Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo biểu đồ karnaugh

Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo biểu đồ karnaugh

BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN

Nhóm 3 : Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo biểu đồ

Karnaugh

Giáo viên hướng dẫn : Trần Văn Khôi

Nhóm 5

Trong giai đoạn hiện nay, Việt Nam đang tiến hành công cuộc công nghiệp hóa đất nước, do đó vấn đề TỰ ĐỘNG HÓA trong sản xuất đang được đặt lên hàng đầu Tự động hóa trong sản xuất công nghiệp sẽ góp phần tăng năng suất lao động của người công nhân, giảm bớt sức lực bỏ ra trong các công việc nặng nhọc, hạ giá thành nhưng lại nâng cao chất lượng sản phẩm Mặt khác đáp ứng đòi hỏi ngày càng cao của ngành công nghiệp như: chính xác, an toàn, tiện lợi, dễ kiểm tra, kiểm soát…

Muốn có được điều đó, cần phải có sự kết hợp chặt chẽ giữa hai lĩnh vực mà trước đây chúng hoàn toàn độc lập với nhau: đó là điện – điện tử và cơ khí

Do đó, một thuật ngữ mới ra đời trong những năm gần đây là CƠ – ĐIỆN TỬ (Mechatronic)

Tuy nhiên , để có thể làm việc tốt trong một môi trường sản xuất với các thiết bị tự động, người lao động phải được đào tạo cơ bản Ngày nay, một số trường Đại học, trung học nghề đã đưa bộ môn Cơ – Điện tử vào giảng dạy cho học sinh nhằm tạo cho họ có được những kiến thức cơ bản về tự động hóa phục vụ cho công việc sau này

Chính vì những lý do vừa nêu đã thúc đẩy em thực hiện đề tài :

Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo biểu đồ Karnaugh

Do đây là lần đầu tiên nhĩm em nghiên cứu về lĩnh vực khá mới mẻ này, đồng thời với khả năng và quỹ thời gian hạn chế nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong được sự góp ý của thầy cô và bạn bè để đồ án được tốt hơn

Phần 1: Phân tích công nghệ và xây dựng phương

án điều khiển

Có 3 xy lanh và một van chân không được sử dụng để điều khiển quy trình in Xylanh A dẫn động di chuyển thiết bị phun mực

Xylanh B vận hành cơ cấu xén giây

Xylanh C thực hiện chức năng kéo giấy ra khỏi cuộn tại vị trí khuôn in Van chân không làm việc theo nguyên lý ventury sẽ taọ ra chân không cho các chén hút để có khả năng giữ chặt giấy trong quá trình xylanh C kéo

Sơ đồ công nghệ của máy in lưới đã được vẽ trong đề bài.

Giới thiệu về các thiết bị khí nén và 1 số thiết bị sử dụng trong hệ thống máy in lưới:

-Van chân không

Hình 1 cấu tạo van chân không

Trong đó P là nguồn khí cung cấp

R là cửa xả (khí thải)

Van chân không để hút và giữ giấy Chân không được tạo ra theo nguyên lý ventury : khí nén với áp suất p trong khoảng 1,5bar -10bar sẽ qua ống ventury và

sẽ theo cửa R thoát ra ngoài, tại cuối của ống ventury chân không được tạo thành Theo sơ đồ công nghệ của máy in lưới thì khi xylanh C duỗi ra thì vào van chân không mới tác động và khi xylanh C lùi về van chân không ngừng cấp khí để nhả giấy

- Cấu tạo xylanh thủy lực :

Hình 2.1 Cấu tạo xylanh thủy lực

Hình 2.2 Mặt cắt không gian của xylanh khí nén

Hình 2.2 xylanh khí nén thực tế

- Cảm biến quang điện có sẵn bộ khuếch đại của hãng omron

có thể sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau với khoảng cách phát hiện lớn

Hình dáng kích thước cho tất cả các vị trí lắp đặt

Không bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường lắp đặt, vì thế tăng độ tin cậy

Đáp ứng được nhiều tiêu chuẩn quốc tế

Hình 3 Cảm biến quang điện có sẵn bộ khuếch đại loại E3Z-D61

* E3Z-D61(hoặc các cảm biến quang điện có sẵn khuếch đại phản xạ khuếch tán)

sử dụng phát hiện còn giấy để in

Khoảng cách phát hiện giấy trắng là 100mm

Nguồn sáng LED hồng ngoại có bước sóng 860nm

Nguyên lý phát hiện : cảm biến phát ra nguồn sáng (qua LED hồng ngoại) khi giấy nằm trong khoảng cách cảm biến phát hiện được thì ánh sáng từ nguồn phát của cảm biến sẽ chiếu lên giấy trắng, ánh sáng phản xạ lại được cảm biến thu lại.Vậy

để phát hiện còn giấy để in thì giấy in phải nằm trên bàn in và nằm trong khoảng cách phát hiện của cảm biến quang điện Khi đó cảm biến sẽ báo bằng đèn trên cảm biến

*E3Z-R61(hoặc các loại cảm biến quang điện có sẵn bộ khuếch đại phản xạ gương) dùng để phát hiện cửa che chắn đã đóng hay chưa giấy chưa đầy

Gương được đặt trên cửa che chắn và khay chứa giấy

Khoảng cách phát hiện lên tới 3m tối thiểu là 100mm khi sử dụng gương E39-R1 ; 1,5m tối thiểu là 50mm với gương nhỏ E39-RS1

Nguồn sáng LED đỏ bước sóng 680nm

Nguyên lý hoạt động : cảm biến phát ra ánh sáng(qua LED đỏ) khi cửa chắn đóng ánh sáng này được phản xạ qua gương( chú ý gương phải đặt trong khoảng cách phát hiện của cảm biến) cảm biến sẽ nhận được tín hiệu là cửa chắn đã đóng Để phát hiện khay chứa giấy chưa đầy thì gương được gắn phía trên cùng của tập giấy chiều dày của tập giấy tương ứng với vị trí của gương), khi khay chứa giấy đầy tức

là khoảng cách từ gương tới giấy là dưới mức tối thiểu 100mm khi sử dụng gương E39-R1(50mm với gương nhỏ E39-RS1)

- Máy nén khí cung cấp khí nén cho toàn bộ hệ thống mạch điều khiển khí nén

Hình 4 máy nén khí volcano (hình vẽ chỉ có tính chất minh họa do chưa có đủ thông số cần tính)

- Thiết bị phân phối khí nén

Hình 5 thiết bị phân phối khí nén SSI-USA

- Một số loại van điều khiển khí nén

Sử dụng các van đảo chiều 4 cửa 2trạng thái điều khiển trực tiếp bằng khí nén

Hình 6.1 van đảo chiều 4 cửa 2trạng thái điều khiển trực tiếp bằng khí nén Trong đó:

1.Piston

2.Lò xo

3.Vỏ van

4.Cuộn solenoid

5.Lõi

Với A ,B là các cửa làm việc

P là cửa nguồn

T là cửa xả

Van đảo chiều 3/2 điều khiển bằng nút ấn có lò xo hồi vị ( nút bắt đầu khởi động hệ thống khí nén)

Hình 6.2 van đảo chiều 3/2 điều khiển bằng nút ấn có lò xo hồi vị

Van đảo chiều 3/2 điều khiển bằng tay gạt

Hình 6.3 Van đảo chiều 3/2 điều khiển bằng tay gạt

Van tác động trễ (Van điều khiển thời gian ngắt chậm tương tự như rơle thời gian đóng chậm)

Ở trạng thái bình thường van nối với cửa xả R, cửa P bị chặn.Khi có tín hiệu điều khiển X thì van dịch chuyển nối thông cửa làm việc A với cửa nguồn P cửa R

bị chặn, Khi ngắt tín hiệu điều khiển X do van 1 chiều chặn dòng khí nén nên chỉ

có thể qua van tiết lưu ra ngoài ,phải mất 1 khoảng thời gian để dòng khí nén từ trong bình trích ra ngoài ( với bài toán đã cho tính toán để van tác động trễ nối với

xy lanh A trễ đúng khoảng thời gian từ 3-5sau đó)

Hình 6.4 van điều khiển thời gian ngắt chậm

-Van đảo chiều 3/2 điều khiển bằng khí nén

Hình 6.5Van đảo chiều 3/2 điều khiển bằng khí nén

Khi có tín hiệu X tác động cửa P nối với cửa làm việc A, còn cửa xả R bị chốt lại trạng thái này được giữu cho đến khi có tín hiệu Y tác động thì cửa P bị chặn còn cửa làm việc A được nối với cửa xả R

2,Trình tự hoạt động:

Yêu cầu của bài toán thiết kế : Ban đầu các xylanh đều ở vị trí mà các piston

đã lùi về cực vị ,van chân không không có khí tác động.Khi khay chứa giấy chưa đầy,cảm biến phát hiện còn giấy,cửa che chắn đã đóng,nhấn nút start hệ thống bắt đầu làm việc,xylanh C duỗi ra,van chân không được cấp khí tạo ra lực hút chân không để giữ giấy,tiếp đó xy lanh A duỗi ra dịch chuyển thiết bị phun mực ra đúng

vị trí,mực được phun lên giấy,sau một khoảng thời gian 3-5s,xylanh A lùi về đưa thiết bị phun mực về vị trí cũ Xy lanh C lùi về,van chân không ngừng cấp khí để nhả giấy ra,tiếp theo đó là xylanh B duỗi ra dịch chuyển cơ cấu xén giấy để cắt phần giấy đã in theo khuôn khổ định sẵn,sau khi xylanh B lùi về quy trình mới lặp lại với trình tự như cũ

Việc vận hành có thể theo chế độ tự động một chu kỳ hay nhiều chu kỳ,và quy trình làm việc phải đảm bảo luôn luôn đầy đủ 3 điều kiện : có che chắn , khay chứa giấy chưa đầy và còn giấy để in

*Xây dựng phương án điều khiển: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo biểu đồ karnaugh từ yêu công nghệ đã cho theo các bước :

Bước 1 : Để hệ thống vận hành được thì phải đảm bảo các yêu cầu sau :

1.Có che chắn (cửa che chắn đã đóng)

2.Khay chứa giấy chưa đầy

3.Còn giấy để in

Các điều kiện trên được phát hiện bằng các cảm biến với nguyên tắc đã được nêu ở phần giới thiệu các loại thiết bị

Bước 2 : phải đảm bảo các điều kiện tức là tất cả các cảm biến báo của cảm biến đèn sáng có thể vận hành theo 1 trong hai chế độ sau

-Vận hành theo chế độ tự động 1 chu kỳ như sau nút start hệ thống bắt đầu làm việc,xylanh C duỗi ra,van chân không được cấp khí tạo ra lực hút chân không

để giữ giấy,tiếp đó xy lanh A duỗi ra dịch chuyển thiết bị phun mực ra đúng vị trí,mực được phun lên giấy,sau một khoảng thời gian 3-5s,xylanh A lùi về đưa thiết

bị phun mực về vị trí cũ Xy lanh C lùi về,van chân không ngừng cấp khí để nhả giấy ra,tiếp theo đó là xylanh B duỗi ra dịch chuyển cơ cấu xén giấy để cắt phần giấy đã in theo khuôn khổ định sẵn,sau khi xylanh B lùi về và kết thúc chu trình.Muốn thực hiện chu kỳ tiếp thực từ bước 1

-Vận hành chế độ nhiều chu kỳ nhấn nút start hệ thống bắt đầu làm việc,xylanh C duỗi ra,van chân không được cấp khí tạo ra lực hút chân không để giữ giấy,tiếp đó xy lanh A duỗi ra dịch chuyển thiết bị phun mực ra đúng vị trí,mực được phun lên giấy,sau một khoảng thời gian 3-5s,xylanh A lùi về đưa thiết bị phun mực về vị trí cũ Xy lanh C lùi về,van chân không ngừng cấp khí để nhả giấy ra,tiếp theo đó là xylanh B duỗi ra dịch chuyển cơ cấu xén giấy để cắt phần giấy đã

in theo khuôn khổ định sẵn,sau khi xylanh B lùi về quy trình mới lặp lại với trình

tự như cũ

Phần 2: Thiết kế hệ thống điều khiển

1,Xây dựng biểu đồ quy trình như hình vẽ:

Từ quy trình công nghệ đã cho xây dựng biểu đồ quy trình với 6 bước thực hiện như sau :

Chu trình của Chế độ 1 chu kỳ

Chu trình của chế độ nhiều chu kỳ

2,Xác định hệ phương trình logic

Từ biểu đồ quy trình ta có được các phương trình logic sau :

- Phương trình thực hiện chức năng điều khiển C+ :

C+ = a0 b0 c0 Pb

- Phương trình thực hiện chức năng A+ :

A+ = a0 b0 c1

- Phương trình thực hiện chức năng A- :

A- = a1 b0 c1

- Phương trình thực hiện chức năng C- :

C = a0 b0 c1

- Phương trình thực hiện chức năng B+ :

B+ = a0 b0 c0

- Phương trình thực hiện chức năng B- :

B- = a0 b1 c0

Trong 6 phương trình logic trên ta thấy A+ và C- có cùng điều kiện nhưng không cùng thời điểm , như vậy không đảm bảo điều kiện thực hiện , ta dùng thêm biến nhớ để phân biệt 2 trạng thái đó :

C+ = a0 b0 c0

A+ = a0 b0 c1

A- = a1 b0 c1 X+

C- = a0 b0 c1

B+ = a0 b0 c0

B- = a0 b1 c0 X

Sau khi thêm vào hệ phương trình logic trở thành :

C+ = a0 b0 c0 .x0

A+ = a0 b0 c1 .x0

X+ = a0 b0 c1 .x0

A- = a1 b0 c1 .x1

C- = a0 b0 c1 x1

B+ = a0 b0 c0 .x1

X- = a0 b1 c0 ..x1

B- = a0 b1 c0 .x0

Toàn bộ quy trình khi có thêm biến X được điều khiển theo trình tự sau C+ , A+ , X+, A- , C- , B+, X- , B-

3,xây dựng bảng karnaugh và thực hiện tối thiểu hóa

Biểu đồ karnaugh lập cho quy trình trên :

* Tối thiểu hóa phương trình lôgiccho A+ ,

A-Biểu đồ karnaugh lập cho quy trình xylanh A :

Phương trình logic tối giản cho A + , A- như sau :

A+ = x0.c1

A - = x1

* Tối thiểu hóa phương trình lôgiccho B+ ,

B-Biểu đồ karnaugh lập cho quy trình xylanh B :

Phương trình logic tối giản cho B + , B- như sau :

B+ = x1.c0

B - = x0

*Tối thiểu hóa phương trình lôgic cho C+ ,

C-Biểu đồ karnaugh lập cho quy trình xylanh C :

Phương trình logic tối giản cho C+ , C- như sau :

C+ = b0.x0

C - = a0.x1

Tối thiểu hóa phương trình lôgiccho X+ ,

X-Tương tự như đối với A+,A-,B+,B-,C+,C- ta có :

Phương trình logic tối giản cho X + , X- như sau :

X+ = a1.x0

X - = b1.x1

Tổng hợp lại phương trình logic tối giản thực hiện theo các chức năng : A+ = x0.c1

A - = x1

B+ = x1.c0

B - = x0

C+ = b0.x0

C - = a0.x1

X+ = a1.x0

X - = b1.x1

Van chân không bị tác động bởi xylanh C

Điều kiện tác động của van theo chu trình khi van tác động điều kiện giống điều kiện duỗi xulanh A và điều kiện đóng giống điều kiện duỗi xylanh B

V+= A+ = x0.c1

V-=B+ = x1.c0

4.Từ hệ phương trình lôgic đã cho thiết kế mạch điều khiển khí nén như hình

vẽ

LỜI KẾT

Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện với nhiều nỗ lực và cố gắng của nhóm quyển đồ án này đã hoàn thành

Nhóm thực hiện đề tài cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô cùng các bạn sinh viên, đã đóng góp rất nhiều ý kiến, công sức quý báu trong quá trình nhóm thực hiện đề tài này

Đặc biệt, chúng em xin cảm ơn thầy Trần Văn Khôi đã hướng dẫn, chỉ bảo những kinh nghiệm, kiến thức thực tế để đề tài được hoàn thành trong thời gian quy định Tuy nhiên, do còn hạn chế về trình độ và kinh nghiệm thực tế nên đề tài không tránh khỏi nhiều sai sót, nhóm rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến chân tình của thầy các bạn để đề tài được hoàn chỉnh hơn

Nhóm em xin chân thành cảm ơn!