Đồ án điều khiển logic trờng đại học bách khoa hà nội khoa ĐIện môn tự động hoá xncn thiết kế môn học điều khiển logic đồ án môn häc Sinh viªn : Líp : NhiƯm vơ thiÕt kế Thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan có sơ đồ nh hình vẽ phơng pháp grafcet với mạch động lực dùng Động xoay chiều roto dây quấn Nội dung - Thiết kế sơ đồ nguyên lý - Tính chọn thiết bị điều khiển với công suất truyền động P=7kw - Thiết kế sơ đồ lắp ráp Thuyết minh vẽ - thut minh - b¶n vÏ kü tht khỉ A0 cho sơ đồ nguyên lý lắp ráp cán híng dÉn - §å án điều khiển logic Mở đầu Trong nghiệp công nghiệp hoá, đại hoá đất nớc, nói tiêu chí để đánh giá phát triển kinh tế quốc gia mức độ tự động hoá trình sản xuất mà trớc hết suất sản xuất chất lợng sản phẩm làm Sự phát triển nhanh chóng máy tính điện tử , công nghệ thông tin thành tựu lý thuyết Điều khiển tự động đà làm cở sở hỗ trợ cho phát triển tơng xứng lĩnh vực tự động hoá nớc ta nớc chậm phát triển, nhng năm gần với đòi hỏi sản xuất nh hội nhập vào kinh tế giới việc áp dụng tiến khoa học kỹ thuật mà đặc biệt tự động hoá trình sản xuất đà có b ớc phát triển tạo sản phẩm có hàm lợng chất xám cao tiến tới hình thµnh mét nỊn kinh tÕ tri thøc Ngµy tù động hoá điều khiển trình sản xuất đà sâu vào ngõ nghách, vào tất khâu trình tạo sản phẩm Một nhữnh ứng dụng mà đồ án thiết kế điều khiển công nghệ khoan Tự động hoá điều khiển công nghệ khoan trình tạo lỗ thủng bề mặt vật thể có kích th ớc chiều sâu định trớc Trong công việc thiết kế, tự động hoá điều khiển đợc thể qua hai 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 quay vị trí cũ đễ đảm bảo cho quy trình Chất lợng mũi khoan suất làm việc phụ thuộc nhiều vào công nghệ điều khiển Quá trình làm việc đợc thực theo trật tự logic, theo trình tự thời gian xác định để điều khiển đợc công nghệ ta phải tổng hợp đợc hàm điều khiển cho hệ thống Có nhiều phơng pháp để tổng hợp hàm điều khiển nhng ta sử dụng phơng pháp GRAPCET So với phơng pháp khác phơng pháp hàm tác động có u điểm đơn giản đảm bảo xác thực trình Sinh viªn - Đồ án điều khiển logic Chơng I : Giới thiệu công nghệ Công nghệ : Khoan lỗ hai giai đoạn Máy khoan đợc sử dụng rộng rÃi nhà máy khí Bên cạnh máy móc khí khác nh máy tiện, máy doa, máy bào giờng, bào xọc đợc tự động hóa theo dây chuyền ngày đại Các máy khoan đợc tự động hoá theo dây chuyền nhằm nâng cao suất giảm nặng nhọc cho ngời công nhân Trong công nghệ khoan lỗ hai giai đoạn đợc sử dụng nhà máy khí, nhà máy sửa chữa chế tạo máy Trong môi trờng làm việc nặng nhọc công nghệ yêu cầu : - Khoan làm việc ổn định, chắn - Tần số làm việc lớn - Đồ án điều khiển logic Chơng II : Thiết kế Theo phơng pHáp Grapcet Grapcet - công cụ để mô tả mạch trình tự công nghiệp Trong dây chuyền sản xuất công nghiệp, thiết bị máy móc thờng hoạt động theo trình tự lôgic chặt chẽ nhằm đảm bảo chất lợng sản phẩm, an toàn cho ngời thiết bị Cấu trúc làm việc trình tự dây chuyền đà đa yêu cầu cho điều khiển điều khiển hoạt động chặt chẽ thống dây chuyền đồng thời gợi ý cho ta phân nhóm lôgic automat trình tự tập hợp máy móc thuật toán Ta có sơ đồ khối : Tín hiệu vào Cấu trúc điều khiển trình tự Quá Trình Quá trình công nghệ bao gồm : - Hoàn toàn tự động - Đồ án điều khiển logic - Bán tự động - Hoàn toàn tay Khi thiết kế hệ thống phải tính toán đến phơng thức làm việc khác để đảm bảo an toàn xử lí kịp thời h hỏng hệ thống Phải có phơng án can thiệp trực tiếp ngời vân hành đến việc dừng máy khẩn cấp Grapcep công cụ hữu ích để thiết kế thực đầy đủ yêu cầu công nghệ tự động hoá trình công nghệ kể 2.Phơng pháp Grapcet Yêu cầu công nghệ : ã a, b, c, d công tắc hành trình cảm nhận vị trí lỡi khoan ã Hoạt động : - Đồ án điều khiển logic Khoan xuống với vận tốc V1 gặp B (gặp vật liệu) giảm tốc độ khoan với vận tốc V2 Xuống gặp C lỡi khoan nhấc lên tháo phoi chuẩn bị cho giai đoạn khoan thứ hai Đi lên với vận tốc V1 gặp A khoan đảo chiều xuống với vận tốc V1 bắt đầu giai đoạn hai Đi xuống gặp C (gặp phôi) bắt đầu khoan xng víi vËn tèc V2 GỈp ‘D’ khoan hÕt lỗ khoan đợc nhấc lên với vận tốc V1 Đi lên gặp A dừng lại kết thúc trình khoan 3.Xây dựng grafcet1: 0 Trạng thái ban đầu Đà Trạng thái ban đầu Trạng thái xuống vận tốcV1 Đà trạng thái xuống với V1 lần Trạng thái Đà trạng thái xuống với V2 Đà trạng thái xuống với V2 Trạng thái lên với V1 lần xuống với V1 lần Trạng thái xuống với V2 Đà trạng thái xuống với V2 Trạng thái lên với V1 Đà trang thái Đà trang thái lên với V1 lần lên với V1 lần - Đồ án điều khiển logic 4>Xây dùng G2: g 0o00 00000 m,a XV1 b c XV2 XV2 c LV1 d LV1 a a - §å án điều khiển logic 5> Xác định hàm điều khiển cho trạng thái: Từ G2 ta có: S0+ =g+a.S5 S3+ = cS2 - S0 =S1 S3- = S1 S1+=(m+a)So + bS3 S4+ = cS1 S1- = S2 + S4 S4- = S5 S2+ = bS1 S5+ = dS4 S2- = S3 S5- = S0 6/ NhËn xÐt vỊ m¹ch ®iỊu khiĨn : * Cã thĨ dïng chÝnh m lµm tín hiệu xác lập So ( bỏ g ) * Sơ đồ thiếu bảo vệ điện thiếu điều khiển dừng * Nguyên tắc bảo vệ điện : Động tự động (cho mũi khoan) chạy ngợc trở lại (L1) trạng thái ban đầu So Khi có điện trở lại chờ có tín hiệu mở máy m * Nguyên tắc dừng : Khi ấn nút dừng, động cho múi khoan chạy ngợc trở (L1) trạng thái ban đầu So chờ tín hiệu cho phép hoạt động trở lại (m) Nh mạch điều khiển, ta tổ chức thêm trigơ trạng thái M để thực công việc - Đồ án điều khiển logic M+ = m M- = Dg Dg lµ nót Ên dõng Do ấn Dg hệ thống tự động trở trạng thái ban đầu nên tín hiệu Reset không cần Sơ đồ mạch điều khiển hoàn chỉnh : xem trang sau Việc thay đổi dẫn đến thay đổi tơng ứng mạch chấp hành : Các khâu liên động tiếp điểm thờng đóng : GX,GL,GV1,GV2 để bảo vệ chống tác động nhầm Khi điện, tiếp điểm M(5-7) đóng lại (khi bắt đầu làm viƯc, Ên nót më m¸y -> M x¸c lËp -> cn hót M cã ®iƯn -> M(5-7) më ra) Khi có điện trở lại -> cuộn hút GL GV1 có điện -> động cho mũi khoan chạy lên (do So(4-5) đóng) Khi gặp A, So đợc xác lập, cn hót So cã ®iƯn -> tiÕp ®iĨm So(4-5) më Hệ thống trạng thái sẵn sàng làm việc Chỉ ấn nút m tiếp điểm M(4-6 )mới đóng lại, M(5-7) mở ra, hệ thống làm việc bình thờng Khi hệ thống hoạt động, ấn nhầm nút m trục trặc M xác lập, tiếp điểm M(5-7) vÉn më, tiÕp ®iĨm M(4-6) vÉn ®ãng, Mn dõng hệ thống, ấn nút dừng Dg-> trạng thái M bị xoá 0, cuộn hút M điện -> tiếp ®iĨm M(4-6) më ra, tiÕp ®iĨm M(5-7) ®ãng l¹i NÕu hệ thống trạng thái So tiếp điểm So(4-5) mở vấn đề Nếu khác So tiếp điểm So(4-5) đóng -> cuộn hút GV1 GL có điện -> động cho mũi khoan chạy lên, trở So So đợc xác lập tiếp điểm So(45) mở ra, hệ thống ngừng hoạt động - §å án điều khiển logic Muốn hệ thống hoạt động trở lại, ấn nút m -> tiếp điểm M(4-6) đóng, hệ thống làm việc bình thờng 7> Lựa chọn phần tử cho mạch điều khiển : Từ sơ đồ điều khiĨn hoµn chØnh ( xem trang tríc ) -> ta cÇn cã : phÇn tư OR phÇn tư AND phần tử trigơ RS rơ le trung gian điôt tranzistor Vậy ta chọn : * IC 74LS32 (4 OR) – hä TTL - ¸p nu«i : + 5V * IC 74LS08 (4 AND) họ TTL - áp nguồn nuôi : + 5V * IC 74LS279 (4 trig¬ RS) – hä TTL - áp nuôi : + 5V * rơle trung gian loại P 500, tiếp điểm phụ, tiÕp ®iĨm chÝnh cã : Uhót = 12V ( DC ) I td = 10A KÝch thíc 70x30x65 (mm) * Trazistor loại C338 có nguồn nuôi 12V Toàn phần tử, ngoại trừ rơle trung gian, đợc bố trí board mạch bakêlit Bố trí sơ be phần tử board nh sau : - 10 Đồ án ®iỊu khiĨn logic Ch©n ngn +5V 2A,2B -> 7A,7B : 12 chân cho điôt bảo vệ rơle trung gian lần l ợt : M, So, V1, X, V2, L ch©n nguån +12V 9->14 : ch©n nhËn tín hiệu vào, lần lợt: m, Dg, A,B,C,D 15 Chân GND KÝch thíc cđa board cì 90 x 65 (mm) -> 100 x 70 (mm) - 11 Đồ án điều khiển logic Chơng III - Thiết kế mạch lực III.1 Yêu cầu chung : Mạch lực mạch chấp hành mạch điều khiển Trên có thiết kế bảo vệ cho mạch Các dạng bảo vệ gồm : + Bảo vệ ngăn mạch + Bảo vệ tải xung kích tải dài hạn + Bảo vệ áp thấp + Bảo vệ pha + Bảo vệ từ trờng Vì phơng án mạch lực động Rôto dây nên bảo vệ từ trờng Để bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ tải đỉnh nhọn để đóng cắt -> dùng Aptômat Bảo vệ tải dài hạn : dùng rơle nhiệt Bảo vệ điện áp thấp : dùng rơ le điện áp cực tiểu Bảo vệ pha : Rơle nhiệt III.2 M¹ch lùc : - 12 Đồ án điều khiển logic Xem sơ đồ trang sau Trong : Công tắc tơ GL,GV1,GV2,GX điều khiển cho động chạy thuận, chạy ngợc, điều chỉnh tốc độ động theo cấp điện trở phụ Tốc độ định mức động tơng ứng với V1, tiếp điểm V1 mạch động lực đóng Tốc độ V2 tơng ứng động có thêm cấp ®iƯn trë phơ R, ®ã tiÕp ®iĨm GV1 trªn mạch lực mở Tiếp điểm M(4-6), M(5-7), So(4-5) có tác dụng trình mở máy, dừng máy, điện (xem phần thuyết minh) Các khâu liên động GX(7-8), GV2(7-9), GV1(10-11), GL(12-13) để bảo vệ tránh tác động nhầm Các tiếp điểm L(6-7), V1(6-7), V2(6-10), X(6-12) tiếp điểm rơle trung gian, nhận tín hiệu từ mạch điều khiển, đóng cắt điện cho công tắc tơ III.3 Lựa chọn phần tử : 1/ Động : 7KW - Động KDB rôto dây quấn -> Chọn động MT 21-6 Liên Xô, số liƯu kÜ tht : n®m = 1450 v/ph λ= Mmm : M®m = 2,9 U®m = 380/220v η% = 88% Cos đm = 0,88 I1đm=P/3.U..cosđm=14.7(A) 2/ Lựa chọn công tắc t¬ - 13 Đồ án điều khiển logic Với động rô to dây quấn , lấy hệ số mở máy 2,5 Suy dòng mở máy (dòng qua tiếp điểm điểm công tắc tơ : 2,5 14,7 = 36,75 A ) Suy chän lo¹i kTΠ 521 , I ®m = 50 A , cã dËp hå quang träng lợng kG Có tiếp điểm tiếp điểm phụ ã Kiểm tra tiếp điểm Rơ le trung gian Vì I đm công tắc tơ 50 A ,suy công suất cuộn hút không 150 w , dòng qua tiếp điêm Rơ le trung gian nhỏ thua 150: 380 ≅ 0,39 A Trong ®ã tiÕp điểm rơ le trung gian chịu đợc dòng 10 A đảm bảo Kích thớc loại công tắc tơ 95* 120*140* mm 3/ Rơ le điện ¸p cùc tiĨu RU Chän lo¹i ∋ H 528 / 320 , kích thớc 55* 70* 100 mm Điện áp định mức 380 V ; trọng lợng 1,1 k G 4/ Chän Aptomat pha Chän lo¹i EA53G - Nhật chế tạo Dòng định mức 50A , Uđm =380V , dòng Ngấn mạch 5kA 5/Chọn loại Rơle nhiệt bảo vệ tải Chọn loại Rơle 2cực TPH-20 Liên Xô Khi Iqt=1.2*Iđmtác động sau 20 phút Iqt=6*Iđm tác động sau 4-15s Phần tử đốt nóng Rơle thay với dòng Iđm lớn 20A - 14 Đồ án điều khiĨn logic R¬le cã nót Ên phơc håi , träng lợng 0.25kg Kích thớc đế 94*128mm III.4/ Thuyết minh sơ đồ nguyên lý: 1>Hoạt động bình thờng: Khi đóng Aptomat, mạch lực mạch điều khiển có điện trạng thái sẵn sàng làm việc.Lúc này: tiếp ®iĨm So (4-5)më(do So x¸c lËp ), tiÕp ®iĨm M(4-6 )vẫn mở, công tắc tơ cha đợc cấp điện Khi ấn nút mở máy cuộn hút Rơ le trung gian Rtg có điệntiếp điểm M(46) đóng lại ,M(5-7) mở Đồng thời ấn m, dẫn đến cuộn hút Rtg X có điện (So xác lập có tín hiệu từ công tắc hành trình A)tiếp điểm X(6-12) đóng lạicuộn hút công tắc tơ GX có điện động cho mũi khoan xuống với vận tốc V1(do S1 mạch điều khiển xác lập nên Rtg V1 có điện tiếp điểm V1 (6-7) đóng lạicông tắc tơ GV1 có điện: cắt cấp điện trở phụ khỏi Roto) Khi hệ thống đợc hành trình ABcó tín hiệu B gửi mạch điều khiển trạng thái S2 xác lập , xoá trạng thái S1 ,các cuộn hút Rtg X Rtg V2 có điệntiếp điểm X(6-12) tiếp điểm V2(6-10) đóng lại côNg tắc tơ GX vàGV2 có điện, điều khiển động quay với vận tốc V2 cho mũi khoan tiếp tục xuống Khi gặp C: tín hiệu gửi từ côNg tắc hành trình vềxác lập trạng thái S3 ,xoá trạng thái S2 (vì X,V2 mở ra)cuộn hút Rơle trung gian Rtg V1vµ Rtg L - 15 Đồ án điều khiển logic có điện tiếp điểm L(6-7) V1(6-7) đóng công tắc tơ GV1 GL có điện đảo truyền động mũi khoan lên với vận tốc V1 Quá trình diễn tiếp tục tơng tự nh Khi gặp A lần : So xác lậpS1 xác lập Vì Rtg X Rtg V1 cã ®iƯn→ tiÕp ®iĨm X , V1 ®ãng lại công tắc tơ GX ,GV1 có điện động ®iỊu chØnh mịi khoan chun ®éng xng víi vËn tècV1 Khi gặp C lần 2: S4 xác lập , xoá trạng thái S1 , đồng thời : Rơle trung gian Rtg X, Rtg V2 có điện động điều chỉnh mịi khoan xng víi vËn tècV2 Khi gỈp D: S5 xác lập , quay xoá S4 , Rtg L, RtgV1 có điện động điều chỉnh mũi khoan lên với vận tốcV1 Gặp A lặp lại chu trình 2>Các vấn đề xảy ra: *ấn nút dừng Dg : cuộn hút RTg M điện TĐ M(5-7) đóng, M(4,6 )mở CTT GV1 & GL cã ®iƯn HƯ thèng tù ®éng trë vỊ trạng thái ban đầu Khi S0 xác lập TĐ S0 mở CTT điện hoàn toàn hệ thống hoạt động trở lại ấn m ( nh trờng hợp mở máy bình thờng ) * Mất điện : Tơng tự trờng hợp ấn Dg, cuộn hút RTg M điện Chỉ khác chỗ , hệ thống trở trạng thái ban đầu cách tự động có điện trở lại * Sự cố tải: Rơ le nhiệt tác ®éng ( trêng hỵp mÊt pha cịng vËy ) ⇒ tiếp điểm RN(1-2) mở rơle điện áp thấp điện tiếp điểm RU(1-4) mở công tắc tơ điện hoàn toàn Khi muốn hồi phục lại ta phải ấn nút phục hồi cho tiếp điểm RN(1-2), Rơle RU có điện TĐ RU(1-4) đóng lại , tình xảy nh trờng hợp điện có điện trở lại - 16 Đồ án điều khiển logic * Điện áp yếu rơle cực tiểu RU nhả tiếp điểm RU(1-4) cắt điện Khi đủ áp lại đóng tiếp điểm RU(1-4 )lại , hệ thống phúc hồi hoạt động bình thờng * Khi tải xung kích ngắn mạch Aptomat nhảy Sau sửa chữa cố ta phải đóng Aptomat trở lại muốn hệ thống hoạt động * Trong trình hoạt động có ấn nhầm nút mở máy m vấn đề RTg M có điện , Hệ thống làm việc bình thờng * Với nguồn: Nhận điện áp dây 380V qua hai cổng In1 & In2 Cho hai mức điện áp 12V & 5V DC qua hai cỉng Out1 (5V) vµ Out2 (12V) * Ngoài bảng điện ta có: - Nút ấn dừng Dg - Nút ấn mở máy m - công tắc hành trình gửi đến điểm nối: A CTHT , B CTHT , C CTHT vµ D CTHT - Động gửi đến đầu nối: Stato Rôto: A Đc , B Đc , C Đc để cấp điện vào stato A DC , B Đc , C Đcđể đa ( cắt ) cấp điện trở phụ vào Rôto qua vành trợt - Nguồn điện ; đầu nối A Ng , B Ng , C Ng ã Trên bảng điện , có lỗ góc để bắt vít ã Trên sở ta bố trí thiết bị lắp nh sau: ( Xem sơ đồ trang sau) ã kích thớc lắp : 650* 690 - 17 Đồ án điều khiển logic Kích thớc giới hạn thiết bị 5708* 610 Trên sơ đồ , ta không vẽ giới hạn lắp mà thể phần giới hạn bố trí thiết bị IV.3 Bảng nối dây : STT 01 02 Tên thiết bị Aptomat Công tắc tơ GX Nối dây A - ĐL B - ĐL C - §L A1 - A1 GX B1 - B1 GX C1 - C1 GX B1 - RU C1 A1 - RU - A1 GL B1 - B1 GL C1 - C1 GL A2 - A2 GL B2 - B2 GL C2 - C2 GL - GV2 13 - 13 GL 03 04 C«ng tắc tơ GL Công tắc tơ GV1 - - A2 RN B2 - §L C2 - C2 RN - RU - GX 12 - 12 X A4 - ĐL Tên thiết bị Nối dây - Công tắc tơ GV2 GV1 11 - 11 GV1 - V1 - 7L - RN Rơle điện áp cùc tiÓu RU - So A3 - §L R¬le nhiƯt RN R¬le trung gian So C3 - §L - RU - 5M a - 1§K b - 1§K a - 1ĐK 7L A2 B4 - STT Rơle trung gian M b - 1§K - GX - V1 - RU 10 11 R¬le trung gian V1 R¬le trung gian X a - 1§K b - 1§K - 6L a - 1§K b - 1§K - 6V2 §L - 18 Đồ án ®iỊu khiĨn logic 12 R¬le trung gian V2 a - 1ĐK b - 10 1ĐK - 6V1 Bảng nối dây ( tiếp theo) STT 13 14 Tên thiết bị Rơ le trung gian a Nối dây - 11 1§K L b - 12 1§K Bé nguån In1 - ĐL In2 - ĐL STT Tên thiết bị Nối dây Out1 - 2ĐK Out2 - 2ĐK 15 16 Mạch điều khiển Đầu nối ĐL - 2§K 2A - 1§K 2B - 1§K 3A 3B1 -4A2 1§K Ng 4A 1§K 4B - 1ĐK 5A 1ĐK - 17 Đầu nối điều khiển 2ĐK - A CTHT - B CTHT - C CTHT B Ng 1§K 18 Đầu nối điều khiển 1ĐK - - 19 Đồ án điều khiển logic KếT LUậN Sau trình học tập nghiên cứu, với hớng dẫn tận tình thầy giáo Phan Cung giúp đỡ bạn lớp, em đà hoàn thành nhiệm vụ đợc giao đồ án: Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho khoan Trong nội dung nghiên cứu đồ án này, em đà thực đợc nhiệm vụ sau: - Tìm hiểu công nghệ yêu cầu hệ thống khoan lỗ giai đoạn - Dùng phơng pháp Grafcet để tổng hợp hiệu chỉnh mạch điều khiển - Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực mạch điều khiển hệ thống - Lựa chọn thiết bị chấp hành, thiết bị điều khiển bảo vệ hệ thống - Xây dựng sơ đồ lắp ráp bảng nối dây Trong trình thực hiện, chắn thân em tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đợc ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! - 20 Đồ án điều khiển logic Tài liệu tham khảo PGS - TS Nguyễn Trọng Thuần - Điều khiển logic ứng dụng Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2000 Trịnh Đình §Ị, Vâ TrÝ An - §iỊu khiĨn tù ®éng trun động điện Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 1986 Nguyễn Xuân Phú, Tô Đằng - Sử dụng sửa chữa khí cụ điện hạ áp Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1998 Các CD-ROM catalogue tra cứu thiết bị khí nén điện hÃng OMRON, FESTO, MITSUBISHI Bản dịch: Cẩm nang Kỹ thuật điện Tự động hoá Tin học Công nghiệp Ngời dịch: PGS - TS Lê Văn Doanh Nhà xuất Khoa học Kü thuËt, Hµ Néi 1999 Lewin, D - Logical design of switching circuits Nhà xuất MacMillan, 1986 - 21