Khoan, ma trận trạng thái

Trong công việc thiết kế, tự động hoá điều khiển đợc thể hiện qua hai quá trình sau: - Tự động hoá điều khiển công việc đa vật thể vào vị trí định trớc xác định vị trí lỗ khoan.. Quá trì

Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá 2 – K44 Trang 1

Đồ án môn học: Điều khiển logic

mục lục

Trang

6 Xác định biến trung gian, mã hoá biến trung gian 9

7 Hàm điều khiển cho biến ra và biến trung gian 10 8.Thuyết minh hoạt động của sơ đồ nguyên lý 12 Chơng III Tính chọn thiết bị và thiết kế mạch lắp rắp 14

Lời nói đầu Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc, có thể nói một trong những tiêu chí để đánh giá sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia là mức độ

tự động hoá trong các quá trình sản xuất mà trớc hết đó là năng suất sản xuất và chất lợng sản phẩm làm ra Sự phát triển rất nhanh chóng của máy tính điện tử , công nghệ thông tin và những thành tựu của lý thuyết Điều khiển tự động đã làm

cở sở và hỗ trợ cho sự phát triển tơng xứng của lĩnh vực tự động hoá

ở nớc ta mặc dầu là một nớc chậm phát triển, nhng những năm gần đây cùng với những đòi hỏi của sản xuất cũng nh sự hội nhập vào nền kinh tế thế giới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật mà đặc biệt là sự tự động hoá các quá trình sản xuất đã có bớc phát triển mới tạo ra sản phẩm có hàm lợng chất xám cao tiến tới hình thành một nền kinh tế tri thức

Ngày nay tự động hoá điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào từng ngõ nghách, vào trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản phẩm Một trong

những ứng dụng đó mà đồ án này thiết kế là điều khiển công nghệ khoan Tự

động hoá điều khiển công nghệ khoan là quá trình tạo ra một lỗ thủng trên bề mặt vật thể có kích thớc chiều sâu định trớc Trong công việc thiết kế, tự động hoá

điều khiển đợc thể hiện qua hai quá trình sau:

- Tự động hoá điều khiển công việc đa vật thể vào vị trí định trớc (xác định

vị trí lỗ khoan)

- Tự động hoá đa mũi khoan vào khoan vật thể sau đó quay về vị trí cũ đễ

đảm bảo cho quy trình tiếp theo

Chất lợng mũi khoan và năng suất làm việc phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ điều khiển Quá trình làm việc đợc thực hiện theo một trật tự logic, theo trình tự thời gian xác định do đó để điều khiển đợc công nghệ ta phải tổng hợp

đ-ợc hàm điều khiển cho hệ thống Có rất nhiều phơng pháp để tổng hợp hàm điều khiển nhng ở đây ta sử dụng phơng pháp “Ma trận trạng thái” So với các phơng pháp khác thì phơng pháp hàm tác động có u điểm đơn giản và đảm bảo sự chính xác về tuần tự thực hiện quá trình

Trong quá trình làm đồ án,đợc sự giúp đỡ hớng dẫn nhiệt tình của thầy giáo hớng dẫn và các bạn,em đã hoàn thành đợc bản đồ án này.Tuy nhiên, do trình độ có hạn, bản đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót

Em mong nhận đợc sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn

Chơng I : Giới thiệu công nghệ

Máy khoan đợc sử dụng rộng rãi trong các nhà máy cơ khí Bên cạnh các máy móc cơ khí khác nh các máy tiện, máy doa, máy bào giờng, bào xọc dần dần đợc tự động hóa theo một dây chuyền ngày càng hiện đại Các máy khoan cũng đợc tự động hoá theo dây chuyền nhằm nâng cao năng suất và giảm sự nặng nhọc cho ngời công nhân

Trong môi trờng làm việc nặng nhọc công nghệ yêu cầu :

+) Khoan làm việc ổn định, chắc chắn

+) Tần số làm việc lớn

* Nguyên lý hoạt động:

Khi cảm biến p có tín hiệu, nghĩa là thanh gỗ đã ở vào vị trí xác định

Piton D đẩy về phía trớc, thực hiện D+ và kẹp thanh gỗ Khi thanh gỗ đợc kẹp chặt cũng là lúc cảm biến áp suất d1 nhận đợc tín hiệu Piton C tiến, thực hiện nguyên công C+ Khi piton C chạm cảm biến c1, Piton B thực hiện nguyên công

B+, giữ cố định thanh gỗ Khi B chạm b1, thực hiện hai quá trình cùng 1 lúc:

+) Thứ nhất, piton D thực hiện D –, khi D chạm d0 , piton C thực hiện C .Khi C chạm c0 , piton D thực hiện D+

+) Thứ hai, piton A thực hiện A+, quá trình khoan bắt đầu làm việc.Khi nhận đợc a1 piton A thực hiện A

Sau khi piton A chạm cảm biến a0 (quá trình khoan đã hoàn thành) và piton

D chạm cảm biến d1, piton B thực hiện B (không kẹp thanh gỗ nữa) Khi cảm biến b0 nhận đợc tín hiệu,piton C thực hiện C+ Đến đây, quá trình đợc thực hiện lặp lại nh cũ

Chơng II : Thiết kế sơ đồ nguyên lý

1 Giới thiệu Trong dây chuyền sản xuất công nghiệp, các thiết bị máy móc thờng hoạt

động theo một trình tự lôgic chặt chẽ nhằm đảm bảo chất lợng sản phẩm, an toàn cho ngời và thiết bị Cấu trúc làm việc trình tự của dây chuyền đã đa ra yêu cầu cho điều khiển là điều khiển sự hoạt động chặt chẽ thống nhất của dây chuyền

đồng thời cũng gợi ý cho ta sự phân nhóm lôgic của automat trình tự bởi các tập hợp con của máy móc và các thuật toán

Quá trình công nghệ có thể bao gồm : +) Hoàn toàn tự động

+) Bán tự động +) Hoàn toàn bằng tay Khi thiết kế hệ thống phải tính toán đến các phơng thức làm việc khác nhau để đảm bảo an toàn và xử lí kịp thời các h hỏng trong hệ thống Phải luôn có phơng án can thiệp trực tiếp của ngời vân hành đến việc dừng máy khẩn cấp

Ma trận trạng thái công cụ rất hữu ích để thiết kế và thực hiện đầy đủ các yêu cầu của công nghệ tự động hoá các quá trình công nghệ kể trên

2 Phơng pháp ma trận trạng thái Khi gặp những đối tợng công nghệ mới, ngời đặt hàng thờng chỉ nêu những yêu cầu của đối tợng cần phải thoả mãn Những yêu cầu đó thể hiện các trạng thái của hệ thống cần có theo công nghệ Vì vậy một cách tốt nhất và ít sai sót nhất là ghi chép lại tất cả các yêu cầu đặt hàng đó thành một bảng kèm theo

sự sắp sếp hợp lí, khoa học Bảng thống kê đó gọi là bảng trạng thái, nó thể hiện mối quan hệ giữa các tín hiệu vào ở các trạng thái bất kì nào của hệ Trong bảng bao gồm các cột:

Trạng thái của hệ biểu thị các mệnh đề nói rõ về công nghệ hoặc những nguyên công mà máy cần thoả mãn Số hàng của bảng chỉ rõ số trạng thái của hệ

Cột các tín hiệu vào bao gồm những cột chứa các tổ hợp logic các tín hiệu

đa vào hệ điều khiển Những tín hiệu này bao gồm những tín hiệu phát lệnh điều khiển của mạch vận hành, của thiết bị chơng trình hoặc những tín hiệu phát ra từ các đối tợng công nghệ

Cấu trúc điều

khiển trì nh

tự

Tín hiệu vào

Cột các trạng thái ra, mỗi trạng thái xác định của hệ điều khiển cho một trạng thái đầu ra xác định Giá trị đầu ra là kết quả trực tiếp của hệ điều khiển

đảm bảo cho hệ chấp hành thực hiện đầy đủ ý đồ công nghệ

Phơng pháp tổng hợp mạch điều khiển sử dụng bảng trạng thái đợc gọi là phơng pháp ma trận trạng thái Sau đây ta sẽ xây dựng bảng trạng thái cho hệ

điều khiển máy khoan và từng bớc tổng hợp mạch điều khiển

3 Lập graph chuyển trạng thái

Gọi a là tín hiệu điều khiển A+, A—

+) a = 0 ứng với tín hiệu a0

+) a = 1 ứng với tín hiệu a1

Gọi b là tín hiệu điều khiển B+, B—

+) b = 0 ứng với tín hiệu b0

+) b = 1 ứng với tín hiệu b1

Gọi c là tín hiệu điều khiển C+, C—

+) c = 0 ứng với tín hiệu c0

+) c = 1 ứng với tín hiệu c1

Gọi d là tín hiệu điều khiển D+, D—

+) d=0 ứng với tín hiệu d0

+) d=1 ứng với tín hiệu d1

Với cách qui ớc nh vậy,bài toán ở đây có 4(a,b,c,d) biến điều khiển và 8 biến ra (A+,A ,B+,B ,E+,E ,D+,D )

Ta có graph chuyển trạng thái nh sới đây:

4 Lập bảng chuyển dịch 1:

Bảng chuyển dịch này gồm :

+) Số cột = 1+2n+số đầu ra =1+24+8 = 25 cột

+) Số hàng = 1+9 =10 hàng

Bảng chuyển dich 1

5 Lập bảng chuyển dịch 2:

Từ bảng chuyển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm

điều khiển thu đợc là không tối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển dịch qua hai bớc:

+) Nhập hàng

+) Nhập trạng thái tơng đơng

Nhập hàng:

+) Tiêu chuẩn để nhập hàng theo điều kiện sau: các trạng thái có thể nhập lại đợc với nhau nếu số trạng thái trong cột cùng tên và giống nhau

+) Nếu một trạng thái ổn định và một trạng thái không ổn định thì ta u tiên trạng thái không ổn định

+) Nếu một trạng thái ổn định và một ô trống thì ta u tiên trạng thái ổn

định

+) Nếu một trạng thái không ổn định và một ô trống thì ta u tiên trạng thái không ổn định

Nhập trạng thái tơng đơng:

+) Sau khi đã nhập các trạng thái theo các điều kiện ở trên, chúng ta có thể tiếp tục nhập các trạng thái còn lại cho những trạng thái tơng đơng trạng thái tơng đơng là trạng thái có tính chất sau:

+) Có cùng tín hiệu ra

+) Khi chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác kéo theo cùng thứ

tự chuyển giá trị đầu ra Nói một cách khác thay đổi tổ hợp tín hiệu vào kéo theo cùng thứ tự thay đổi giá trị tín hiệu ra

Bảng chuyển dịch 2

6 Xác định biến trung gian, mã hoá biến trung gian:

Ta có số hàng của ma trận chuyển dich II là N = 2, do vậy căn cứ vào điều kiện xác định số biến trung gian: 2S min ≥ N ta đợc Smin=1 Vậy chọn một biến trung gian là x

x 7,8 0,1,2,3,4,5,6

Ta có bảng:

7 Hàm đIều khiển cho biến ra và biến trung gian:

Ma trận Cacno cho biến trung gian:

=> Hàm cho biến trung gian: f(X) = a.x+b

Ma trận Cacno cho biến ra D+:

=> Hµm cho biÕn ra D+ lµ: f(D +) = d. c

Ma trËn Cacno cho biÕn ra D-:

=> Hµm cho biÕn ra D-lµ: f(D-) = bdc

Ma trËn Cacno cho biÕn ra C +:

=> Hµm cho biÕn ra C + lµ: f(C +) = d .c b

Ma trËn Cacno cho biÕn ra C-:

=> Hµm cho biÕn ra C -lµ: f(C-) = c d

Ma trËn Cacno cho biÕn ra B+:

=> Hµm cho biÕn ra B+ lµ: f(B +) = b. c

Ma trËn Cacno cho biÕn ra B-:

=> Hàm cho biến ra B-là: f(B-) = a x

Ma trận Cacno cho biến ra A +:

=> Hàm cho biến ra A+ là: f(A +) = b.x

Ma trận Cacno cho biến ra A-:

=> Hàm cho biến ra A-là: f(A-) = a

Vậy ta có:

8.Thuyết minh hoạt động của sơ đồ nguyên lý:

Tại thời điểm đầu tiên, các mấu gạt ở vị trí nh trên sơ đồ nguyên lý Khi gỗ

đã ở vị trí ổn định, cảm biến P có tín hiệu, nếu ta ấn nút khởi động M, hệ thống sẽ hoạt động: pittông D thực hiện D+, cuối hành trình chạm cảm biến vị trí d1, d1 có tín hiệu => điều khiển pittông C thực hiện C+ cuối hành trình chạm cảm biến vị

b x a X

e d D

f( +)=

bde D

f( −)=

b e d E

d e E

f( −)=

e b B

f( +)=

x a B

f( −)=

x b A

f( +)=

a A

f( −)=

trí c1, c1 có tín hiệu => điều khiển pittông B thực hiện B+, cuối hành trình chạm cảm biến vị trí b1, b1 có tín hiệu => điều khiển đồng thời:

+) Pittông A thực hiện A+, mũi khoan bắt đầu khoan

+) Pittông D thực hiện D−,cuối hành trình chạm cảm biến d0, d0 có tín hiệu => điều khiển pittông C thực hiện C−, cuối hành trình chạm cảm biến vị trí

c0, c0 có tín hiệu => điều khiển pittông D thực hiện D+, cuối hành trình chạm cảm biến d1, d1 có tín hiệu

Khi khoan đến vị trí cảm biến a1, a1 có tín hiệu => điều khiển pittông A thực hiện A−, cuối hành trình chạm cảm biến a0, a0 có tín hiệu => điều khiển pittông B thực hiện B−, cuối hành trình chạm cảm biến b0, b0 có tín hiệu => điều khiển pittông C thực hiện C+ Đến đây quá trình đợc lặp lại nh cũ

Chơng3 Tính chọn thiết bị và thiết kế

mạch lắp ráp

1 Chọn thiết bị

Trong sơ đồ nguyên lý ta sử dụng các phần tử logic sau:

a) Phần tử AND:

Trong sơ đồ điều khiển sử dụng 11 phần tử AND, ở đây ta sử dụng bốn

mạch tích hợp loại ZK-PK-3-6/3, của hãng Festo (Đức) mỗi mạch có 3 phần tử

AND hai đầu vào:

+) (X1,Y1);(X2,Y2);(X3,Y3) là các đầu vào tơng ứng của các phần tử AND

+) A1;A2;A3 là các đầu ra

Phần tử ZK-PK-3-6/3 có các thông số kỹ thuật sau:

Nhiệt độ xung quanh nhỏ nhất cho phép -100C Nhiệt độ xung quanh lớn nhất cho phép 600C Tốc độ luồng khí tiêu chuẩn 100l/min

b) Phần tử hoặc:

Trong sơ đồ điều khiển ta sử dụng 1 phần tử hoặc OR đơn loại OS-PK-3

OS-PK-3 có các thông số kỹ thuật sau:

Nhiệt độ xung quanh nhỏ nhất cho phép -100C Nhiệt độ xung quanh lớn nhất cho phép 600C Tốc độ luồng khí tiêu chuẩn 120l/min

c) Phần tử đảo:

Trong sơ đồ nguyên lý ta sử dụng 1 phần tử đảo, ở đây ta chọn phần tử đảo loại 81504025 của hãng Crouzet

d) Chọn cảm biến vị trí:

Chọn cảm biến vị trí loại GG-1/4-3/8 của hãng Festo (Đức),

Có các thông số kỹ thuật sau

áp suất làm việc nhỏ nhất 0.03 bar

Nhiệt độ xung quanh nhỏ nhất cho phép -100C Nhiệt độ xung quanh lớn nhất cho phép 600C Tốc độ luồng khí tiêu chuẩn 1-150l/min

e) Chọn van phân phối

Ta chọn van phân phối loại VL-5/2-D-02 (có hình vẽ dới) của hãng Festo (Đức) Đây là loại van 5/2 với đầu nối (1) là đầu vào khí nén, các đầu nối (2) và (4) là các đầu ra của khí nén còn các đầu nối (3) và (5) là các đầu xả khí Các thông số của thiết bị đợc cho trong bảng dới đây:

Nguyên tắc khởi động / reset pneumatic

Dải nhiệt độ xung quanh cho phép -10ữ60oC

f) Chọn thiết bị chấp hành:

Trong cơ cấu truyền động, ta sẽ sử dụng 4 pittông hai chiều tác dụng DNU-100-500PPV-A (có hình vẽ dới) của tập đoàn Festo (Đức)

Các thông số cơ bản của thiết bị nh sau:

Chiều dài toàn bộ pittông 734mm

Dải nhiệt độ xung quanh cho phép -20ữ80oC Lực hiệu dụng ở áp suất 6 bar khi chạy thuận 4496N

Lực hiệu dụng ở áp suất 6 bar khi chạy nghịch 4221N

Lợng khí tiêu tốn trong chu trình thuận 29,5l

Lợng khí tiêu tốn trong chu trình ngợc 28,15l

g) Chọn nút ấn:

Trong sơ đồ nguyên lý điều khiển ta sử dụng ấn cho việc khởi động hệ thống loại K/O-3-PK-3 của hãng Festo (Đức)

Có các thông số kỹ thuật nh sau

Giới hạn nhiệt độ môi trờng xung quanh -10-+60(0C)

2 Sơ đồ lắp ráp

Thiết kế lắp ráp là công việc cuối cùng khi thiết kế hệ thống điều khiển tự

động truyền động điện Khi thiết kế lắp ráp cần phải đảm bảo nâng cao các yêu cầu về chỉ tiêu chất lợng và phải chấp hành đầy đủ các tiêu chuẩn, các quy phạm

kỹ thuật hiện hành của Nhà nớc về lắp đặt thiết bị

a)Lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị:

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 dựa vào các nguyên tắc sau:

+) Nguyên tắc nhiệt độ: Các thiết bị toả nhiệt lớn khi làm việc phải để ở phía trên, các thiết bị có chịu ảnh hởng lớn về nhiệt độ cần phải đặt xa các nguồn sinh nhiệt

+) Nguyên tắc trọng lợng: Các thiết bị nặng phải đặt dới thấp để tăng c-ờng độ vững chắc của bảng điện, giảm nhẹ các điều kiện để cố định chúng

+) Nối dây tiện lợi: Đờng nối dây ngắn nhất và ít chồng chéo nhau

Dựa vào các nguyên tắc trên, ta tiến hành bố trí thiết bị trên panel Khi bố trí thiết bị cần phân thành từng nhóm riêng biệt để tiện việc sửa chữa, thay thế 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

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

303 4 03

20 3 103

12 2ĐN

301

20 3 B- 2 5 23

401 402

401 303

KếT LUậN Sau một quá trình học tập và nghiên cứu, cùng với sự hớng dẫn tận tình của thầy PHAN CUNG và sự giúp đỡ của các bạn, em đã hoàn thành các nhiệm

vụ đợc giao: Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho máy khoan

Trong bản đồ án này, em đã thực hiện đợc các nhiệm vụ sau:

+) Tìm hiểu công nghệ và yêu cầu đối với hệ thống máy khoan

+) Dùng phơng pháp ma trận trạng thái để tổng hợp mạch điều khiển +) Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển hệ thống +) Lựa chọn các thiết bị chấp hành, các thiết bị điều khiển xây dựng sơ

đồ lắp ráp và bảng nối dây

Trong quá trình thực hiện, chắc chắn bản thân em không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn để bản đồ án này hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !