cấp điện cho cuộn dây nam châm phanh hãm FH1 làm nhã phanh roto Đ1 Đồng thời tiếp điểm X mạch động lực đòng lại cấp nguồn cho động Đ1 thực xuống Khi đến cuối hành trình xuống xuất b làm nguồn X, tiếp điểm X(10-11) đóng, RTh có điện tiếp điểm RTh(214) bắt đầu tính thời gian đóng chậm, lúc X(2-12) mở làm cho phanh PH1 tác động hãm động Đ1 Cơ cấu lúc thực công việc rải liệu Sau khoảng thời gian định RTh RTh(2-14) đóng cấp nguồn cho cơngtăctơ L có điện, L(2-12) đóng nên 1H có điện làm phanh PH1 nhã Đồng thời tiếp điểm L mạch động lực đóng lại đảo trng pha làm cho động Đ1 quay theo chiều ngược lại thực hành trình lên Khi lên đến A a xuất với c làm P có điện, tiếp điểm P(25-22) đóng trì P L(2-12) mở, 1H điện nên phanh PH1 tác động P(2-13) đóng 2H có điện làm PH2 nhã, tiếp điểm mạch động lực đóng cấp nguồn cho động Đ2 thực chuyển động sang phải Khi đến D tín hiệu d xuất hiện, d(2-9) đóng với P có làm X có điện, q trình X làm việc lại xảy Lúc này, X(22-23) mở làm điện P nên P(213) mở làm 2H điện, PH2 tác động hãm Đ2 Quá trình làm việc Đ1 lại lặp lại với hành trình lên xuống trước Khi lên đến D làm d(2-24) đóng, P xuất làm điện L Lúc 1H điện 2H coá điện nên PH1 tác động PH2 nhã, tiếp điểm P mạch động lực đóng Đ2 thực hành trình sang phải Khi đến E e(2-6) đóng làm X có điện, lúc trình xuống rải liệu lên lại thực cũ Khi lên đến E e(26-27) đóng làm T có điện, T(2-28) đóng trì L,e L(17-18) mở làm điện côngtăctơ L 1H điện 2H coá điện nên PH1 tác 17 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí động cịn PH2 nhã, tiếp điểm T mạch động lực đóng làm động Đ2 thực hành trình sang trái Khi đến C chu trình lại lặp lại cũ Các khả cố việc bảo vệ hệ thống Trong suốt thời gian vận hành hệ thống, xảy cố ngắn mạch, tải, điện lưới giảm điện áp xuống trị số cho phép Ta cần phải đề trường hợp dự phòng: Để bảo vệ ngắn mạch bảo vệ tải ngắn hạn xung kích, động làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại nên ta khơng thể sử dụng cầu chì rơle nhiệt, ta sử dụng rơle dòng điện cực đại 1RM, 2RM, 3RM, 4RM, 5RM, 6RM tác động nhanh với việc chỉnh định khác Trong sơ đồ, rơle dòng điện cực đại 1RM, 2RM, 4RM, 5RM dùng để bảo vệ tải ngắn hạn xung kích chế độ làm việc hai pha nên dòng chỉnh định nhỏ dịng điện làm việc hai pha (và dòng điện nhỏ dòng khởi động) Do chỉnh định nên khởi động, rơle tác động Vì vậy, để đảm bảo khởi động, ta dùng rơle thời gian RTh1 để phân mạch chúng Thời gian chỉnh định RTh phải lớn thời gian khởi động động đảm bảo cho động tải khoảng thời gian Tiếp điểm rơle loại tự phục hồi rơle 3RM 6RM dùng để bảo vệ ngắn mạch, rơle tác động mạch ngắt Khi điện áp lưới bị giảm thấp trị số cho phép phải cắt mối liên hệ nguồn điện động Để tránh động tự khởi động điện áp lưới phục hồi Khâu bảo vệ điện áp thấp bảo vệ điểm không phối hợp với mạch bảo vệ tải ngắn hạn xung kích ngắn mạch sơ đồ Khi làm việc, điện áp lưới giảm thấp quy định điện rơle điện áp RA nhả cắt điện mạch điều khiển, phanh hãm làm việc để hãm động nên vị trí làm việc cần trục giữ nguyên Khi điện áp lưới phục hồi trở lại mạch điều khiển khơng có điện lại Để tiếp tục làm việc, người vận hành phải ấn nút mở máy m để cấp điện cho mạch điều khiển 18 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí chương tính chọn thiết bị hệ thống I Thiết bị chấp hành Trong cấu truyền động, ta sử dụng động khơng đồng rơto lồng sóc loại 3K160 S4 Công ty chế tạo Điện Hà Nội (CTAMAD) với thông số kỹ thuật sau: Công suất định mức 10 kW Điện áp định mức 220/380 V Tốc độ định mức 1450 (vòng/phút) Hệ số công suất cos = 0,85 Mômen khởi động Mmm = 2Mđm Mômen cực đại Mmax = 2,2Mđm II Thiết bị điều khiển: Côngtắctơ X, L, P, T: Để thuận tiện sử dụng, lắp đặt thay thế, ta sử dụng côngtắctơ điện từ xoay chiều X, L, P, T loại LC1 D25-AC3 hãng Telemecanique (Pháp) Số tiếp điểm Số tiếp điểm phụ Thường Động lực Thường mở Điều khiển Iđm(A) Uđm(V) Uđk(V) Pđk(VA) đóng 4 25 380 220 60 Kích thước 90 x 120 x 120 mm Rơle thời gian RTh, RTh1: Trong sơ đồ mạch điều khiển, ta sử dụng loại rơle thời gian: Rơle thời gian RTh có tiếp điểm thường mở đóng chậm với thời gian chỉnh định lớn phụ thuộc vào thời gian nạp liệu rải liệu định thời gian khởi động tải cho phép hai động (5 30 phút) Chọn rơle thời gian kiểu 19 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí SDDR hãng SAMWHA Kích thước hai loại rơle thời gian 44 x 54 x 54 mm Thời gian chỉnh định Số tiếp điểm Điện áp Công suất 30 phút 220 V 250 VA Cầu dao CD Chọn cầu dao loại cực có thiết bị dập hồ quang với điện áp 500V dịng 150A Kích thước 100 x 140 mm Nút ấn m, D Chọn nút ấn loại tự phục hồi SB220V hãng Telemecanique Cảm biến vị trí a, b, c, d e Chọn cảm biến loại tự phục hồi PMA3 hãng Telemecanique Các rơle 1H,2 H Chọn rơle loại PMR hãng SAMWHA Số tiếp điểm Điện áp Đóng Mở 3 Cơng suất 220 V 250 VA Kích thước 50 x 80 x 60 mm thiết bị bảo vệ Rơle dòng điện cực đại bảo vệ tải ngắn hạn xung kích 1RM, 2RM, 4RM, 5RM Dòng điện chỉnh định rơle I = 0,85.Ikđ = 0,85 x 5,5 Iđm = 88 A Chọn thiết bị EOCR-SS1 90 hãng SAMWHA với thông số Số tiếp điểm Dòng chỉnh định Điện áp Rộng Dài 90A 380 V 54 mm 60 mm Rơle dòng điện cực đại bảo vệ ngắn mạch 3RM, 6RM Dòng điện chỉnh định rơle I = 1,25.Ikđ = 1,25 x 5,5 Iđm = 137 A Chọn thiết bị EOCR-FDZ 140 hãng SAMWHA với thông số Số tiếp điểm Dòng chỉnh định Điện áp Rộng Dài 140A 380 V 50 mm 70 mm 20