Trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước , có thể nói một trong những tiêu chí đánh giá để đánh giá sự phát triển của đất nước là mức độ tự động hóa trong các quá trình sản xuất mà trước hết đó là năng xuất sản xuất và chất 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 đã làm cơ sở và hỗ trợ sự phát triển tương xứng của lĩnh vực tự động hóa . Ngành tự động hóa điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào từng ngõ ngách , vào tất cả các quá trình tạo ra sản phẩm .Một trong những ứng dụng đó là Công Nghệ Máy Bào Giường . Tự động hóa điều khiển máy bào giường là quá trình điều khiển bàn máy chạy thuận ,chạy ngược và cắt đi lớp kim loại trên bề mặt vật liệu có chiều dày theo yêu cầu . Qua một thời gian thực hiện cùng sự nỗ lực của nhóm cũng như sự chỉ bảo nhiệt tình của cô Ths. Trần Thị Hồng Thắm nhóm chúng em đã hoàn thành bài báo cáo đúng dự kiến . Tuy nhiên do thời gian qua ngắn , kinh nghiệm thực tế còn ít nên khó tránh khỏi những sai xót trong quá trình làm bài ,kính mong cô sẽ góp ý và thông cảm cho chúng em. Chúng em xin chân thành cảm ơn .
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÀI TẬP LỚN
MÔN: ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ TRANG BỊ ĐIỆN
Sinh Viên Thực Hiện : Bùi Văn Tâm
Kiều Ngọc Tú Đoàn Minh Tuấn Nguyễn Văn Vọng
Trang 2CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 5
1.1 Khái niệm, phân loại và cấu tạo máy bào mặt phẳng 5
1.1.1 Khái niệm chung 5
1.1.2 Phân loại 5
1.1.3 Kết cấu mày bào mặt phẳng 5
1.1.3.1 Đế máy ( thân máy) 5
1.1.3.2 Bàn máy: 6
1.1.3.3 Giá chữ U 6
1.1.3.4 Xà ngang 6
1.1.3.5 Các bàn dao máy 6
1.1.3.6 Bộ phần truyền động 6
1.2 Các chuyển động của máy bào giường 6
1.2.1 Truyền động chính của bàn máy 6
1.2.1.1 Hành trình thuận 6
1.2.1.2 Hành trình ngược 7
1.2.2 Truyền động ăn dao 8
1.2.3 Truyền động nâng hạ xà 9
1.2.4 Truyền động kẹp nhà xả 9
1.2.5 Bơm dầu 9
1.2.6 Quạt gió 9
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ,MẠCH ĐỘNG LỰC 10
2.1 Mạch điều khiển 10
2.2 Tổng quan về PLC S7-1200 11
2.2.2 Các bảng tín hiệu 12
2.2.3 Các module tín hiệu 13
2.2.4 Các module truyền thông 13
2.3 Biến tần 14
2.4 Thuật toán 15
Trang 32.5 Địa chỉ vào ra của PLC S7-1200 18
2.6 Địa chỉ vào ra của biến tần V20 18
2.7 Mạch động lực 18
CHƯƠNG 3 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ,TRANG BỊ ĐIỆN 20
3.1 Các phần tử trang bị điện sử dụng 20
3.1.1 Aptomat 20
3.1.1.1 Cấu tạo 20
3.1.1.2 Tác dụng 21
3.1.2 Nút ấn tự phục hồi (push button) 21
3.1.2.1 Cấu tạo 21
3.1.2.2 Tác dụng 21
3.1.3 Rơle điện từ 22
3.1.3.1 Cấu tạo 22
3.1.3.2 Nguyên lý 22
3.1.4 Công tắc hành trình (limit switch ) 23
3.1.4.1 Cấu tạo 23
3.1.4.2 Nguyên lý hoạt động 23
3.1.4.3 Tác dụng 23
3.1.5 Động cơ không đồng bộ 3 pha 24
3.2 Tính chọn thiết bị 24
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ,KẾT LUẬN 26
4.1 Kết quả nghiên cứu 26
4.1.1 Kết quả lập trình từ PLC 26
4.1.2 Các thông số cần cài đặt trên biến tần V20 28
4.2 Kết luận 32
Bảng 2.1 Bảng chức năng chung của dòng PLC S7-1200 12
Trang 4Bảng 2.2 Bảng địa chỉ vào ra của PLC S7-1200 18
Bảng 2.3 Bảng địa chỉ vào ra của biến tần V20 18
Bảng 4.1 Bảng cài đặt thông số cho biến tần 32
Y Hình 1.1 Đồ thị tốc độ bàn máy theo thời gian trong một chu kì bào 7
Hình 2.1 Sơ đồ khái quát hệ thống điều khiển tự động 10
Hình 2.2 Hình ảnh PLC S7-1200 11
Hình 2.3 Hình ảnh bảng tín hiệu SB của PLC S7-1200 13
Hình 2.4 Hình ảnh module tín hiệu được sử dụng cho PLC S7-1200 13
Hình 2.5 Hình ảnh module truyền thông của PLC S7-1200 14
Hình 2.6 Hình ảnh biến tần 14
Hình 2.7 Sơ đồ làm việc của biến tần 15
Hình 2.8 Sơ đồ thuật toán điều khiển 17
Hình 2.9 Sơ đồ mạch lực 19
Hình 3.1 Cấu tạo của aptomat 20
Hình 3.2 Các loại aptomat trong thực tế 20
Hình 3.3 Cấu tạo nút ấn và hình ảnh thực tế 21
Hình 3.4 Cấu tạo role và hình ảnh thực tế 22
Hình 3.5 Hình ảnh một số loại công tắc hành trình 23
Hình 3.6 Tạo xung trên công tắc hành trình 23
Hình 3.7 Hình ảnh động cơ không đồng bộ 24
Hình 3.8 Sơ đồ cấu trúc của biến tần V20 26
Hình 4.1 hình ảnh từ bộ lập trình PLC S7-1200 28
Trang 5LỜI MỞ ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước , có thể nói một trong những tiêu chí đánh giá để đánh giá sự phát triển của đất nước là mức độ
tự động hóa trong các quá trình sản xuất mà trước hết đó là năng xuất sản xuất
và chất 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 đã làm cơ sở và hỗ trợ sự phát triển tương xứng của lĩnh vực tự động hóa
Ngành tự động hóa điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào từng ngõ ngách , vào tất cả các quá trình tạo ra sản phẩm Một trong những ứng dụng
đó là Công Nghệ Máy Bào Giường Tự động hóa điều khiển máy bào giường
là quá trình điều khiển bàn máy chạy thuận ,chạy ngược và cắt đi lớp kim loại trên bề mặt vật liệu có chiều dày theo yêu cầu
Qua một thời gian thực hiện cùng sự nỗ lực của nhóm cũng như sự chỉ bảo
nhiệt tình của cô Ths Trần Thị Hồng Thắm nhóm chúng em đã hoàn thành bài
báo cáo đúng dự kiến Tuy nhiên do thời gian qua ngắn , kinh nghiệm thực tế còn ít nên khó tránh khỏi những sai xót trong quá trình làm bài ,kính mong cô sẽgóp ý và thông cảm cho chúng em
Chúng em xin chân thành cảm ơn
Hà Nội , Ngày 8 Tháng 9 Năm 2018
Trang 6CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 1.1.Khái niệm, phân loại và cấu tạo máy bào mặt phẳng
1.1.1.Khái niệm chung
Máy bào mặt phẳng hay còn gọi là máy bào giường hiện nay được sử dụng rộng rãi Trong các loại máy cơ khí, nó được dùng để gia công bề mặt các chi tiết kim loại có biến dạng lớn Ngoài ra máy bào mặt phẳng còn được dùng để
xẻ rãnh đuôi én Máy bào có thể gia công bề mặt các chi tiết ở mức độ thô hoặc tinh khác nhau Truyền động chính trong máy bào mặt phẳng là chuyển động tịnh tiến của bàn máy, bàn máy được kéo bằng một động cơ điện Chất lượng và năng xuất của máy bào mặt phẳng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ bàn máy, lực cắt, mô men cắt của dao…Vì vậy việc điều khiển của động cơ truyền động cho bàn máy là hết sức quan trọng mà ta cần nghiên cứu và giải quyết
1.1.2.Phân loại
Máy bào mặt phẳng hiện nay có nhiều chủng loại, dựa vào kiểu phân loại tachia thành các nhóm máy bào mặt phẳng như sau :
* Dựa vào số trụ phân ra:
Máy bào một trụ: ví dụ như kiểu máy 710; 71120;7116
Máy bào hai trụ: ví dụ như kiểu máy 7210; 7212; 7216
* Dựa vào chiều dài(Lb) của bàn máy và lực kéo mặt (Fk) ta phân ra:
Máy cỡ nhỏ: Chiều dài Lb<3 (m); Lực kéo Fk=30 ÷ 50 (KN)
Máy cỡ trung bình: Chiều dài bàn Lb <4 ÷ 5(m); Lực kéo Fk=50 ÷ 70 (KN)
Máy cỡ nặng, lớn: Chiều dài bàn Lb >5 (m) Lực kéo Fk=>70 (KN)
1.1.3.Kết cấu mày bào mặt phẳng
Máy bào giường được cấu tạo từ nhiều chi tiết phức tạp, nhiều khối khác nhau Ởđây là chỉ mô tả kết cấu bên ngoài và các bộ phận chủ yếu của máy
1.1.3.1.Đế máy ( thân máy)
Được làm bằng gang đúc để bàn và trụ máy để có khối tạo vững chắc cho máy Đế được xẻ rãnh hình chữ nhật và chữ V để bàn máy chuyển động dọc theo đế máy
Trang 71.1.3.2.Bàn máy:
Được làm bằng gang đúc để mang chi tiết gia công Trên bàn máy có 5 rãnhhình chữ T để gá lắp chi tiết cần thi công Bàn máy được kéo tịnh tiễn trên đế máy nhờ lực kéo của động cơ truyền lực
1.1.3.3.Giá chữ U
Được cấu tạo từ 2 trụ thép vững chắc và một dầm ngang trên cùng Trong dầm đặt một động cơ để di chuyển xà lên xuống, dọc theo trục có xẻ rãnh, có trục vít nâng hạ và dao động để di chuyển xà
1.2.Các chuyển động của máy bào giường
1.2.1.Truyền động chính của bàn máy
Chuyên động của bàn máy là chuyền động chính, đây là kiểu chuyển động tịnh tiến và có tính chất lặp lại, mỗi chu kỳ có hai hành trình là hành trình thuận
và hành trình ngược
1.2.1.1.Hành trình thuận
Là hành trình gia công chi tiết nên còn gọi là hành trình cắt gọt Ở hành trình này có nhiều giai đoạn khác nhau như khởi động, ăn dao, vào chi tiết, cắt gọn ổn định, dao ra khỏi chi tiết Ứng với mỗi giai đoạn là một tốc độ yêu cầu phụ thuộc các yếu tố của chế độ cắt gọt
Trang 81.2.1.2.Hành trình ngược
Sau khi kết thúc hành trình thuận, bàn máy được đào chiều và bắt đầu hành trình ngược Hành trình này bàn máy chạy không tải trở về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho chu kỳ làm việc tiếp theo.Tốc độ của bàn máy ở hành trình ngược thường lớn hơn ở hành trình thuận khoảng 2 ÷ 3 lần để nâng cao năng xuất làm việc của động cơ
Giả sử bàn máy đang ở hành trình thuận ban đầu khi ta bấm nút START thìbàn máy bắt đầu tăng tốc đến tốc độ V0 (tốc độ vào dao ) ,dao bắt đầu cắt vào chi tiết quá trình trên diễn ra trong khoảng thời gian t1(s) thì gặp công tắc hành trình B , khi gặp công tắc hành trình B bàn máy tăng tốc đến tốc đọ Vth(tốc độ cắt gọt) quá trình này diễn ra trong khoảng thời gian t4(s) thì gặp công tắc hành trình C khi gặp công tắc hành trình C thì bàn máy tiếp tục giảm tốc độ xuống
Trang 9còn V0 (bàn máy tiếp tục gia công sau đó đi ra khỏi chi tiết) ,quá trình trên diễn
ra trong vòng t6(s), sau khi hết t6 s và gặp công tắc hành trình D thì tốc độ của bàn máy giảm về 0 ,sau đó bắt đầu tăng tốc đến tốc độ Vng bắt đầu hành trình không tải đưa bàn dao về vị trí ban đầu(khi đó dao đã được đưa ra khỏi chi tiết ).Quá trình trên mất khoảng thời gian t7 (s ) thì gặp công tắc hành trình A , khi gặp công tắc hành trình A thì bàn máy vẫn chạy ngược và bắt đầu giảm về 0 để tiếp tục tăng lên tốc độ V0 ,tiếp tục quá trình chạy thuận.Quá trình trên mất t8(s)
1.2.2.Truyền động ăn dao
Truyền động ăn dao cũng có tính chất làm việc theo chu kỳ , trong mỗi hành trình kép làm việc một lần, thời gian truyền động ăn dao từ thời điểm đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngược và kết thúc trước khi dao cắt bắtđầu vào chi tiết
Phạm vi điều chỉnh ăn dao là D=(100:200)/1 với lực lượng ăn cực đại có thể đạt (80-100) mm/l hành trình kép
Cơ cấu ăn dao làm việc theo tần số lớn, có thể đạt 1000lần/giờ.Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều ở cả chế độ di chuyển làm việc
và di chuyenr nhanh Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống như : cơ khí ,điện khí thủy lực,khí nén….,thông thường sử dụng rộng rãi hệ thống điện cơ,đó là động cơ điện và hệ thống trục vít-hoặc bánh rang-thanh rang
Lượng ăn dao trong một hành trình kép được tính như sau : s=.t.T
Và đổi với hệ bánh rang –thanh rang là: s=.t.T.Z
Trong đó: là vận tốc góc của trục vít
Z là số bang rang
t là bước răng của trục vít hoặc thanh rang
T là thời gian làm việc của trục vít
Từ hai biểu thức trên,ta có thể hiệu chỉnh lượng ăn dao s bằng cách thay đổi thờigian sử dụng nguyên tắc hành trình (sử dụng công tắc hành trình) hoặc nguyên tắc hành trình (sử dụng role thời gian) Các nguyên tắc này đơn giản nhưng năngsuất máy thường bị hạn chế, lý do là lượng ăn dao lớn thì thời gian làm việc phảidài ,nghĩa là thời gian đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngược phải dài và trong nhiều trường hợp thì điều này không cho phép Để thay đổi tốc độ trục làm việc,ta có thể dùng nguyên tắc tốc độ ,điều chỉnh tốc độ bản than động
Trang 10cơ hoặc dùng hộp tốc độ nhiều cấp Nguyên tắc này phức tạp hơn nguyên tắc trên nhưng có thể dữ được thời gian làm việc của truền động như nhau với các lượng ăn dao khác nhau.
1.2.3.Truyền động nâng hạ xà
Máy bào giường có giá đỡ gọi là xà ngang để đỡ giá dao vững chắc Xà ngang được dịch chuyển lên xuống dọc theo 2 trục máy để điều chỉnh khoảng cách giữa đầu dao và chi tiết thi công
1.2.4.Truyền động kẹp nhà xả
Là truyền động được định vị để kẹp chặt xà trên 2 trục của máy để gia côngchi tiết hoặc nới lỏng xà để nâng, hạ dao, giá dao Truyền động được thực hiện nhờ động cơ xoay chiều qua hệ thống cơ khí Tác dụng của lực nêm chặt bao nhiêu tùy ý do ta diều chỉnh chuyển động với việc nâng hạ xà như trên
1.2.5.Bơm dầu
Khi cấp điện cho hệ truyền động làm việc thì bơm dầu cũng phải được làm việc, lượng dầu trong máy đảm bảo thì rowle áp lực mới hoạt động kích hoạt làm kín mạch cho chuyển động của bàn Áp lực cần thiết là 2,5at, hệ thống bơm dầu được thực hiện từ động cơ xoay chiều
độ chính xác cao
Trang 11CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ,MẠCH ĐỘNG LỰC 2.1.Mạch điều khiển
Các hệ thống mạch điều khiển công nghiệp thường được thiết kế để phục vụ choviệc điều khiển các quá trình sản xuất công nghiệp.Ngày nay các hệ thống điều khiển công nghiệp thường là các hệ thống điều khiển bán tự động hoặc tự động hoàn toàn Một hệ thống điều khiển tự động thường được khái quát dưới dạng
sơ đồ khối như sau
Hình 2.1.1.1.1 Sơ đồ khái quát hệ thống điều khiển tự độngTín hiệu điều khiển sẽ được phát ra từ người điều khiển hoặc từ quá trình ,
sẽ được các thiết bị thu nhận tín hiệu cảm nhận và biến đổi các tín hiệu dạng vật
lý thành các tín hiệu điện áp (thong thường là 24 V),tín hiệu này sẽ được thiết bị
xử lý tín hiệu theo các luật logic hoặc chương trình đặt sẵn Sau khi xử lý nó đưatín hiệu ra để diều khiển các phần tử đóng cắt công suất lớn để điều khiển nguồnnăng lượng cấp cho cơ cấu chấp hành và tiến đến điều khiển máy sản xuất
Đối với yêu cầu của đề tài thiết kế mạch điều khiển ,tính chọn thiết bị ,trang bị điện cho công nghệ máy bào giường ta sẽ lựa chọn thiết bị ứng với
sơ đồ tổng quát trên như sau :
+, nút ấn
+, PLC S7-1200
+, biến tần V20 của sements
+, động cơ điện (đã được lưa chọn trong đề tài)
Trang 122.2.Tổng quan về PLC S7-1200
Hình 2.2.1.1.1 Hình ảnh PLC S7-12001,bộ phận kết nối nguồn
2,các bộ kết nối dây của người dùng có thể tháo ra được
3,các led trạng thái thể hiện cho các trạng thái vào/ra
4, cổng kết nối profinet
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau
8inputs/6outputs
2 inputs
14 inputs/10outputs
Trang 13 2 inputs 2 inputsTốc độ xử lý ảnh 1024 bytes (inputs) and 1024 bytes (outputs)
Thời gian lưu trữ 240h
profinet 1 cổng giao tiếp ethernet
Tốc độ thực thi
phép toán số thực
18usTốc đọ thi hành 0.1us
Bảng 2.2.1.1.1.1 Bảng chức năng chung của dòng PLC 1200
S7-PLC S7-1200 cung cấp một lượng lớn các module tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU.Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác
2.2.2 Các bảng tín hiệu
Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU Người dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phía trước CPU
Trang 14Hình 2.2.2.1.1 Hình ảnh bảng tín hiệu SB của PLC S7-1200(1) SB vơi 4 I/O kiểu số (2 ngõ vào /ra DC).
(2) SB với một kiểu ngõ vào tương tự
2.2.3.Các module tín hiệu
Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU
Trang 15Hình 2.2.3.1.1.Hình ảnh module tín hiệu được sử dụng cho PLC S7-1200
2.2.4.Các module truyền thông
Họ PLC S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống có 2 module truyền thông RS232 và RS 485
Hình 2.2.4.1.1 Hình ảnh module truyền thông của PLC 1200
S7-2.3.Biến tần
Hình 2.3.1.1.1 Hình ảnh biến tần Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này sang dòng điện xoay chiều có tần số khác và có thể thay đổi được
Trang 16 Nguyên lý hoạt động của biến tần :
Đầu tiên ,nguồn điện xoay chiều 1 pha và 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện nhờ vậy công suất cos fi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất là 0,96 Điện áp biến đổi này biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công đoạn này được thực hiện qua IGBT bằng phương pháp điều chế độ rộng xung PMW.Nhờ tiến
bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay,tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ điện và giảm tổn thất trên lõi thép động cơ
Hình 2.3.1.1.2 Sơ đồ làm việc của biến tần
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ
và tần số vô cấp tùy theo bộ điều khiển.Theo lý thuyết giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tùy theo chế độ điều khiển Đối với tải có momen không đổi,tỷ số giữa điện áp và tần số không đổi
Trang 172.4 Thuật toán
Trang 19Hình 2.4.1.1.1 Sơ đồ thuật toán điều khiển