phân tích các phương pháp điều khiển truyền động công nghệ cán dây. thiết kế bộ điều khiển truyền động ăn dao tự động cho máy tiện f- đ

Đề tài: “Nghiên cứu tổng quan về công nghệ máy cán dây. Thiết kế chương trình điều khiển truyền động cho các động cơ thực hiện.” LỜI MỞ ĐẦU Sự bùng nổ của ngành công nghiệp cơ khí và điện tự động hóa đã đạt những thành tựu to lớn, đem lại rất nhiều lợi ích trong công việc cũng như nhiều thiết bị ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Mặc dù các máy gia công kỹ thuật số đang là xu hướng mới của thị trường nhưng đây là những thiết bị đắt tiền và phức tạp. Do đó các máy gia công kim loại như máy tiện, máy mài, máy bào giường, máy rèn rập… vẫn là các thiết bị chủ yếu trong việc chế tạo cơ khí. Nên việc nghiêm cứu, tìm hiểu cải tiến nó là một trong những vấn để rất được quan tâm hiện nay. Môn học Trang Bị Điện là môn học có thể giúp em thực hiện các công việc này. Được giao đề tài về máy cán dây là loại máy phổ biến nhất trong công nghệ gia công kim loại. Với yêu cầu là” Phân tích các phương pháp điều khiển truyền động công nghệ cán dây. Thiết kế bộ điều khiển truyền động ăn dao tự động cho máy tiện F- Đ”. Qua thời gian học tập nghiên cứu và chỉ bảo tận tình của thấy Hoàng Xuân Bình em đã hoàn thành đồ án này. Mặc dù đồ án đã hoàn thành đạt kết quả nhất định nhưng do thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi sai sót. Em mong được sự góp ý ủng hộ của các thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn Mục lục: Nội dung Trang: Lời giới thiệu 2 Chương 1: Tổng quan về công nghệ dây 4 1.1. Đặc điển công nghệ cán dây 4 1.2. Động cơ truyền động trong dây chuyền cán 5 1.3. Các thiết bị do lường và quan sát 10 Chương 2: Mô hình hóa toán học của hệ thống 15 2.1. Các động cơ truyền động chính trong dây chuyền cán 15 2.1.1. Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập 15 2.1.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều 19 2.1.3. Hệ truyền động điện 1 chiều sử dụng bộ biến đổi 21 2.1.4. Mô hình động cơ điện 1 chiều 22 2.2. Xây dựng mô hình toán của hệ truyền động 23 2.2.1. Vấn đề đồng bộ tốc độ và sức căng của dây truyền nhiều động cơ 23 2.2.2. Mô hình toán của các trục kéo và của cả hệ thống 24 2.2.3. Xác định tham số bộ điều khiển theo các tiêu chuẩn 26 Chương 3. Mô phỏng hệ thống 30 2.3.1. Mô hình mô phỏng trên Matlab 30 2.3.2. Các đáp ứng của hệ thống 31 Kết luận 34 Tài liệu tham khảo 35 Chương 1: Tổng quan về công nghệ cán dây 1.1. Đặc điển công nghệ cán dây. Dây kim loại rất cần trong nền kinh tế quôc dân. Nó là phôi để sản xuât cáp,bu lông, đinh tán, lò xo v.v… hoặc dùng trong xây dựng. Các dây kim loại rất khác nhau về hình dạnh và kích thước tiết diện ngang. Ví dụ như dây kim loại tiết diện tròn có đường kính trong một dải rộng từ 0,005 đến 25mm. Mỗi máy cán dây gồm các phần chính sau : đầu chuốt, tang kéo, động cơ, khớp đần hồi hay đai hình thang nối với hộp động cơ hộp tốc độ, thiết bị quấn v.v…Ở nhiều máy cán,kim loại được kéo qua nhiều đầu chuốt có kích thước giảm dần. Máy cán dây một đầu chuốt chỉ dùng khi kéo dây rất lớn. Máy cán dây nhiều đầu chuốt chia thành 2 nhóm chính : - Máy có thay đổi lượng dây ở các tang kéo trung gian. - Máy không thay đổi lượng dây ở các tang kéo trung gian. Nguyên lý làm việc của nhóm máy là giũ thể tích dây bằng nhau qua mỗi đầu chuốt trong những khoảng thời gian như nhau. Điều kiện này có thể bị phá vỡ do đầu chuốt bị mòn hoặc do nguyên nhân khác. Muốn giữ điều kiện này, cần phải giảm tốc độ của các tang kéo trung gian tương ứng. Có 2 cách làm : a) Tự động điều chỉnh thay đổi tốc độ các tang kéo trung gian không có sự trượt trên tang. b) Thay đổi độ trượt tương đối của các dây trên tang kéo trung gian khi giữ tốc độ tang kéo không đổi. Tốc độ dài của tang kéo lớn hơn 2 - 4% tốc độ dây. Công nghệ các dây trong một chu trình bắt đầu bằng chỉnh máy ở tốc độ thấp không quá 0,5 – 1m/s và chế độ là chạy nhắp. Chỉnh máy kết thúc khi dây đã quấn đủ trên các tang kéo và ra khỏi máy. Lúc này máy chuyển sang chạy ở tốc độ cao. Việc tăng tốc từ tốc độ bò lên tốc độ làm việc hay giảm tốc độ ngược lại phải đẩm bảo bằng phẳng để tránh đứt dâyhay không đều tiết diện. Trong quá trình cũng phải đẩm bảo điều chỉnh vô cấp tốc độ làm việc tuỳ theo hình dáng và kích thước tiết diện ngang của dây. Trong máy cán dây nhóm I ( có thay đổi lượng dây ở các tang kéo trung gian), việc điều chỉnh vô cấp tốc độ của mỗi tang kéo là nhờ đai hình thang kết hợp với hộpp tốc độ 4 cấp điều chỉnh bằng tay. Điều dó cho phép điều chỉnh tốc độ bằng phảng trong dải rộng và có thể sử dụng được truyền động xoay chiều. Trong máy cán dây nhóm II ( không thay đổi lượng dây ở các tang kéo trung gian), người ta dùng truyền động một chiều và tự động điều chỉnh tốc độ qua điều chỉnh từ thông. Việc điều chỉnh quan hệ tốc độ giữa các tang kéo nhờ thay đổi mômen quay trên trục tang kéo dưới tác dụng của sức căng dây. Các động cơ dẫn động các tang kéo được mắc nối tiếp các phần ứng với nhau. 1.2. Động cơ truyền động trong dây truyền cán. 1.2.1. Truyền động điện xoay chiều cho máy cán dây. Một số máy cán dây dùng truyền động điện xoay chiều với động cơ không đồng bộ 3 pha rôtor dây quấn, công suất dưới 55kW, 380V, 1500vg/ph. Máy cán công suất nhỏ có thể dùng động cơ xoay chiều rôtỏ lồng sóc. Động cơ nối với hộp tốc độ bằng đai truyền hình thang. Các máy cán dây to và đặc biệt to thường sử dụng động cơ không đồng bộ 3 tốc độ rôtỏ lồng sóc, công suất tới 40kW, 750,1000.1500vg/ph. Yêu cầu chình cho truyền động máy cán dây là đảm bảo tốc độ chỉnh định máy nhỏ ( tốc độ bò ) và chuyển dộng em lên tốc độ làm việc. Phần lớn các máy cán dây thực hiện điều chỉnh tốc độ bằng điện trở phụ : một cấp ở mạch stator động cơ rôtor lồng sóc, tới 5 cấp ở mạch rorto ở động cơ dây quấn. Tăng tốc độ động cơ theo nguyên tắc thời gian. Dừng nhanh nhờ hãm ngược hay hãm động năng là nhờ bộ biến đổi thyristo. Hình 8-55 cho sơ đồ đièu khiển truyền động máy cán dây có trượt 15/200 ; 22/200 ( tử số là số tang kéo, mẫu số là đường kính tang kéo tính theo mm). 2 Ð 1 Ð 2 K 2R N 2 CC 1CC 1R N K 3K R BA 1RN 2RN Ð 1M 1k rth 3k 3k 3k 3m 2m 2 HT 1ht 3k Re 2k 2K 380 220 V Re Re Re Re rth Hình 8-55. Sơ đồ TĐĐ máy cán dây dùng các động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc 2Đ là động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc 0,6kW kéo máy bơm dầu. Dộng cơ 1Đ là các tang kéo công suất 17kW. Bảo vệ các động cơ bàng các cầu chì 1CC, 2CC và các rơle nhiệt 1RN, 2RN. Các điện trở R ở mạch stator động cơ 1Đ dùng để giảm tốc độ động cơ khi chạy chỉnh máy và hạn chế dòng mở máy. Đầu tiên, ấn 1M để công tắc tơ 2K đóng mạch động cơ bơm dầu. Để chạy chỉnh máy,chuyển hộp tốc độ ở mức thấp và ấn 2M để công tắc tơ 1K dống mạch động cơ 1Đ qua điện trở R. Sau khi chạy chỉnh máy, chuyển hộp tốc độ lên số cao và ấn 3M. Rơle trung gian Re có điện sẽ đóng mạch rơle thời gian và sau thời gian duy trì sẽ đóng mạch công tắc tơ gia tốc 3K để ngắn mạch điện trở R ở mạch stator động cơ 1Đ. 2 Ð 1 Ð 2 K 2rn 2 CC 1CC 1rn K 3K R BA 1RN 2RN 1M 1k rth k3 k3 k3 3m 2m 3 HT 2ht k3 Re 2k 2K 380 220 V Re Re Re Re rth3 k3 k2 k1 Ð 1ht k2 Ð k1 rth1 k2 rth2 3CC Hình 8-56. Sơ đồ TĐĐ máy cán dây dùng các động cơ không đồng bộ rotor dây quấn. Dừng máy bằng tay nhờ nút D. Các công tắc hành trình 1HT, 2HT sẽ dừng máy khi dứt dây cán và khi dây quấn đầy. Hinh 8-56 biểu thị sơ đồ truyền động máy cán dây 10/250 có trượt với động cơ rôtor dây quấn. Công suất động cơ chính là 45kW. Hoạt động của sơ đồ tương tự như sơ đồ hình 8-55. Tăng tốc động cơ 1Đ theo nguyên tắc thời gian nhờ rơle thời gian Rth có động cơ để lần lượt đóng mạch các công tắc tơ gia tốc K1, K2, K3. 1.2.2. Truyền động điện một chiều máy cán dây Truyền động này dùng cho các máy cán dây cần điều chỉnh tự động liên tục tốc độ các tang kéo trung gian trong thời gian làm việc ma không có sự trượt dây trên bề mặt tang kéo. Động cơ một chiều truyền động máy được điều chỉnh tốc độ ở 2 vùng. Tốc độ bò có được nhờ giảm từ thông, Hệ sử dụng trong truyền động máy là F-Đ hoặc T-Đ. Phần ứng vói các động cơ truyền động tang kéo được mắc nối tiếp nhau. Hình 8 – 57 là một sơ đồ truyền động máy cán dây 7/550 dùng hệ T-Đ. Các cuộn dây phôi được kéo tới các giá cơ khí và từ đó đầu dây được kéo qua đầu chuốt thứ nhất tới tang kéo đầu tiên. Tang kéo này là một tang chứa, truyền động bằng một động cơ theo hệ T-Đ, đảm bảo điều chỉnh tốc độ trong một dải rộng. Tang chứa này có 2 tầng, 2 đầu chuốt và động cơ kéo có công suất 125kW, 440V. Tầng dưới có đường kính nhỏ, còn tầng trên cũng như cấc tang kéo khác. Năm tang kéo kế tiếp theo cũng được dẫn động bằng 5 động cơ riêng nhưng các phần ứng mắc nối tiếp nhau trong một hệ T-Đ do bộ đổi thyristor 2T cấp nguồn. Các cuộn kích từ được cấp điện riêng từ các bộ biến đổi thyristor TK. Tại đầu ra tốc độ làm việc ( tốc độ chuốt) là 28m/s, còn tốc độ bò ( tốc độ chỉnh máy ) là 1m/s. Dải điều chỉnh tốc độ thay đổi bằng điện áp phần ứng là 12:1, còn lại do thay đổi từ thông là 2,5 : 1. Đẻ duy trì sức căng dây giữa các tang kéo, trong mạch phần ứng các động cơ nối tiếp luôn có một dòng dừng cỡ 10-20$ dòng định mức. Ở chế độ chỉnh máy (chạy nhắp ) dòng các phần ứng tăng từ giá trị dòng dừng đến dòng chạy nhắp cỡ 1-1,5 định mức. 2kt 3kt 4kt 5kt 6kt1kt 7Ft 7 Ð 6FT 3K ÐK 3T 2kt ÐK Ð ? ÐK 1t 1k 2k Phôi cán vòng móc Rulô qu?n C ?m bi?n xung 6 Ð 5 Ð 4 Ð 3 Ð 2 Ð 1 Ð 2t 3- 380V 3- 380V Ð ? 2FT Hình 8-57. Sơ đồ truyền động thyristor máy cán dây7/550. Trước khi quấn vào rulô, dây tang vòng móc. Tang vòng móc dùng để bù trừ các dao động sức căng. Rulô quấn đưởctuyền động cũng bằng hệ T-Đ. Tốc độ các động cơ được kiểm tra qua các máy phát tốc. Khi rulô quấn đầy, máy tự động dừng để cắt dây và thay rulô mới. Hình 8-58 là sơ đồ chức năng hệ điều chỉnh tự động của máy cán dây 7/550. Máy có 2 bộ điều chỉnh : dòng và s.đ.đ. Bộ điều chỉnh dòng RI có các tín hiệu tới là : tín hiệu từ cảm biến dòng CBI tỉ lệ với dòng phần ứng các động cơ 2Đ-6Đ và tín hiệu là tín hiệu đặt ra của bộ điều chỉnh sc.đ.đ. RE. Hai tín hiệu này được so sánh với nhau và chọn ra tửI tín hiệu tới khâu xung – pha XP điều khiển bộ biến đổi thyristor T. Đầu vào của RE có 2 tín hiệu tới được so sánh với nhau là : tín hiệu đặt từ bộ đặt tốc độ D ω hay từ bbộ đặt tín hiệu tốc độ chỉnh N D ω , qua bộ định gia tốc ĐG tới và tín hiệu phản hồi âm về s.đ.đ. CBE tới. Đo s.đ.đ. nhờ cộng các tín hiệu tỉ lệ với điện áp phần ứng qua cảm biến CBU và tín hiệu tỉ lệ với dòng phần ứng qua cảm biến CBI. 6 Ð 5 Ð 4 Ð 3 Ð 2 Ð 1R 2R 3R CBV CBI XP RI 2 Ð RE ÐG Ð ?N Ð ? 3 - 380V Hình 8-58. Sơ đồ truyền động thyristor máy cán dây7/550. [...]... 2 phương pháp điều chỉnh tốc đ đ ng cơ bằng cách điều chỉnh điện áp phần ứng và điều chỉnh tốc đ đ ng cơ bằng điều chỉnh từ thông kích từ a Điều chỉnh tốc đ đ ng cơ điện 1 chiều bằng điều chỉnh điện áp đ t vào phần ứng Khi thực hiện điều chỉnh tốc đ đ ng cơ bằng cách điều chỉnh điện áp phần ứng ta chỉ có thể thực hiện điều chỉnh dưới đ nh mức đ c điểm của phương pháp này là lúc điều chỉnh tốc đ ... hệ số Phương trình đ c tính cơ của đ ng cơ: ω= U R U R.i − M = − 2 kϕ (kϕ ) kϕ kϕ 2.1.2 Điều chỉnh tốc đ đ ng cơ điện 1 chiều Tốc đ đ ng cơ điện 1 chiều có thể đ ợc điều chỉnh theo nhiều phương pháp như: điều chỉnh điện trở mạch phần ứng, điều chỉnh từ thông kích từ, điều chỉnh điện áp đ t vào phần ứng đ ng cơ Do yêu câu truyền đ ng và cách lựa chọn đ ng cơ là đ ng cơ điện 1 chiều kích từ đ c lập... nghiệm phục vụ cho quá trình làm đ án tốt nghiệp sau này Bài thiết kế đ giải quyết tốt vấn đ đ ng bộ tốc đ trong hệ truyền đ ng nhiều trục đ ng cơ Tuy nhiên ở bài thiết kế này chỉ có thể điều chỉnh tốc đ tại vùng tốc đ dưới đ nh mức( điều chỉnh bằng điện áp phần ứng) Bài thiết kế vẫn chưa giải quyết triệt đ vấn đ đ ng bộ mô men, chưa điều khiển tốc đ các đ ng cơ ở vùng trên đ nh mức Sinh viên... cơ điện 1 chiều kích từ đ c lập khi thay đ i từ thông 2.1.3 Hệ truyền đ ng điện 1 chiều sử dụng bộ biến đ i Sơ đ khối của hệ truyền đ ng điện 1 chiều đ ợc thể hiện như trên hình 2.15 Hình 2.15: sơ đ khối hệ truyền đ ng 1 chiều Trong đ : BBĐ: Bộ biến đ i ĐC: Đ ng cơ MSX: Máy sản xuất Bộ biến đ i (BBĐ) có thể là bộ chỉnh lưu tiristor, bộ băm xung 2.1.4 Mô hình đ ng cơ điện 1 chiều Dựa vào các phương. .. từ đ c lập đ tuyến tính hóa và φ = φđm Khi bỏ qua sức điện đ ng E ta đ ợc mô hình của đ ng cơ điện 1 chiều như hình 2.18 Hình 2.18: Mô hình đ ng cơ điện 1 chiều khi bỏ qua E 2.2 Xây dựng mô hình toán của hệ truyền đ ng điện 2.2.1 Vấn đ đ ng bộ tốc đ và sức căng của dây truyền nhiều đ ng cơ Hệ truyền đ ng dây truyền kéo đ ng là 1 hệ truyền đ ng nhiều đ ng cơ, dây chuyền chạy liên tục Khi hoạt đ ng. ..1.3 Các thiết bị đo lường và quan sát Trong dây truyền kéo đ ng sử dụng nhiều đ ng cơ, đ kéo dây qua các khuôn Trong quá trình làm việc yêu cầu cần phải đ m bảo ổn đ nh và đ ng bộ tốc đ Đ giám sát và thực hiện điều khiển đ ợc cần tiến hành đo đ ợc các thông số dòng điện , tốc đ , vị trí,… mỗi thông số đ ợc đ a về đ thiết lập mạch vòng kín đ điều chỉnh đ ng cơ truyền đ ng và chúng có 1 cảm biến đ ... vòng tốc đ và mạch vòng dòng điện, còn các đ ng cơ phía sau do phải đ ng bộ tốc đ và sức căng (đ dài) với đ ng cơ phía trước nó nên có cả 3 mạch vòng tốc đ , dòng điện và vị trí Việc thực hiện đ t tốc đ cho các đ ng cơ là do đ ng cơ phía trước nó thực hiện, đ ng cơ 1 đ ợc đ t tốc đ từ máy tính, bộ điều khiển ngoài,… a Tổng hợp mạch vòng dòng điện Mô hình mạch vòng dòng điện, hình 2.19a, và đ ợc rút... chọn đ ng cơ điện 1 chiều kích từ đ c lập Giản đ đ ng cơ điện 1 chiều kích từ đ lập đ ợc thể hiện như hình 2.5 Hình 2.5: Giản đ đ ng cơ 1 chiều kích từ đ c lập Trong đ : U: điện áp đ t vào phần ứng đ ng cơ Eư: sức điện đ ng I: dòng điện phần ứng Rư, Lư :điện trở, điện cảm phần ứng đ ng cơ Rk, Lk :điện trở, điện cảm phần kích từ của đ ng cơ Uk : điện áp đ t vào kích từ Ik : dòng điện phần kích từ Các. .. đ ng yêu cầu đ ng bộ tốc đ , sức căng giữa các trục kéo Nếu không đ m bảo yêu cầu đ ng bộ thì có thể dây đ ng sẽ bị đ t Trong thực tế có thể sử dụng 1 khối đ t tốc đ , tốc đ của các khối còn lại đ ợc lấy tỷ lệ với khối đ t tốc đ Trong truyền đ ng nhiều trục vấn đ đ ng bộ tốc đ , sức căng của các trục kéo có thể thực hiện theo hai phương pháp: Đ ng bộ tốc đ nguồn cấp chung và đ ng bộ tôc đ nguồn cấp... hiện mô hình của đ ng cơ thứ nhất, nó có tác dụng nhận tốc đ đ t từ máy tính hay các thiết bị PLC,… và đ t tốc đ cho các đ ng cơ phía sau, các đ ng cơ còn lại phải thực hiện đ ng bộ tốc đ với nó Hình 2.24 Hình 2.24 Thể hiện mô hình của các đ ng cơ phía sau, cụ thể là đ ng cơ 2 Các đ ng cơ còn lại có mô hình tương tự. 2.3.2 Các đ p ứng của hệ thống Nhận xét: Với tốc đ đ t là đ ờng có đ dốc, tức là . công kim loại. Với yêu cầu là” Phân tích các phương pháp điều khiển truyền đ ng công nghệ cán dây. Thiết kế bộ điều khiển truyền đ ng ăn dao tự đ ng cho máy tiện F- Đ . Qua thời gian học tập nghiên. đ ng các tang kéo đ ợc mắc nối tiếp các phần ứng với nhau. 1.2. Đ ng cơ truyền đ ng trong dây truyền cán. 1.2.1. Truyền đ ng điện xoay chiều cho máy cán dây. Một số máy cán dây dùng truyền đ ng. gian Rth có đ ng cơ đ lần lượt đ ng mạch các công tắc tơ gia tốc K1, K2, K3. 1.2.2. Truyền đ ng điện một chiều máy cán dây Truyền đ ng này dùng cho các máy cán dây cần điều chỉnh tự đ ng liên