Đồ án thiết kế khoan bán tự động

LỜI NĨI ĐẦU Trong nghiệp cơng nghiệp hố đại hố đất nước, nói tiêu chí để đánh giá phát triển kinh tế kỹ thuật nước mức độ tự động hố q trình sản xuất kinh tế kỹ thuật, thể qua lực sản xuất chất lượng sản phẩm tạo Nhờ phát triển vũ bão máy tính điện tử, cơng nghệ thơng tin thành tựu lí thuyết điều khiển tự động làm tảng hỗ trợ tương xứng cho phát triển lĩnh vực tự động hoá Mặc dù Việt Nam nước chậm phát triển , năm gần với đòi hỏi q trình sản xuất hội nhập xu tồn cầu hố kinh tế kéo theo việc ứng dụng hàng loạt thành tựu khoa học kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất Đặc biệt lĩnh vực tự động hố có bước nhảy vọt tạo sản phẩm có sản phẩm chất lượng cao độ xác tuyệt đối đạt hình thành kinh tế tri thức khoa học kĩ thuật cao Ngày nay, tự động hoá sâu vào ngõ ngách tất khâu trình sản xuất tạo sản phẩm Một ứng dụng mà đồ án thiết kế điều khiển công nghệ khoan bán tự động Tự động hố điều khiển cơng nghệ khoan sản phẩm trình tạo lỗ bề mặt vật thể với kích thước chiều sâu đặt trước Cơng việc gồm ba q trình sau: * Đặt phơi vào vị trí cần khoan * Kẹp chặt chi tiết cần khoan vị trí cần khoan * Tự động khoan chi tiết theo kích thước chiều sâu định Chất lượng suất trình khoan phụ thuộc nhiều vào cơng nghệ điều khiển Quá trình làm việc theo trình tự logic trình tự thời gian xác định Do để điều khiển cần tổng hợp hàm cho hệ thống Có nhiều phương án để tổng hợp hàm, trường hợp sử dụng phương pháp Grafcet So với phương pháp khác hàm Grafcet có nhiều ưu điểm đơn giản đảm bảo làm việc xác Đồ án mơn học hồn thành thời gian ngắn vốn kiến thức em chưa có nhiều chưa chắn khơng tránh khỏi sai sót Kính mong thầy cô dẫn thêm cho đồ án em hoàn thiện tốt Em xin trân thành cảm ơn !!! Hà Nội, ngày tháng năm Sinh viên Trần Anh Tùng Chương I: Giới thiệu hệ thống CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU HỆ THỐNG Nguyên lý hoạt động hệ thống 1.1.1 Sơ đồ nguyên lý : 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý • Ngun lý hoạt động: Sau phôi gá kẹp vào máy, ta nhấn nút start Motor khoan chạy bắt đầu chu trình làm việc Sau motor khoan chạy xylanh 2A1 bắt đầu đầu hạ xuống khoan lỗ đầu tiên, sau tới cuối hành trình xylanh 2A1 thu vị trí ban đầu Tiếp sau xylanh 1A1 từ từ đẩy sang phải đưa motor khoan tới vị trí lỗ cần khoan thứ Sau tới vị trí lỗ thứ xylanh 2A1 từ từ đẩy motor khoan xuống khoang lỗ thứ tới cuối hành trình xylanh 2A1 lại thu vị trí ban đầu Và xylanh 1A1 từ từ thu lại vị trí ban đầu Kết thúc chu trình Chương I: Giới thiệu hệ thống 1.1.2 Giới thiệu hệ thống Hình 1.2 Sơ đồ cơng nghệ • Giới thiệu : Cơng nghệ đòi hỏi thực đòi hỏi theo theo sơ đồ nguyên lý, có trình lên - xuống lặp lặp lại, công nghệ ứng dụng thiết kế : Mũi khoan lỗ công nghệ tra cấp liệu Quá trình trình tương đối đơn giản, độ lặp lại nhiều, thực đơn cơng việc đơn giản cần người thao tác kẹp phôi tay Nhưng công nghệ sử dụng rộng rãi nhà máy khí, nhà máy sửa chữa, chế tạo máy móc, có vai trò quan trọng ngành công nghiệp Máy khoan bàn hoạt động động hoạt động khí nén, thủy lực Trong đồ án thiết kế mạch lực mạch điều khiển em giao thiết bị điện khí nén, nên sử dụng điều khiển mũi khoan dùng xylanh khí nén, xylanh điều khiển q trình lên-xuống, xylanh điều khiển trình trái-phải Chương I: Giới thiệu hệ thống 1.1.3 • Khái niệm, cấu tạo xylanh khí nén Khái niệm : Xylanh khí nén thiết bị học, vận hành khí nén, xylanh khí nén có vai trò tạo lực để chuyển đổi lượng có khí nén thành động để cung cấp cho chuyển động Hình 1.3 Sơ đồ Xylanh khí nén Giải thích : Các lỗ cấp khí Pittong Thân trụ Thanh buộc Trụ pitting • Ưu, nhược điểm xylanh khí nén : + Không gây ô nhiễm môi trường + Khả vận tốc nhanh so với thiết bị khác + Việc lắp đặt đơn giản linh hoạt + Khơng có giới hạn khoảng cách + Giá thành sản phẩm khơng cao + Khơng có khả tạo lực lớn + Khơng đạt độ xác cao + Trong trình vận hành ồn âm lớn Chương I: Giới thiệu hệ thống 1.1.4 Khái niệm khoan mũi khoan Khoan kỹ thuật tạo lỗ tròn loại vật liệu khác Khoan sử dụng phổ biến nhiều ngành công nghiệp chế tạo máy, khí, • Mũi khoan vật gắn chặt vào đầu máy khoan nhờ cặp mâm siết chặt lần để chống xoay Đầu mũi khoan cắt sâu vào vật liệu tạo lớp phôi mỏng ( gỗ, kim loại, ) hay lớp bụi ( bụi kim loại, bụi gỗ, ) • Trong gia cơng khí, thường sử dụng lười đơn • Hình 1.4 Sơ đồ bàn khoan - Cấu tạo máy khoan bàn : Mũi khoan Bạc trục Ổ bi đỡ chặn Ổ bi đỡ Motor Bàn máy Chi tiết gia công Trụ đứng Cần gạt chạy máy Chương I: Giới thiệu hệ thống • Ưu điểm : - • Cấu tạo đơn giản Sử dụng dễ dàng Hoạt động êm sử dụng motor lồng sóc Khơng u cầu tay nghề cao để sử dụng Nhược điểm : - Máy to, cồng kềnh, khó di chuyển cho người sử dụng Chỉ sử dụng xưởng, khó mang Khoan lỗ kim loại cứng nhiều thời gian Chỉ khoan lỗ tròn Khoan tạo hình khác Chi phí mua máy cao Chương I: Giới thiệu hệ thống Lưu đồ công nghệ 1.2 - Với lưu đồ công nghệ hình vẽ em xếp vị trí cho motor khoan xylanh trạng thái hoạt động mô tả theo sơ đồ : Hình 1.5 Lưu đồ cơng nghệ Chương I: Giới thiệu hệ thống • Giải thích lưu đồ : - Chương trình bắt đầu : - Kẹp chặt phơi vào vị trí sẵn sàng, đóng khóa kẹp - Nhấn nút START để máy chạy motor khoan hoạt động Nếu motor khoan không chạy ta kiểm tra lại nút bấm - Nếu motor khoan chạy xylanh 2A1 từ từ đẩy motor khoan xuống vị trí khoan thứ 1, sau khoan xong xylanh 2A1 lại từ từ thu lên vị trí ban đầu - Sau xylanh 2A1 thu vị trí ban đầu xylanh 1A1 bắt đầu đẩy motor khoan sang bên phải để khoan vị trí thứ 2, kịch vị trí bên phải - Sau motor 2A1 lại tiếp từ từ đẩy motor khoan xuống vị trí khoan thứ 2, bắt đầu khoan, sau khoan xong xylanh 2A1 lại từ từ thu lên vị trí ban đầu - Xylanh 1A1 lại từ từ thu vị trí ban đầu - Kết thúc chu trình ta muốn dừng ta ấn nút STOP để máy ngừng hoạt động - Nếu muốn tiếp tục chi trình ta lại kẹp phơi vào vị trí khóa kẹp chặt lại nhấn nút START để chương trình máy lại tiếp tục chu trình - Kết thúc Chương II: Thiết kế điều khiển CHƯƠNG II : THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN 2.1 Liệt kê đầu vào/ cho hệ thống Đầu vào : - Nút STAR - Nút STOP • Đầu : - Xylanh 1A1 - Xylanh 2A1 - Motor - Phơi • 2.2 Viết hàm Grapfcet • Phương pháp Grapfcet : - • Là biểu diễn q trình cơng nghệ dạng lưu đồ Grapfcet trạng thái làm việc Xây dựng hàm logic điều khiển sơ đồ điều khiển từ lưu đồ trạng thái làm việc Các kí hiệu : - Trạng thái ( Si ) Chuyển tiếp ( Ti ) Cung định hướng ( Ai ) T = {t1, t2, t3, ,tn} tập hợp hữu hạn chuyển tiếp hàm Book gắn với chuyển tiếp gọi một nối tiếp nhận M = (m1, m2, m3, ,mn) tập hợp giá trị mi = trạng thái i hoạt động, mi = trạng thái i khơng hoạt động Một trạng thái biểu diễn hình chữ nhật có đánh số, gắn liền với biểu tượng, trạng thái hình chữ nhật bên cạnh, hình chữ nhật có ghi tác động trạng thái Chương II: Thiết kế điều khiển - Trạng thái hoạt động có thêm dấu chấm bên hình chữ nhật trạng thái: - Một chuyển tiếp biểu diễn đường gạch lên cạnh ghi nhân kích thích liên quan đến chuyển tiếp : 10 Chương III: Lựa chọn PLC sơ đồ ghép nối dây 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 sẳn sàng sử dụng truyền sang nhớ PLC Đối với PLC lớn thường lập trình máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458, … 3.1.3 Nguyên lý hoạt động : Hình 3.3 Sơ đồ 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 tồn hoạt động thực thi phụ thuộc vào chương trình điều khiển giữ nhớ 19 Chương III: Lựa chọn PLC sơ đồ ghép nối dây • Các dòng PLC thơng dụng Việt Nam: OMRON (Nhật Bản), Siemens (CHLB Đức), Delta (Đài Loan), Mitsubishi (Nhật Bản), Keyence (Nhật Bản)… 20 Chương III: Lựa chọn PLC sơ đồ ghép nối dây 3.2 Ưu - Nhược điểm PLC Phương án lựa chọn PLC 3.2.1 Ưu - Nhược điểm : • Ưu điểm : + Kích thước vật lý nhỏ so với giải pháp dây cứng + Thay đổi dễ dàng nhanh + PLC có chức chẩn đốn tích hợp ghi đè + Chẩn đốn có sẵn trung tâm + Các ứng dụng ghi lại + Các ứng dụng chép nhanh tốn + 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 : máy tính , nối mạng , mơi Module mở rộng • Nhược điểm : + Đòi hỏi người dùng phải có trình độ chun mơn cao + Giá thành phần cứng cao, số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình thêm 21 Chương III: Lựa chọn PLC sơ đồ ghép nối dây 3.2.2 - - - - - - Phương án lựa chọn PLC Dụa vào quy mô hệ thống, hệ thống sản xuất theo dây chuyền phân dây chuyền làm nhiều cụm dựa đặc điểm công nghệ + Yêu cầu cổng vào/ra cần thiết + Loại cổng vào + Dung lượng nhớ + Tốc độ khả CPU tập lệnh Tất cá yếu tố phụ thuộc lẫn : dung lượng nhớ có buộc trực tiếp đến số lượng cổng vào/ hay dung lượng nhớ lớn tốc độ xử lý nhiều hơn, phức tạp Số lượng đầu vào/ hệ thống phải có khả đáp ứng đủ số đường tin hiệu cảm biến điều khiển phần công suất cho cấu tác động + Số lượng đầu vào/ môdun + Sự cách ly phần điều khiển phần công suất điều khiển cấu tác động + Nhu cầu mở rộng thêm khả điều khiển lắp đặt thêm đầu vào/ Dung lượng nhớ loại lập trình có khỏ mở rộng nhớ dung lượng nhớ tăng lên cách gắn thêm khối mở rộng Yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng nhớ dung lượng chương trình điều khiển Dung lượng xác chương trình khơng thể xác định trước chương trình viết xong thật sử dụng để điều khiển hệ thống Tuy nhiên ước trùng dung lượng dựa mức độ phức tạp chương trình 22 Chương III: Lựa chọn PLC sơ đồ ghép nối dây Chọn PLC S7-200 Siemens • - Bộ điều khiển lập trình S7-200 Siemens thích hợp cho ứng dụng điều khiển từ đơn giản đến phức tạp Có tích hợp thời gian thực Có thể mở rộng vào / số, vào / tương tự Dễ dàng kết nối tới cấu hình phong phú phù hợp với nhiều ứng dụng - CPU S7-200 SIEMENS thuộc dòng Micro Programmable Logic Controler, với đặc điểm: + Kích thước nhỏ - giá thành thiết bị giao diện PC, HMI, Số lượng modul đa dạng tạo nên nhỏ - sức mạnh lớn + Đáp ứng ứng dụng điều khiển tự động từ cho máy đơn lẻ đến dây chuyền sản xuất + Có thể hoạt động độc lập hay kết nối mạng hệ thống lớn + Dễ dàng kết nối tới thiết bị giao diện PC, HMI Số lượng modul đa dạng tạo nên cấu hình phong phú phù hợp với nhiều ứng dụng • Giao tiếp PLC với máy tính Hình 3.4 Kết nối PLC với máy tính 23 Chương III: Lựa chọn PLC sơ đồ ghép nối dây 24 Chương III: Lựa chọn PLC sơ đồ ghép nối dây - Các bước để PLC kết nối với máy tính : B1: Kết nối cáp USB PPI máy tính S7 200 B2: Kiểm tra xem máy tính nhận driver cáp chưa: Chuột phải vào Computer (This PC)> Manage B3: Trong cửa sổ Computer Management chọn Device Manager: Kiểm tra có cổng Port SIMATIC NET nhận driver B4: Mở phần mềm lập trình V4.0 STEP MicroWin SP9 B5: Chọn Communications,chọn Set PG/PC Interface B6: Bạn kéo xuống chọn P.C/PPI cable(PPI), chọn tiếp Properties để kiểm tra cổng kết nối B7: Chọn cổng kết nối tương tự sổ Device Manager trước B8: Bấm OK > OK > OK đến hình bên bấm Double Click to Refesh để thử kết nối B9: Bạn chờ đợi trình Searching at 9.6 kbps B10: Kết nối thành công! 25 Chương III: Lựa chọn PLC sơ đồ ghép nối dây 3.3 Sơ đồ ghép nối dây Hình 3.5 Sơ đồ ghép nối dây PLC 26 Chương IV: Lập trình PLC CHƯƠNG IV : LẬP TRÌNH PLC 4.1 Phân cổng vào/ - Cổng vào : I0.0 Máy bắt đầu hoạt động I0.1 STAR I0.2 Cả xylanh chạy I0.3 Xylanh 2A1 đẩy I0.4 Xylanh 1A1 đẩy I0.5 Motor khoan chạy - Cổng : Q0.0 Motor khoan Q0.1 Q0.2 Xylanh 2A1 thu Q0.3 Xylanh 1A1 thu Q0.4 27 Chương IV: Lập trình PLC 4.2 Giản đồ thang LAD 28 Chương IV: Lập trình PLC 29 Chương IV: Lập trình PLC Hình 4.1 Giản đồ thang LAD 30 Chương IV: Lập trình PLC 4.3 Ngơn ngữ STL, giải thích network * Ngơn ngữ lập trình STL (Statement List) - Là phương pháp thể chương trình dạng tập hợp câu lệnh Để tạo chương trình STL, người lập trình cần phải hiểu rõ phương thức sử dụng bit ngăn xếp (stack) logic S7 200 31 Chương IV: Lập trình PLC Giải thích network : - Network : Hệ thống hoạt động - Network : Xylanh 2A1 đẩy xong thu lại trạng thái 1,2,3,9 hoạt động - Network : Đặt đếm thời thời gian khoan chạy - Network : Trạng thái Xylanh 1A1 đẩy sang thu - Network : - Network : - Network : - Network : - Network : - Network 10 : - Network 11 : Motor chạy, trạng thái hoạt động - Network 12 : - Network 13 : - Network 14 : - Network 15 : • Các trạng thái : - : Xylanh 2A1 đẩy sang bên phải - : Xylanh 1A1 đẩy xuống - : Motor khoan chạy - : Xylanh 1A1 kéo lên vị trí cũ - : Xylanh 2A1 thu lại bên trái - : Xylanh 1A1 đẩy xuống - : Motor khoan chạy - : Xylanh 1A1 kéo lên vị trí cũ - : Xylanh 2A1 đẩ - 10 : • 32 Chương IV: Lập trình PLC 4.4 Kết luận - Để chế tạo thành công máy khoan bán tự động với nhiều ưu điểm so với loại máy có chức Ngồi máy góp phần làm giảm thời gian gia cơng cơng nghệ khí - Ưu điểm hệ thống điều khiển khí sử dụng PLC : + Do có khả lập trình nên cấu khí đơn giản hơn, hiệu + PLC có ngơn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học gần giống ngôn ngữ công nghệ nên dễ dàng viết cấu trúc lệnh cho máy khí + Thay đổi linh hoạt sản phẩm gia công cách thay đổi cấu trúc phần cứng khí + Khơng cần kỹ lập trình cao mà cần hiểu cơng nghệ tạo câu lệnh thích hợp 33 ... ngành cơng nghiệp Máy khoan bàn hoạt động động hoạt động khí nén, thủy lực Trong đồ án thiết kế mạch lực mạch điều khiển em giao thiết bị điện khí nén, nên sử dụng điều khiển mũi khoan dùng xylanh... tiếp : 10 Chương II: Thiết kế điều khiển • Sơ đồ cơng nghệ : Hình 2.1 Sơ đồ cơng nghệ • Lập Grapfcet I : Hình 2.2 Sơ đồ Grafcet I 11 Chương II: Thiết kế điều khiển • Chọn sơ thiết bị : -Chọn cấu... START để máy chạy motor khoan hoạt động Nếu motor khoan không chạy ta kiểm tra lại nút bấm - Nếu motor khoan chạy xylanh 2A1 từ từ đẩy motor khoan xuống vị trí khoan thứ 1, sau khoan xong xylanh 2A1