Nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển truyền động của máy tiện hl380

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ – ĐỊA CHẤT VŨ TIẾN THIỆU NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂNTRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY TIỆN HL 380 Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số: 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS: KHỔNG CAO PHONG Hà nội, tháng năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Luận văn tốt nghiệp cao học thân thực nghiên cứu với hướng dẫn thầy giáo TS Khổng Cao Phong Để hoàn thành luận văn này, tài liệu tham khảo liệt kê, đảm bảo không chép lấy ý tưởng từ cơng trình nghiên cứu khác thiết kế tốt nghiêp học viên khác hình thức Tơi xin cam đoan điều chịu hồn tồn trách nhiệm Hà Nội, Ngày 16 tháng năm 2013 Học viên thực Vũ Tiến Thiệu LỜI CẢM ƠN Với quan tâm giúp đỡ hướng dẫn tận tình Thầy giáo TS Khổng Cao Phong với nổ lực thân tơi hồn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn gửi tới thầy lời cảm ơn chân thành sâu sắc Tôi xin gửi lời cảm ơn tới thầy khoa tự động hóa Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Hà Nội, truyền đạt cho kiến thức quý báu Tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy cô khoa điện khoa khí Trường CĐNKTCN Việt Nam – Hàn Quốc tạo điều kiện cung cấp tài liệu q trình tơi nghiên cứu đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn BGH Trường Việt – Úc đồng nghiệp trường giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi hồn thành việc nghiên cứu Hà Nội, ngày 16 tháng năm 2013 Học viên Vũ Tiến Thiệu MỤC LỤC Trang Phụ bìa Lời cam đoan Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Mục bảng Mục hình vẽ đồ thị Mở đầu Chương 1: - GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY TIỆN HL380 12 1.1 Tổng quan nhóm máy tiện…………………………………… …12 1.1.1Trình bày khái niệm máy tiện……………………………………….14 1.1.2 Phân loại nhóm máy tiện……………………………………… ……14 1.1.3 Chức nhiệm vụ máy tiện………….……… ……… … …15 1.2 Đào tạo kỹ thuật tiện lĩnh vực dạy nghề…………….… …….….15 1.3 Xu hướng phát triển truyền động máy tiện…… .…… …… 16 1.3.1 Truyền động 16 1.3.2Truyền động phụ truyền động ăn dao 17 1.4 Mục tiêu đồ án………………………………… … … 17 Chương 2: - MÁY TIỆN HL380 .19 2.1 Cấu tạo máy tiện HL380……………………… … … .19 2.2 Hệ thống điều khiển truyền động chính…………… … … 21 2.2.1 Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động 22 2.3 Sơ đồ điện điều khiển truyền động 23 2.3.2 Giải thích nguyên lý hoạt động sơ đồ 24 Chương 3: - THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY TIỆN HL 380 .26 3.1 Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động chính… .… …… …26 3.1.1 Tính chọn công suất động 26 3.1.2 Chọn biến tần………………………………… …… ………26 3.1.3 Hệ điều khiển biến tần – động cho truyền động chính… …28 3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển bơm nước làm mát 31 3.3 Thiết kế cảnh báo dầu bôi trơn máy tiện 33 3.4 Thiết kế bàn điều khiển máy tiện HL380 34 3.5 Chọn thiết bị phụ trợ .35 3.5.1 Chọn cảm biến 35 3.5.2 Chọn cảm biến lưu lượng .38 3.5.3 Chon cơng tắc hành trình .39 3.6 Thiết kế hệ thống điều khiển tự động .41 3.6.1 Sơ đồ ghép nối điều khiển 41 3.6.2 Lựa chọn thiết bị điều khiển lập trình PLC S7 - 200 43 Chương 4: - XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN .46 4.1 Xây dựng thuật tốn điều khiển 46 4.1.1 Thuật tốn điều khiển truyền động .46 4.1.2 Thuật toán điều khiển hệ thống bơm làm mát 48 4.1.3 Thuật tốn cho hệ thống cảnh báo mức dầu bơi trơn 50 4.2 Chương trình điều khiển hệ thống 52 4.2.1 Phân cổng vào cho hệ thống .52 4.2.2 Chương trình điều khiển truyền động 52 4.2.3 Chương trình điều khiển bơm làm mát 54 4.2.4 Chương trình cảnh báo mức dầu bôi trơn .54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 I Kết luận: II Kiến Nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO .60 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU PLC Program logic Contronler AI, DI Đầu vào tương tự số AO, DO Đầu tương tự số I/O Đầu vào đầu DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Nội dung Trang Hình 1.1 Máy tiện HL380 12 Hình 2.1 Cấu tạo máy tiện HL380 19 Hình 2.2 Cấu tạo hệ thống điều khiển tốc độ máy tiện 22 Hình 2.3 Sơ đồ điện điều khiển truyền động máy tiện HL380 23 Hình 3.1 Sơ đồ ghép nối vào biến tần Delta 26 Hình 3.2 Sơ đồ thiết kế điều khiển truyền động biến tần 27 Hình 3.3 Sơ đồ ghép nối tín hiệu biến tần PLC 28 Hình 3.4 Sơ đồ điều khiển động bơm nước làm mát 29 Hình 3.5 Sơ đồ ghép nối tín hiệu điều khiển với bơm nước làm mát 30 Hình 3.6 Sơ đồ ghép nối cảnh báo mức dầu bôi trơn – thay dầu 32 Hình 3.7 Sơ đồ điều khiển cho máy tiện HL380 33 Hình 3.8 Cảm biến tiệm cận điện dung 34 Hình 3.9 Cấu trúc cảm biến tiệm cận điện dung 35 Hình 3.10 Một số ứng dụng cảm biến tiệm cận điện dung 36 Hình 3.11 Cơng tắc hành trình 37 Hình 3.12 Cảm biến lưu lượng 38 Hình 3.13 Sơ đồ ghép nối tín hiệu vào với PLC 40 Hình 3.14 PLC CPU224 42 Hình 4.1 Lưu đồ thuật tốn truyền động … 44 Hình 4.2 Lưu đồ thuật tốn điều khiển bơm nước …………… 46 Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán cảnh báo dầu…………………… 48 MỞ ĐẦU Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài: a Tính cấp thiết đề tài: Ngày công nghệ chế tạo linh kiện điện tử công suất vi mạch điều khiển nhân loại phát triển lên tầm cao Mặt khác việc ứng dụng công nghệ điện tử công suất vi mạch vào dây chuyền cơng nghệ đem lại thành công rực rỡ cho khoa học nhân loại là: tạo dây chuyền sản xuất, máy móc , thiết bị có tính tự động hóa cao có tính sử dụng hồn hảo Nhờ mà việc ứng dụng vi mạch điều khiển điện tử công suất lan tỏa, xâm nhập nhanh vào dây chuyền cơng nghệ Có thể nói khoa học cơng nghệ nói chung, kỹ thuật điều khiển hệ thống truyền động điện nói riêng vượt lên tầm cao Từ việc điều khiển hệ thống truyền động điện hệ thống rơle, công tắc tơ, tiến tới điều khiển hệ thống truyền động điện chương trình, với tốc độ xử lý cực nhanh (đơn vị tính µs) Trong chương trình điều khiển nhà lập trình viết nạp vào điều khiển dạng phần mềm Khi cải tiến, thay đổi cơng nghệ chủ yếu thay đổi chương trình điều khiển, điều nói lên thiết bị điều khiển khả trình tiện lợi linh hoạt Có thể nói thiết bị khả trình len lỏi vào hầu hết hệ thống điều khiển truyền động điện dây truyền xản suất tính tiện ích vốn có chúng Hầu ngành kinh tế kỹ thuật áp dụng kỹ thuật tự động hóa để điều khiển truyền động trình làm việc loại máy Để đáp ứng yêu cầu suất lao động xã hội việc tự động hóa cho máy gia công cần thiết Máy tiện HL380 sử dụng trường dạy nghề Việt – Úc máy tiện sử dụng công nghệ điều khiển cũ Do việc tự động hóa hệ thống truyền động máy cần thiết Nhằm đáp ứng nhu cầu người học ngày cao phù hợp nhu cầu sử dụng công nghệ đại ngày b Ý nghĩa khoa học: Đề tài thực có ý nghĩa khoa học để nâng cao công tác đào tạo kiến thức công nghệ điều khiển tự động hóa cho học sinh thơng qua mơ hình điều khiển tự động máy tiện cơng nghiệp ứng dụng PLC Đề tài góp phần cải tiến trình hoạt động máy tiện HL380 cho phù hợp với yêu cầu xu hướng thực tế xã hội c Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu đề tài : Máy tiện HL380 d Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu mạch điện điều khiển máy tiện HL380 e Tính thực tiễn: Đề tài góp phần cải tiến q trình hoạt động máy tiện HL380 để đáp ứng quy trình tự động hóa Mục đích đề tài: Đề tài giải vấn đề sau đây: + Nghiên cứu hệ thống điều khiển truyền động máy tiện HL 380 + Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ động không đồng ba pha + Nghiên cứu phương pháp, đặc điểm điều khiển kết nối ngoại vi cho mạch điện + Các phương pháp điều khiển giám sát hệ truyền động công nghiệp qua mạng truyền thông công nghiệp Dự kiến kết nhận được: 10 + Thuật tốn điều khiển hệ thống PLC - động khơng đồng pha Phương pháp nghiên cứu: a Về lý thuyết: + Nghiên cứu mơ hình mạch điện nguyên lý làm việc máy tiện HL 380 + Phương pháp nghiên cứu điều khiển hệ truyền động máy tiện HL 380 + Phương pháp nghiên cứu điều khiển số động xoay chiều sở PLC biến tần + Phương pháp nghiên cứu sử dụng cho đề tài là: Nghiên cứu ứng dụng b Về thực nghiệm: + Thực nghiên cứu thực nghiệm viết chương trình điều khiển tự động hóa cho mạch điện máy tiện HL 380 Nội dung nghiên cứu: - Thu thập, thống kê số liệu phục vụ cho luận án - Nghiên cứu tổng quan: Thực tiễn áp dụng rộng rãi dây chuyền sản xuất công nghiệp, nhiên để nghiên cứu riêng biệt hệ truyền động điều khiển giám sát qua mạng truyền thông công nghiệp sở PLC – biến tần - động điều khiển trực tiếp máy cắt gọt kim loại cụ thể máy tiện HL 380 chưa đề cập nhiều Chính hướng nghiên cứu từ sở lý thuyết, xây dựng thực nghiệm phịng thí nghiệm làm mơ hình học cụ để nghiên cứu q trình điện từ kênh điều khiển lượng để tín hiệu hóa mạch điều khiển máy tiện - Nghiên cứu tác giả: 47 Chương XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Xây dựng thuật toán điều khiển 4.1.1 Thuật toán điều khiển truyền động - Khi có tín hiệu khởi động điều khiển PLC cấp nguồn cho biến tần qua tiếp điểm MS1 Sau thời gian trễ 3s cho phép biến tần hoạt động Sau khởi động biến tần hoạt động cấp tín hiệu điều khiển động trục hoạt động theo điều khiển PLC - Sau 10s biến tần khơng có tín hiệu hoạt động, lúc đèn cố báo biến tần không hoạt động Kiểm tra cố cách dừng khẩn lúc tiếp điểm MS1 điện báo cố biến tần - Để kiểm tra phanh ta đạp phanh cắt tín hiệu cho phép biến tần hoạt động, hệ thống truyền động tạm ngừng hoạt động Khi nhả phanh cho phép hoạt động - Khi động trục hoạt động mà có tín hiệu dừng lúc cắt tín hiệu cho phép biến tần hoạt động trễ sau 10s để biến tần điều chỉnh giảm tốc độ động cơ, sau 10s trễ biến tần điện lúc hệ thống dừng hẳn 48 Hình: 4.1 Lưu đồ thuật tốn truyền động 49 4.1.2 Thuật tốn điều khiển hệ thống bơm nước làm mát - Khi có tín hiệu khởi động cho phép biến tần hoạt động cấp tín hiệu cho động bơm nước qua tiếp điểm MS2 Sau thời gian 3s van lưu lượng báo động bơm nước hoạt động lúc tín hiệu đèn bơm báo, biến tần hoạt động điều khiển hệ thống hoạt động bình thường - Nếu sau thời gian 3s mà động bơm nước khơng hoạt động khơng có nước lúc van lưu lượng tác động báo động không hoạt động, đồng thời đèn cố báo hệ thống bơm có cố Khởi động lại kết thúc trình 50 Hình 4.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển bơm nước 51 4.1.3 Thuật toán cho hệ thống cảnh báo mức dầu bơi trơn - Khi có tín hiệu biến tần hoạt động mà cảm biến báo mức dầu thấp tác động bật đèn báo mức dầu thấp cảm biến báo mức dầu hết tác động tắt đèn cảnh báo mức dầu thấp - Khi đếm thời gian hoạt động máy đủ số làm việc cần thay dầu bật đèn thay dầu người vận hành thay dầu ấn nút RESET khởi động lại đếm thời gian hoạt động tắt đèn cảnh báo thay dầu 52 Hình 4.3 Lưu đồ thuật tốn cảnh báo dầu 53 4.2 Chương trình điều khiển hệ thống 4.2.1 Phân cổng vào cho hệ thống 54 4.2.2 Chương trình điều khiển truyền động 55 56 4.2.3 Chương trình điều khiển bơm làm mát 57 4.2.4 Chương trình cảnh báo mức dầu bơi trơn 58 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận văn đề cập đến việc nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển truyền động máy tiện HL380 tìm hiểu điều khiển khả trình PLC Để đáp ứng nhu cầu sử dụng xã hội nay, trước hết phải tìm hiểu cặn kẽ quy trình làm việc máy yêu cầu công nghệ hệ thống truyền động máy tiện Luận văn nghiên cứu cải tiến hệ thống truyền động máy tiện trường trung cấp Việt – Úc ứng dụng PLC S7 – 200 để tự động hóa hệ thống truyền động máy Kết thấy việc ứng dụng PLC cho q trình tự động hóa máy tiện việc làm cần thiết, có ý nghĩa quan trọng ngành công nghiệp chế tạo máy Với việc sử dụng thiết bị điều khiển khả trình PLC vào việc tự động hóa cho máy tiện làm tăng xuất lao động chất lượng sản phẩm đảm bảo Ngồi cịn đáp ứng nhu cầu dạy học trường trung cấp Việt - Úc nay, khơng cịn đáp ứng nhu cầu sử dụng cua người tiêu dùng Sau nghiên cứu đề tài rút ý sau: - Tìm hiểu hệ thống truyền động máy tiện HL380 - Xây dựng thuật tốn viết chương trình điều khiển hệ thống truyền động máy tiện băng ngơn ngữ lập trình PLC S7 - 200 Kiến nghị Mặc dù cố gắng song hạn chế mặt kiến thức thời gian nên có nhiều yêu cầu đặt mà luận văn chưa đề cập tới cụ thể như: chưa triển khai chương trình tự động bàn dao Chưa có tín hiệu điều chỉnh tốc độ cung cấp cho biến tần Vì tơi có kiến nghị sau: 60 Tiếp tục nghiên cứu bổ sung chương trình điều khiển tự động cho bàn dao Nghiên cứu bổ sung mạch truyền động ăn dao máy tiện có xu hướng sử dụng hệ điều khiển theo chương trình (điều khiển CNC) Với mong muốn hiểu biết sâu rộng lĩnh vực lập trình PLC, nên tơi mong muốn đón nhận ý kiến phê bình, xây dựng quý thầy cô bạn bè đồng nghiệp Một lần xin chân thành cảm ơn tới thầy hướng dẫn, thầy giáo Trong tổ mơn tự động hóa trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Hà Nội Bạn bè đông nghiệp hỗ trợ thời gian thực đề tài 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO Võ hồng Căn, Phạm Thế Hựu,( 1998 ) Đọc phân tích mạch điện Máy cắt gọt kim loại, NXB CNKT, Hà Nội Vũ Quang Hồi, Nguyễn Văn Chất, Nguyễn Thi Liên Anh ( 2001 ) Trang bị điện – điện tử máy công nghiệp dùng chung, NXB giáo dục Nguyễn Thương Ngô,( 2006 ) Lý thuyết điều khiển tự động, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Hoàng Minh Sơn (2006), Mạng truyền thông công nghiệp, NXB Khoa học kỹ thuật Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, Vũ Vân Hà (2007), Tự động hóa với Simatic S7-200, NXB Khoa học Kỹ thuật Siemens, Introducing the S7 – 200 Micro PLC * Internet http://www.hiendaihoa.com http://www.dientuvietnam.net http://www.scribd.edu.com http:// www.diendancodientu.com ... KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY TIỆN HL380 3.1 Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động Hệ thống điều khiển truyền động máy tiện nội dung luận văn thay hệ điều khiển biến tần động. .. nghệ nói chung, kỹ thuật điều khiển hệ thống truyền động điện nói riêng vượt lên tầm cao Từ việc điều khiển hệ thống truyền động điện hệ thống rơle, công tắc tơ, tiến tới điều khiển hệ thống truyền. .. tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu đề tài : Máy tiện HL380 d Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu mạch điện điều khiển máy tiện HL380 e Tính thực tiễn: Đề tài góp phần cải tiến trình hoạt động