THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY BÀO GIƯỜNG SỦ DỤNG PLC

MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CƠNG NGHÊ 1.1 Giới thiệu cơng nghệ: Máy bào mặt phẳng hay gọi máy bào giường sử dụng rộng rãi Trong loại máy khí, dùng để gia cơng bề mặt chi tiết kim loại có biến dạng lớn Ngồi máy bào mặt phẳng dùng để xẻ rãnh hình T, V, én Máy bào gia công bề mặt chi tiết mức độ thơ tinh khác Truyền động máy bào mặt phẳng chuyển động tịnh tiến bàn máy, bàn máy kéo động điện Chất lượng suất máy bào mặt phẳng phụ thuộc vào nhiều yếu tố tốc độ bàn máy, lực cắt, mô men cắt dao… Máy bào mặt phẳng có nhiều chủng loại, dựa vào kiểu phân loại ta chia thành nhóm máy bào mặt phẳng sau: • Dựa vào số trụ phân : Máy bào trụ : ví dụ kiểu máy 710 ; 71120 ; 7116 Máy bào hai trụ : ví dụ kiểu máy 7210 ; 7212 ; 7216 • Dựa vào chiều dài (Lb) bàn máy lực kéo bàn (Fk) ta phân ra: Máy cỡ nhỏ: Chiều dài bàn Lb < (m) ; Lực kéo Fk = 30 ÷ 50 (KN) Máy cỡ trung bình: Chiều dài bàn Lb = ÷ (m) ; Lực kéo Fk = 50 ÷ 70 (KN) Máy cỡ nặng (lớn): Chiều dài bàn Lb > (m) ; Lực kéo Fk > 70 (KN) 1.2 Cấu tạo của máy: Hình 1: Hình dạng bên máy bào giường Chi tiết cần gia công Bàn máy Dao cắt Bàn dao Xà dao 1.3 Các truyền động của máy bào giường: 1.3.1 Trùn đợng chính: - Chuyển động tịnh tiến qua lại bàn máy gọi truyền động Trong q trình làm việc, bàn máy di chuyển qua lại theo chu kỳ lặp lặp lại Mỗi chu kỳ gồm hành trình thuận ngược Ở hành trình thuận, máy thực gia cơng chi tiết, gọi hành trình cắt gọt Ở hành trình ngược, bàn máy chạy vị trí ban đầu, khơng thực cắt gọt, nên gọi hành trình khơng tải + Hành trình thuận : hành trình gia công chi tiết, gồm nhiều giai đoạn, khởi động, ăn dao, vào chi tiết, cắt gọt ổn định, dao khỏi chi tiết gia công ứng với tốc độ khác + Hành trình ngược : trình máy chạy khơng tải để đưa bàn máy khỏi chi tiết vị trí ban đầu để chuẩn bị cho chu kì Tốc độ hành trình thuận thường nhỏ tốc độ hành trình ngược để nâng cao suất máy 1.3.2 Chuyển động ăn dao: Dịch chuyển bàn dao sau hành trình kép chuyển động chuyển động ăn dao Cứ sau kết thúc hành trình ngược bàn dao lại dịch chuyển theo chiều ngang khoảng gọi lượng ăn dao Truyền động ăn dao làm việc có tính chất chu kỳ, hành trình kép làm việc lần (từ thời điểm đảo chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận, kết thúc trước dao cắt vào chi tiết) 1.3.3 Các chuyển động phụ: Chuyển động phụ di chuyển nhanh xà máy, bàn dao, nâng dầu dao hành trình khơng tải Thực vậy, ngồi chuyển động chuyển động ăn dao máy bào giường có nhiều chuyển động khác : - Chuyển động chạy nhanh bàn giao, xà máy - Chuyển động nâng đầu dao hành trình ngược - Các chuyển động hút (gạt), phoi, bơm dầu, quạt mát v.v 1.4 Phân tích đồ thị của tốc độ máy bào giường Đồ thị tớc đợ: Hình 2: Đồ thị tốc độ máy báo giường Phân tích: + Giai đoạn : Giả thiết bàn máy đầu hành trình thuận tăng tốc đến tốc độ V1(tốc độ vào dao) khoảng thời gian T1 + Giai đoạn : tăng tốc từ V1 đến tốc độ cắt gọt V2 khoảng thời gian t2 Trong thời gian bàn máy chuyển động với tốc độ V2 để gia công chi tiết + Giai đoạn : giảm tốc độ từ V2 xuống V1 khoảng thời gian t3 Bàn máy sơ giảm tốc đến tốc độ V1, dao đưa khỏi chi tiết tốc độ bàn V1 + Giai đoạn : đảo chiều chuyển động bàn máy, bàn máy từ tốc độ thuận V1 đảo chiều chuyển động tăng tới tốc độ ngược V3 khoảng thời gian t4 thực hành trình khơng tải, đưa bàn máy vị trí ban đầu + Giai đoạn : giảm tốc độ ngược từ V3 V1 khoảng thời gian t5 Gần hết hành trình ngược bàn máy giảm tốc độ sơ đến V1, đảo chiều sang hành trình thuận, thực chu kỳ khác Qua việc phân chia giai đoạn hoạt động ta mơ tả cơng nghệ máy bào giường sau : Sau ấn nút khởi động, máy bào giường chuyển động theo hành trình thuận với tốc độ nhỏ V1, giai đoạn kéo dài từ A tới B Kết thúc giai đoạn cần phải tăng tốc cho bàn máy chuyển động theo hành trình thuận với tốc độ cắt gọt V2>V1, giai đoạn kéo dài từ B tới C Đến C sau cắt gọt chi tiết xong bàn máy giảm tốc từ V2 xuống V1 chuẩn bị cho trình đảo chiều, giai đoạn kéo dài từ C tới D Trong trình đảo chiều để tăng suất, ta điều khiển cho bàn máy chạy với tốc độ V3 >V2 >V1 Bàn máy chuyển động ngược gặp A bắt đầu giảm tốc từ V3 xuống V1, tiếp tốc độ giảm bắt đầu chu kì làm việc Khi có tín hiệu dừng máy, bàn máy dừng đầu hành trình thuận đầu hành trình ngược 1.5 1.6 Các u cầu đới với hệ thống truyền động máy bào giường 1.6.1 Truyền đợng - Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động tỉ số tốc độ lớn thấp bàn máy D = Vmax Vngmax = Vmin Vthmin Trong : Vngmax - tốc độ lớn bàn máy hành trình ngược Vthmin - tốc độ nhỏ bàn máy hành trình thuận Chọn Vthmin = 5m/ph Vngmax Ta có: D= Vthmin = 70 = 14: ϕ= - Độ trơn điều chỉnh tốc độ tỉ số hai giá trị kề tốc độ ω i , ω i +1 ω i +1 ωi tốc độ cấp thứ i i+1 xác định công thức : ϕ = z −1 ω max z −1 = D ω z số cấp tốc độ máy yêu cầu đề ta có ϕ = 1.41 - Hệ thống truyền động hệ truyền động có đảo chiều quay làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại - Do máy bào giường có nhiệm vụ gia công thô bề mặt chi tiết ,không cần độ bóng, nhẵn nên độ xác u cầu không cao δ % < 5% Thường chọn δ %= 2% - Độ ổn định tốc độ: Tốc độ cần ổn định trường hợp gia công chi tiết, tức dao cắt cắt vào chi tiết để tránh làm sứt mẻ chi tiết dao cắt - Quá trình độ khởi động, hãm yêu cầu xảy êm, tránh va chạm truyền với tác động cực đại 1.6.2 Truyền động ăn dao Truyền động ăn dao làm vệc có tính chất chu kì, hành trình kép làm việc lần Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao D = ( 100 ÷ 200)/1 Lượng ăn dao cực đại đạt tới (80 ÷ 100) mm/hành trình kép Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, đạt tới 1000 lần/giờ Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều chế độ di chuyển làm việc di chuyển nhanh Truyền động ăn dao thực nhiều hệ thống khí, điện khí, thuỷ lực, khí nén Thơng thường sử dụng rộng rãi hệ thống điện : động điện hệ thống truyền động trục vít - ecu bánh - CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH LỰC 2.1 Thiết kế mạch lực: 2.1.1 Tổng quan về PLC PLC viết tắt Programmable Logic Controller, thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ thời gian định hay kiện đếm PLC dùng để thay mạch relay (rơ le) thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét trạng thái đầu đầu vào Khi có thay đổi đầu vào đầu thay đổi theo Ngơn ngữ lập trình PLC Ladder hay State Logic Hiện có nhiều hãng sản xuất PLC Siemens, AllenBradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell Một kiện kích hoạt thật sự, bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên gọi thiết bị vật lý Một điều khiển lập trình liên tục "lặp" chương trình "người sử dụng lập ra" chờ tín hiệu ngõ vào xuất tín hiệu ngõ thời điểm lập trình Để khắc phục nhược điểm điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển Relay) người ta chế tạo PLC nhằm thỏa mãn yêu cầu sau: • Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học • Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa • Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình phức tạp • Hồn tồn tin cậy mơi trường cơng nghiệp • • Giao tiếp với thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, mơi Modul mở rộng Giá cá thể cạnh tranh Các thiết kế nhằm thay cho phần cứng Relay dây nối Logic thời gian.Tuy nhiên,bên cạnh việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ tính dễ dàng cho PLC mà bảo đảm tốc độ xử lý giá … Chính điều gây quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC công nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng từ lệnh logic đơn giản đến lệnh đếm, định thời, ghi dịch … sau chức làm tốn máy lớn … Sự phát triển máy tính dẫn đến PLC có dung lượng lớn, số lượng I / O nhiều Trong PLC, phần cứng CPU chương trình đơn vị cho trình điều khiển xử lý hệ thống Chức mà điều khiển cần thực xác định chương trình Chương trình nạp sẵn vào nhớ PLC, PLC thực việc điều khiển dựa vào chương trình Như muốn thay đổi hay mở rộng chức quy trình cơng nghệ, ta cần thay đổi chương trình bên nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức thực cách dễ dàng mà không cần can thiệp vật lý so với sử dụng dây nối hay Relay Cấu trúc: Tất PLC có thành phần là: Một nhớ chương trình RAM bên (có thể mở rộng thêm số nhớ ngồi EPROM) Một vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC Các Modul vào /ra Bên cạnh đó, PLC hồn chỉnh kèm thêm đơn vị lập trình tay hay máy tính Hầu hết đơn vị lập trình đơn giản có đủ RAM để chứa đựng chương trình dạng hồn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình đơn vị xách tay, RAM thường loại CMOS có pin dự phòng, chương trình kiểm tra sẵn sàng sử dụng truyền sang nhớ PLC Đối với PLC lớn thường lập trình máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485, … Nguyên lý hoạt động PLC CPU điều khiển hoạt động bên PLC Bộ xử lý đọc kiểm tra chương trình chứa nhớ, sau thực thứ tự lệnh chương trình, đóng hay ngắt đầu Các trạng thái ngõ phát tới thiết bị liên kết để thực thi Và toàn hoạt động thực thi phụ thuộc vào chương trình điều khiển giữ nhớ 10 2.4.5 Cách cài đặt biến tần: THAM SỐ GIÁ TRỊ ĐẶT NỘI DUNG P3 Cấp điều khiển P100 Chuẩn US KW, 50HZ P300 Chọn động không đồng P304 380v Điện áp định mức động P305 44 A Dòng điện định mức động P307 22 KW Công suất định mức động P308 0.76 Hệ số cos P310 50 Hz Tần số định mức động P311 972 rpm Tốc độ định mức động P700 Điều khiển từ cơng tắc ngồi P840 R722.0 chọn bit (DI0) Chọn S1 làm công tắc khởi động/dừng P1000 Đặt tốc độ cố định P1001 200 rpm Đặt tốc độ P1002 500 rpm Đặt tốc độ P1003 800 rpm Đặt tốc độ P1016 1: Điều khiển trực tiếp Chọn cách điều khiển tốc độ P1020 R722.1 chọn bit (DI1) Cấp tốc độ thứ P1021 R722.2 chọn bit (DI2) Cấp tốc độ thứ P1022 R722.3 chọn bit (DI3) Cấp tốc độ thứ P1080 Từ 100 rpm Tốc độ đặt nhỏ P1082 Từ 972 rpm Tốc độ đặt lớn P1113 R722.4 chọn bit (DI4) Chọn công tắc đảo chiều quay P1120 10s Thời gian tăng tốc P1121 10s Thời gian giảm tốc P1300 20 – điều (encoderless) P1900 – nhận dạng tĩnh khiển tốc độ Phương pháp điều khiển Nhận dạng thông số động CHƯƠNG TÍNH CHỌN THIẾT BỊ, TRANG BỊ ĐIÊN: Với đợng KĐB có Pm=22(Kv); Udm=380(V); Cosθ=0.76; Ndm=972 v/phút; ηdm= 0.85 => => 3.1 Chọn PLC: Hình 3.1: PLC S7-1200 6ES7211-1AE31-0XB0 Power supply (Nguồn nuôi): 220VAC Digital Inputs (Ngõ vào số): 14 DI DC Digital outputs (Ngõ số) :10 DO RELAY Expansion Analog module (Khả mở rộng Analog): AI Program language (Ngơn ngữ lập trình): Ladder / STL RTC (thời gian thực): Tích hợp sẵn Communication (truyền thông): RS485 qua cáp PC/PPI Communication Expansion (truyền thông mở rộng): Modbus, Profibus, Devicenet 3.2 Chọn biến tần: Với động có Pdm=22(kW) ta chọn biến tần G120 Siemens-6SL3225-0BE330AA0 có Pdm=30(kw) Hình 3.2: hình ảnh biến tần G120 Kích thước D - 200mm Wide x 237mm Độ sâu x 472mm Fieldbus: Profinet-PN STO (Độ bền mơ-men xoắn an tồn) sang SIL (EN 61508) thông qua đầu vào số Điện áp đầu vào:3 pha 380V-480V + 10% -20% 50-60Hz ± 5% Điện áp đầu ra: pha 400V Dòng đầu vào: 60A High Overload, 75A Fan / Pump định mức Bộ lọc EMC: Nội bộ, theo IEC 61800-3 Loại A Loại C2 (Công nghiệp) Mất nhiệt đầu tối đa: 933W 3.3 Chọn rơ-le trung gian: Hình 3.3: RELAY trung gian MY2N-DC24 * Mã sản phẩm : MY2N-DC24 * Nhãn hiệu : Omron MY2: 5A, tíếp điểm MY4: 3A, tiếp điểm Nguồn: 24VDC, 110/220VAC/DC Ðế cắm: PYF08A-N (MY2), PYF14A-N (MY4) 3.4 Chọn cơng tắc hành trình: Hình 3.4: hình ảnh cơng tắc hành trình Thơng số kỹ thuật : Dòng điện định mức 6A Điện áp định mức 250VAC Màu sắc Trắng Phụ kiện kèm Không 3.5 Chọn nút ấn: a, Nút ấn start: Hình 3.5a: nút ấn start Đường kính lỗ khoét 22.5mm Điện áp định mức 230VAC Tiếp điểm N/O Màu sắc Xanh Phụ kiện kèm Khơng Quy cách đóng gói Hợp giấy b, Nút ấn Stop Hình 3.5b: nút ấn stop Đường kính lỗ kht 22.5mm Điện áp định mức 230VAC Tiếp điểm N/C Màu sắc Đo Phụ kiện kèm Không 3.6 Chọn thiết bị bảo vệ: Ta có: => Chọn aptomat: Hình 3.6: aptomat ABS203c-150A Mã Hàng: ABS203c-150A MCCB LS (APTOMAT LS) loại Pha Dòng điện định mức(A): 150 A Khung kích thước chế tạo: ABS203c Khả chịu dòng max giây (kA) : Icu65(kA) Điện áp làm việc định mức (V) : (Ue)400V/440V Tần số định mức (Hz) : 50Hz / 60Hz 3.7 Chọn dây dẫn: a Dây cáp mạch lực: Ta có: S = Iđm / J Trong đó: S tiết diện dây dẫn J mật độ dòng điện cho phép Đối với dây đồng J~6 A/mm2 Đối với dây nhơm J~4.5 A/mm2 Dòng điện định mức động : Tiết diện dây dẫn : Theo bảng chọn dây cáp điện lực ta chọn được: Dây cáp điện lực 10 mm2 + dòng điện định mức: 55A + độ sụt áp: 3.3 mV Bảng 3.2: bảng chọn cáp điện lực b.Dây dẫn mạch điều khiển: Mạch điều khiển phải chịu dòng điện nhỏ nên ta chọn dây dẫn lõi đồng tiết diện 0.5 mm2 CHƯƠNG KẾT QUẢ, KẾT LUẬN: 4.1 Kết quả: 4.1.1 Thuyết minh hoạt đợng: - Cấp điện cho tồn hệ thống có tín hiệu start từ PLC tiếp điểm R1 R2 đóng lại động hoạt động chạy thuận với tốc độ thứ chạm cơng tắc hành trình B tiếp điểm R1 R3 đóng, tiếp điểm R2 mở động chạy thuận với tốc độ thứ Khi chạm công tắc hành trình C tiếp điểm R1 R2 đóng lại, tiếp điểm R3 mở động chạy thuận tốc độ thứ Khi chạm cơng tắc hành trình D tiếp điểm R1, R4 R5 đóng lại, tiếp điểm R2 mở động chạy nghịch tốc độ thứ Khi ấn stop tiếp điểm R1, R2, R3, R4, R5 mở ra, động ngừng hoạt động 4.1.2 Kết mơ phong: Hình 4.1: kết mơ WINCC 4.2 Kết luận: Kết trình bày đồ án môn học kết bước đầu việc khám phá, nghiên cứu hệ thống máy bào giường lý thuyết nhiếu sai sót hạn chế q trình thực Trong nội dung nghiên cứu đồ án này, em thực nhiệm vụ sau:  Tìm hiểu cơng nghệ u cầu cảu máy bào giường  Lựa chọn thiết bị chấp hành, thiết bị điều khiển bảo vệ hệ thống  Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển, mạch lực hệ thống Qua thời gian thực với nỗ lực thân hướng dẫn thầy giáo Nguyễn Đăng Khang giúp em hoàn thành đồ án Tuy nhiên với lĩnh vực tương đối khó đòi hỏi độ xác cao với thời gian tiếp xúc ngắn chắn báo cáo nhiều điều thiếu sót, em mong tiếp tục nhận ý kiến đóng góp thầy, giáo để đồ án chúng em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! 53