Điều khiển bàn máy bào giường

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, 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 trước hết đó là năng suất sản xuất và chất lượng sản phẩm làm ra.

LỜI MỞ ĐẦUTrong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, có thể nói một trongnhững tiêu chí để đánh giá sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia là mức độ tựđộng hoá trong các quá trình sản xuất mà trước hết đó là năng suất sản xuất vàchất lượng 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 đãlàm cở sở và hỗ trợ cho sự phát triển tương xứng của lĩnh vực tự động hoá.

Ở nước ta mặc dầu là một nước chậm phát triển, nhưng những năm gần đâycùng với những đòi hỏi của sản xuất cũng như sự hội nhập vào nền kinh tế thếgiới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật mà đặc biệt là sự tự độnghoá các quá trình sản xuất đã có bước phát triển mới tạo ra sản phẩm có hàmlượng 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 ngõnghách, vào trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản phẩm Một trong

những ứng dụng đó mà đồ án này em thiết kế là “Điều khiển bàn máy bào giường”. Tự động hoá điều khiển bàn máy bào giường là quá trình điều khiểnbàn máy chạy thuận ,chạy ngược và cắt đi lớp kim loại trên bề mặt vật liệu cóchiều dày theo yêu cầu

Chất lượng và năng suất làm việc phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ điềukhiển Quá trình làm việc được thực hiện theo một trật tự logic, theo trình tự thờigian xác định do đó để điều khiển được công nghệ ta phải tổng hợp được hàm điềukhiển cho hệ thống Có rất nhiều phương pháp để tổng hợp hàm điều khiển nhưng

ở đây em sử dụng phương pháp Hàm tác động So với các phương pháp khác thì

phương pháp hàm tác động có ưu điểm đơn giản và đảm bảo sự chính xác về tuần

tự thực hiện quá trình

Qua một thời gian thực hiện cùng với sự nỗ lực của bản thân cũng như sựchỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn Tuy nhiênvới một lĩnh vực tương đối khó và đòi hỏi độ chính xác cao mà chỉ tiếp xúc trongthời gian ngắn chắc chắn báo cáo này còn nhiều điều thiếu sót, em mong rằng tiếptục nhận được ý kiến đóng góp của thầy giáo và các bạn để đồ án được hoàn thiệnhơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PHAN CUNG người đã trực tiếp, tận tìnhgiúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn thầy!

Hà Nội, ngày 2 tháng 1 năm 2008

Sinh viên thực hiện

BÙI ĐỨC THÀNH

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ

I.Giới thiệu về công nghệ

Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt bớt các lớp kim loại thừa ,để sau khi gia công chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu (gia công thô) hoặc thoả mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhấtđịnh về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh)

Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi phương pháp gia công ,dạng dao ,đặc tính chuyển động ,các máy cắt được chia thành các máy cơ bản :tiện ,phay ,bào ,khoan –doa, mài và các nhóm máy khác như gia công răng

,ren ,vít

Do yêu cầu của đề bài là thiết kế cho máy bào giường nên dưới đây là nhữnggiới thiệu sơ qua về đặc điểm công nghệ của máy:

Máy bào giường là máy có thể gia công các chi tiết lớn,chiều dài bàn có thể

từ 1,5 đến 12m.Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có thể phân máy bào giường thành ba loại :

-Máy cỡ nhỏ :chiều dài bàn Lb<3m,lực kéo Fk=30÷50 kN

-Máy cỡ trung bình : Lb=4÷5m , Fk=50÷70 kN

-Máy cỡ nặng : Lb >5m ,Fk >70kN

Chi tiết gia công được kẹp chặt trên bàn máy chuyển động tịnh tiến qua lại Dao cắt được kẹp chặt trên bàn dao đứng Bàn dao đươch kẹp chặt trên xà ngang cố định khi gia công Trong quá trình làm việc ,bàn máy di chuyển qua lại theo các chu kỳ lặp đi lặp lại ,mỗi chu kỳ gồm hai hành trình thuận và ngược ở hành trình thuận ,thực hiện gia công chi tiết ,nên gọi là hành trình cắt gọt ở hành trình ngược bàn máy chạy về vị trí ban đầu ,không cắt gọt ,nên gọi là hành trình không tải Cứ sau khi kết thúc hành trình ngược thì bàn dao lại chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lượng ăn dao s (mm/hành trình kép).Chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy gọi là chuyển động chính Dịch chuyển của bàn dao sau mỗi một hành trình kép là chuyển động ăn dao Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của xà ,bàn dao ,nâng đầu dao trong hành trình không tải

Hình 1 Đồ thị tốc độ của bàn máy

Trong thực tế còn có nhiều dạng đơn giản hoặc phức tạp hơn Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và được tăng tốc độ đến tốc độ V1 =5 ÷15 m/ph (tốc độ vào dao )trong khoảng thời gian t1.Sau khi chạy ổn định với tốc độ V1 trongkhoảng thời gian t2 thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp để tránh sứt dao hoặc chi tiết ).Bàn máy tiếp tục chạy ổn định với tốc độ V1 cho đến hết thời gian t3 thì lại tăng tốc độ đến V2 (tốc độ cắt gọt ).Hết thời gian t5 bàn máy giảm tốc độ xuống V1 Trong thời gian t6 bàn máy chuyển động với tốc độ V1 và thực hiện gia công chi tiết Gần hết hành trình thuận bàn máy đảo chiều sang hành trình ngược đến tốc độ V3> V1 thực hiện hành trình không tải ,đưa bàn dao về vị tríban đầu (khi đó dao đã được đưa ra khỏi chi tiết ).Gần hết hành trình ngược bàn máy giảm tốc độ sơ bộ đến V1 ,đảo sang hành trình thuận thực hiện một chu kỳ khác.Bàn dao được di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trìnhngược sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trước khi dao cắt vào chi tiết

Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian :

ng th

ck t t T

Tck –thời gian của một chu kỳ làm việc của bàn máy ,[s]

tth – thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận [s]

II.nội dung của phương pháp hàm tác động :

-Dùng các chữ cái ở đầu bảng chữ cái để chỉ các tín hiệu vào độc lập của hệ thống xét

VD: A,B,C,D

Lấy dấu (+) hoặc (-) đứng trước các ký hiệu của tín hiệu (A,B,C )để chỉ rõ tín hiệu đó xuất hiện hoặc bị mất do các yếu tố điều khiển từ ngoài (có thể do côngnghệ).những tín hiệu vào chỉ xuất hiện thì được hiểu rằng những tín hiệu đó là những tín hiệu xung chỉ xuất hiện một giai đoạn ngắn trong quá trình làm việc của

hệ (như việc ấn tay vào nút ấn rồi lại thả tay ra).Dấu trừ (-) đứng trước là những tínhiệu thế chỉ rõ sự xuất hiện của nó phụ thuộc chặt chẽ vào yếu tố điều khiển bên ngoài

-Dùng các chữ cái ở cuối bảng chữ cái để chỉ các tín hiệu ra của hệ thống xét VD: X,Y,Z,T,U,V

Tín hiệu ra thường là tín hiệu dạng thế Dấu (+) đứng trước phần tử chỉ rõ phần tử đó được đưa vào hoạt động nhờ sự hoạt động hoặc ngưng hoạt động của tín hiệu đứng sát trước nó,dấu trừ (-) đứng trước phần tử nào thì phần tử đó bị ngưng hoạt động gây nên do phần tử dứng sát trước nó Có trường hợp một biến cố

có thể gây nên việc chuyển đồng thời các trạng thái của một số phần tử

Khoảng tồn tại từ +X đến -X gọi là chu kỳ hoạt động của biến X

Đối với mỗi phần tử là đối tượng điều khiển ,hàm logic của nó thể hiện mối quan hệ đóng fđ để đưa phần tử đó vào hoạt động và mối quan hệ cắt để buộc phần

tử đó ngừng làm việc

hàm fđ(M) là một tổ hợp của các tín hiệu mà sao cho khi fđ=1 thì M=1hàm fc(M) là một tổ hợp của các tín hiệu mà sao cho khi fc=1 thì M=0Vậy để hàm có thể chấp nhận giá trị logic 1 nó cần phải thỏa mãn hai điều kiện:Hàm đóng fđ tồn tại (fđ=1)và hàm cắt không tồn tại để ( f−c =1 nghĩa là fc =0)

Vậy hàm tác động của biến M là : f(M)=fđ(M) f−c(M)=1

Nếu biến có nhiều chu kỳ hoạt động f1(M),f2(M) thì hàm điều khiển chung của phần tử đó trong suốt công nghệ là :

f

1

) ( )

(

Sau khi thành lập được fđ ,fc ta phải tiến hành kiểm tra

* Kiểm tra hàm đóng của phần tử thường xảy ra hai trường hợp :

-Nếu fđ không thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của phần tử thì biểu thức

fđ lập được đã thỏa mãn yêu cầu của hàm

-Nếu fđ thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của phần tử thì cần phải thêm một biến phụ p1 thì khi đó hàm đóng mới có tác dụng

fđ’ =fđ+p1

trong trường hợp xét thấy hành vi điều khiển và trạng thái của hệ thống như hành vi của phần tử xảy ra thì có thể lấy biến ra làm biến phụ Khi đó hàm điều khiển sẽ là :

f’ =(fđ+p1).p1

*Kiểm tra hàm cắt của phần tử cũng xảy ra hai trường hợp :-Nếu fc không thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của phần tử thì fc

thu được đã thỏa mãn yêu cầu

-Nếu fc thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của phần tử thì cần phải thêm một biến phụ p2

fc’ =fc.p2

CHƯƠNG II XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN

I.Mô tả và phân tích công nghệ

Mục đích của đồ án là xây dựng cấu trúc điều khiển chuyển động thuậnnghịch của máy bào giường

Theo công nghệ yêu cầu: Sau khi ấn nút mở máy động cơ sẽ kéo bàn máychuyển động thuận với vận tốc V1 ( vận tốc nhỏ), hành trình này kéo dài từ A → B.Khi bàn máy đến B, cần phải gia tốc để bàn máy chuyển động với vận tốc V2 > V1,nhằm thực hiện chuyển động ăn dao (cắt gọt vật liệu, chi tiết).Đến C cần giảm tốc

để bàn máy chuyển động với vận tốc V1 Đến D, sau khi đã làm xong công việc thìđảo chiều quay của động cơ, kéo bàn máy chuyển động theo hành trình ngược Đểtăng năng suất, yêu cầu trong hành trình ngược, điều khiển bàn máy chạy với vậntốc V3 Khi đến E của hành trình ngược, sẽ giảm vận tốc của bàn máy từ V3

xuống V1 nhằm phục vụ cho trạng thái bắt đầu hành trình thuận tiếp theo Đến Abàn máy đảo chiều quay và chuyển động thuận với vận tốc V1 bắt đầu một chu kìmới

Bàn máy sẽ tự động làm việc Muốn dừng hoàn toàn trạng thái làm việc của

hệ thống thì ấn nút dừng, dừng ở vị trí A; tức là đầu hành trình thuận

Từ việc mô tả yêu cầu công nghệ ở trên ta thấy rằng việc thực hiện có thể sửdụng điều khiển theo nguyên tắc hành trình Bằng việc đặt tại các vị trí A, B, C,D,E các cảm biến vị trí, thực tế là sử dụng các công tắc hành trình, ta sẽ thực hiệnđược trình tự đóng cắt mạch điều khiển một cách hợp lý, đáp ứng được yêu cầucông nghệ.

Ngoài việc cơ bản dùng nguyên tắc hành trình để điều khiển ta có thể sửdụng thêm các nguyên tắc điều khiển khác, như : nguyên tắc thời gian, nguyên tắcdòng điện … để có thể hoàn thiện cấu trúc điều khiển

Chi tiết việc thiết kế cấu trúc mạch điều khiển và cấu trúc mạch lực sẽ đượctrình bày dưới đây

II.Trình tự các bước xây dựng cấu trúc điều khiển.

Theo yêu cầu của đề bài, dưới đây xin trình bày việc tổng hợp mạch điềukhiển bằng phương pháp hàm tác động

1.Xác định các tín hiệu điều khiển & các tín hiệu chấp hành:

Từ phân tích ở trên, ta đã xác định nguyên tắc điều khiển chuyển động thuận– nghịch của bàn máy là nguyên tắc hành trình Vì vậy tại các vị trí A, B, C, D tađặt các công tắc hành trình a,b,c,d để lấy tín hiệu điều khiển quá trình làm việccủa công nghệ

Quy ước các trạng thái của các tín hiệu điều khiển (tín hiệu vào) như sau:+ a =1: Nếu bàn máy qua A & ra lệnh điều khiển bàn máy chạy thuận vớivận tốc V1 (nếu bàn máy đang đứng yên tại A)

+ a =0: Khi bàn máy rời khỏi A

+ b =1: Xác nhận bàn máy ở tại B Ra lệnh bàn máy tiếp tục chuyển độngthuận với V2 nếu trước đó bàn máy chuyển động thuận với V1

+ b =0: Khi bàn máy rời khỏi vị trí B

+ c=1: Xác nhận bàn máy ở tại C Ra lệnh cho bàn máy chạy thuận với vậntốc V1

+ c =0: Khi bàn máy rời khỏi C

+ d=1: Xác nhận bàn máy ở tại D Ra lệnh cho bàn máy chạy ngược với vậntốc V3

+ d =0: Khi bàn máy rời khỏi D

+e=1:Xác nhận bàn máy ở tại E Ra lệnh cho bàn máy giảm tốc độ từ V2

Xuống V1

+)e=0:khi máy rời khỏi E

Như vậy, các tín hiệu a, b, c, d,e là các tín hiệu xung

Các tín hiệu chấp hành (tín hiệu ra) là: T, N, V1, V2, V3

Trong đó:

T _ là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm để bàn máy chạy thuận

N _ là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm để bàn máy chạy ngược

V1 _ là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm để bàn máy chuyển động với vậntốc V1

V2 _ là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm để bàn máy chuyển động với vậntốc V2

V3 _ là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm để bàn máy chuyển động với vậntốc V3

Các tín hiệu chấp hành sẽ xuất hiện khi một tổ hợp nhất định của các tínhiệu điều khiển tác động nhằm điều khiển bàn máy chạy đúng ý đồ thiết kế

2.Lập dãy biến cố công nghệ:

Với các tín hiệu vào và các tín hiệu ra như đã chọn ở trên ta có dãy biến cốcông nghệ biểu diễn truyền động bàn cho máy bào giường có công nghệ như yêucầu như sau:

vậy hàm điều khiển của biến T là : f( T ) = f’đ( T ).fc(T) =(a + t).n.d

*Biến N:

tương tự như biến T ta có

fđ( N ) = d.t

fc( N ) = a

hàm fđ( N ) ở trên sẽ bị thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của biến N,sau khi hiệu chỉnh ta có

hàm fđ( V2 ) ở trên sẽ bị thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của biến

V2,sau khi hiệu chỉnh ta có

Vậy hàm điều khiển của P1 là :(a+p1) b

4.xây dựng sơ đồ cấu trúc điều khiển :

Từ việc tổng hợp để tìm hàm điều khiển của mỗi biến ra của hệ thống ta cóquy ước là: Chữ cái thường chỉ rõ nó là chi tử của ký hiệu chữ cái in hoa

VD: p là chi tử của P; nghĩa là nếu P là cuộn hút thì p là các tiếp điểm thường

mở của P; còn p là tiếp điểm thường đóng của P

Từ quy ước trên ta xây dựng sơ đồ cấu trúc điều khiển được hiệu chỉnh nhưsau:

XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

2.Bảo vệ quá tải ngắn hạn xung kích.

Hiện tượng quá tải xung kích tuy tồn tại trong thời gian ngắn, tác dụng pháhuỷ về nhiệt là thứ yếu, nhưng dòng xung kích lớn có thể gây nên lực điện độnglớn, làm hư hỏng các bộ phận của máy như các bối dây, cổ góp, làm hỏng cơ cấu

cơ khí có liên quan khác

Để bảo vệ cắt trong trường hợp này ta dùng rơ-le dòng cực đại hay áptômát

có cơ cấu tác động nhanh

Như đã đề cập ở trên, ta sẽ sử dụng rơ-le dòng cực đại để vừa bảo vệ ngắnmạch vừa bảo vệ quá tải xung kích

3.Bảo vệ quá tải dài hạn.

Sự cố quá tải dài hạn sẽ gây phát nóng → làm hỏng cách điện hoặc làm giảmtuổi thọ của khí cụ điện Để bảo vệ máy điện ta có thể dùng loại áptômát chỉnhđịnh có cơ cấu nhả hỗn hợp hoặc dùng rơ-le nhiệt

Do rơ-le nhiệt không nhạy với các quá tải ngẵn hạn & đặc tính nhiệt của động

cơ làm việc ở chế độ chu kỳ ( như ở trường hợp động cơ sử dụng kéo bàn máychuyển động thuận- nghịch trong đồ án đang đề cập) nên không phối hợp được vớiđặc tính phát nóng của rơ-le nhiệt ⇒ ta không cần thiết phải sử dụng rơ-le nhiệttrong trường hợp này

4.Bảo vệ cực tiểu và bảo vệ điểm không.

Khi điện áp lưới bị mất hoặc giảm thấp dưới trị số cho phép, thì phải cắt mốiliên hệ giữa nguồn và động cơ, phòng trường hợp khi có lại điện thì hệ thốngkhông thể hoạt động không theo ý muốn của người vận hành

Để thực hiện bảo vệ cực tiểu hoặc bảo vệ điểm không, ta sử dụng rơ-le điện

áp thấp kiểu điện từ Cuộn dây của rơ-le được mắc vào điện áp lưới, còn tiếp điểmcủa nó đóng nguồn cung cấp cho mạch điều khiển động cơ

5.Bảo vệ liên động.

Trong trường hợp động cơ kéo tải là động cơ 3 pha, rô to dây quấn thì việc sửdụng khâu liên động (cơ & điện) tránh được ngắn mạch 3 pha trong mạch điềukhiển đảo thứ tự pha

Trong sơ đồ nguyên lý ở đây ta sử dụng liên động về điện bằng cách gửi cáctiếp điểm phụ thường đóng của các côngtắctơ điều khiển chuyển động quay thuận

và quay ngược chéo nhau

II.Xây dựng sơ đồ nguyên lý

Từ sơ đồ cấu trúc ta có quy ước các ký hiệu như sau:

+ P1 _ thay thế bằng các rơ-le trung gian 5RTr

+ V1, V2, V3 thay thế bằng các rơle 1RG, 2RG, 3RG điểu khiển tốc độ làmviệc của động cơ

Để điều khiển các cấp tốc độ ta chỉ cần dùng rơle ,do các tiếp điểm trongmạch điều khiển biến tần chỉ cần chịu được dòng I<5A

+ T, N thay thế bằng các côngtắctơ điều khiển các hành trình thuận T &ngược N

Từ phân tích sự cần thiết của việc bảo vệ các sự cố ở trên, ta sẽ sử dụng thêmcác khí cụ phụ trợ gồm

+ Một rơ-le điện áp thấp RA hoặc một công tắc tơ đường dây Dg để làmnhiệm vụ bảo vệ cực tiểu và điểm không

+ Rơ-le dòng cực đại 1RM, 2RM để vừa làm nhiệm vụ bảo vệ ngắn mạch lạivừa làm nhiệm vụ bảo vệ quá tải xung kích

+Theo sơ đồ cấu trúc ta thấy các công tắc hành trình nằm rải rác từ trên xuốngdưới, điều này sẽ gây khó khăn cho việc nối dây đồng thời làm cho dây dẫn đitrong mạch điện chở nên lộn xộn ,phức tạp hơn Chính vì vậy ta thực hiện mắc cáccông tắc hành trình nối tiếp với các rơle trung gian Như vậy trong sơ đồ nguyên

lý các tiếp điểm thường mở của công tắc hành trình được thay bằng tiếp điểmthường mở của