Tài liệu Đồ án " Thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan có sơ đồ như hình vẽ bằng phương pháp ma trận trạng thái với mạch động lực dùng thiết bị khí nén và mạch điều khiển dùng thiết bị điện " doc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan có sơ đồ như hình vẽ bằng phương pháp ma trận trạng thái với mạch động lực dùng thiết bị khí nén và mạch điều khiển dùng thiết bị

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan có

sơ đồ như hình vẽ bằng phương pháp ma trận trạng thái với mạch động lực dùng thiết bị khí nén và mạch điều khiển dùng

thiết bị điện

Sinh viên thực hiện : TRIỆU TUYÊN HOÀNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

KHOA NĂNG LƯỢNG

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ XNCN

THIẾT KẾ MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN LOGIC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Sinh viên : TRIỆU TUYÊN HOÀNG

Lớp : Tự động hoá 3 K43

1 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

Thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan có sơ đồ như hình vẽ

bằng phương pháp ma trận trạng thái với mạch động lực dùng thiết bị

khí nén và mạch điều khiển dùng thiết bị điện

2 NỘI DUNG

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý

- Tính chọn thiết bị điều khiển

- Thiết kế sơ đồ lắp ráp

3 THUYẾT MINH VÀ BẢN VẼ

- 1 quyển thuyết minh

- 2 bản vẽ kỹ thuật khổ A0 cho sơ đồ nguyên lý và lắp ráp

Chương I: giới thiệu chung về công nghệ

1 sơ đồ công nghệ 06

2 nguyên lý hoạt động của sơ đồ công nghệ 06

Chương II: tổng hợp hàm điều khiển

1 tổng hợp hàm điều khiển bằng phương pháp hàm tác động 08

1.1 xác định các biến điều khiển 08 1.2 tổng hợp hàm điều khiển 09

2 sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống 11

2.1 các phần tử 11

2.3 thuyết minh nguyên lý hoạt động của sơ đồ 13

Chương III: Tính chọn và thiết kế mạch lắp ráp

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, có thể nói

một trong những tiêu chí để đánh giá sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia

là mức độ tự động hoá trong các quá trình sản xuất mà trước hết đó là

năng suất 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 cở sở và hỗ trợ cho sự phát triển tương xứng của lĩnh vực tự động hoá

ở nước ta mặc dầu là một nước chậm phát triển, nhưng những năm gần đây cùng với những đòi hỏi của sản xuất cũng như sự hội nhập vào nền kinh tế thế giới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật mà đặc biệt là sự tự động hoá các quá trình sản xuất đã có bước phát triển mới tạo

ra sản phẩm có hàm lượng chất xám cao tiến tới hình thành một nền kinh

tế tri thức

Ngày nay tự động hoá điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào từng ngõ nghách, vào trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản

phẩm Một trong nhữnh ứng dụng đó mà đồ án này thiết kế là điều khiển

công nghệ khoan Tự động hoá điều khiển công nghệ khoan là quá trình

tạo ra một lỗ thủng trên bề mặt vật thể có kích thước chiều sâu định trước Trong công việc thiết kế, tự động hoá điều khiển được thể hiện qua hai quá trình sau:

- Tự động hoá điều khiển công việc đưa vật thể vào vị trí định trước (xác định vị trí lỗ khoan)

- Tự động hoá đưa mũi khoan vào khoan vật thể sau đó quay về vị trí cũ đễ đảm bảo cho quy trình tiếp theo

Chất lượng mũi khoan và năng suất làm việc phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ điều khiển Quá trình làm việc được thực hiện theo một trật

tự logic, theo trình tự thời gian xác định do đó để điều khiển được công nghệ ta phải tổng hợp được hàm điều khiển cho hệ thống Có rất nhiều phương pháp để tổng hợp hàm điều khiển nhưng ở đây ta sử dụng

phương pháp GRAPCET So với các phương pháp khác thì phương pháp

hàm tác động có ưu điểm đơn giản và đảm bảo sự chính xác về tuần tự thực hiện quá trình

Sinh viên

Máy khoan được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy cơ khí Bên cạnh các máy móc cơ khí khác như các máy tiện, máy doa, máy bào giường, bào xọc dần dần được tự động hóa theo một dây chuyền ngày càng hiện đại Các máy khoan cũng được tự động hoá theo dây chuyền nhằm nâng cao năng suất và giảm sự nặng nhọc cho người công nhân

Trong đó công nghệ khoan một lỗ hai giai đoạn cũng được sử dụng trong các nhà máy cơ khí, nhà máy sửa chữa và chế tạo máy

Trong môi trường làm việc nặng nhọc công nghệ yêu cầu :

1 Grapcet - công cụ để mô tả mạch trình tự trong công nghiệp

Trong dây chuyền sản xuất công nghiệp, các thiết bị máy móc thường hoạt động theo một trình tự lôgic chặt chẽ nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, an toàn cho người và thiết bị Cấu trúc làm việc trình

tự của dây chuyền đã đưa ra yêu cầu cho điều khiển là điều khiển sự hoạt động chặt chẽ thống nhất của dây chuyền đồng thời cũng gợi ý cho

ta sự phân nhóm lôgic của automat trình tự bởi các tập hợp con của máy móc và các thuật toán Ta có sơ đồ khối :

- Bán tự động

- Hoàn toàn bằng tay

Khi thiết kế hệ thống phải tính toán đến các phương thức làm việc khác nhau để đảm bảo an toàn và xử lí kịp thời các hư hỏng trong hệ thống Phải luôn có phương án can thiệp trực tiếp của người vân hành đến việc dừng máy khẩn cấp Grapcep là công cụ rất hữu ích để thiết

kế và thực hiện đầy đủ các yêu cầu của công nghệ tự động hoá các quá trình công nghệ kể trên

2.Phương pháp Grapcet

Yêu cầu công nghệ :

a, b, c, d là các công tắc hành trình cảm nhận vị trí của lưỡi khoan

Hoạt động :

Khoan đi xuống với vận tốc v1 gặp ‘b’ (gặp vật liệu) giảm tốc độ khoan với vận tốc v2 Xuống gặp ‘c’ lưỡi khoan nhấc lên tháo phoi chuẩn bị cho giai đoạn khoan thứ hai

Đi lên với vận tốc V1 gặp ‘a’ khoan đảo chiều đi xuống với vận tốc V1 bắt đầu giai đoạn hai Đi xuống gặp ‘c’ (gặp phôi) bắt đầu khoan xuống với vận tốc V2 Gặp ‘d’ khoan hết một lỗ khoan được nhấc lên với vận tốc V1 Đi lên gặp ‘a’ thì dừng lại kết thúc quá trình khoan

X : trạng thái đi xuống

L : trạng thái đi lên

V1 : chạy xuống với vận tốc v1

V2 : chạy xuống với vận tốc v2

4.Thành lập Grapcet 1

-Xác lập trạng thái ban đầu

-Trạng thái ban đầu

-Đã ở trạng thái ban đầu

-Đi xuống với vận tốc v1

-Đã đi xuống với vân tốc v1

-Đi xuống với vận tốc v2

-Đã đi xuống với vận tốc v2

-Đi lên với vận tốc v1

-Đã đi lên với vận tốc v1

*Nhận xét :

- Nếu Grapcet chỉ có vậy khoan sẽ đi xuống găp b giảm tốc, gặp c đi lên, gặp a lặp lại quá trình trên mà không khoan 2 giai đoạn

- Vì vậy, phải thêm 1 biến phụ nhận biết cho phép :

gặp b lần thứ nhất đi xuống với vận tốc v2 nhưng gặp b lần thứ hai vẫn duy trì vận tốc cũ

đồng thời gặp c lần thứ nhất đi lên nhưng cấm đi lên lần thứ hai mà gặp c đi xuống với vận tốc v2 Chỉ khi gặp d mới đi lên

- Gọi biến P gặp c hàm đóng và gặp d thì cắt

Từ những điều trên Grapcet 2 có thể thành lập như sau

5.Thành lập Grapcet 2

Ta rút ra được hàm đóng cắt như sau :

Grapcet sử dụng các phần tử nhớ thực hiện công nghệ trên Nhưng yêu cầu bài toán sử dụng phần tử tiếp điểm nên :

- Viết hàm đóng có tiếp điểm tự duy trì để nhớ

- Viết hàm cắt

Ta có sơ đồ mạch điều khiển trang sau

6.Nguyên lí hoạt động sơ đồ như sau :

- Khi có tín hiệu sẵn sàng của So tự duy trì theo đường 4-2 Tiếp điểm So98, So12 15 đóng lại sẵn sàng làm việc

1-So-5 Tại vị trí ban đầu a ấn nút mở máy m rơle trung gian X có điện và tự duy trì bởi tiếp điểm X1-8, X5-4 lúc này mở ra

- Đồng thời khi đó rơle V1 có điện và tự duy trì bởi tiếp điểm V1 1-12 tiếp điểm V1 5-4 mở ra làm mất điện So

Khoan chạy xuống với vận tốc v1

- Gặp b tiếp điểm V1 20-22 đang đóng nên V2 có điện và tự duy trì bởi V2 1-16 V2 có điện đồng thời tiếp điểm V2 12-10

mở ra cắt điện V1 Các rơle khác không bị ảnh hưởng

Khoan lúc này giảm tốc độ xuống vận tốc v2 (bắt đầu quá trình khoan giai đoạn một)

- Gặp c rơle P có điện và tự duy trì bởi tiếp điểm P1-29 tiếp điểm P20-16 mở ra đồng thời P23-12 đóng lại sẵn sàng

- Cùng lúc đó bởi các tiếp diểm V2 25-27, X2 17-28 đang đóng nên rơle L có điện tự duy trì bởi L1-28

- Tiếp điểm X17-19, V2 19-12 đóng nên rơle V1 cũng có điện Chúng cắt V2 và X do vậy khoan chạy lên với vận tốc v1

- Gặp b không chuyện gì xảy ra P20-16 đã mở

- Gặp a vì các tiếp điểm L11’-11, P11-8 đang duy trì nên rơle

X có điện và duy trì bởi X1-8 Đồng thời V1 có điện và cắt L Khoan lại chạy xuống với vận tốc v1 (bắt đầu chu trình thứ hai)

- Gặp b do P20-16 đã mở cho nên rơle V2 không thể có điện

Khoan tiếp tục chạy xuống với vận tốc v1

- Đến khi gặp c do V2 25-27 đang mở nên rơle L không có điện

- Vì V1 18-16 đang có điện nên V2 có điện và tự duy trì bởi V2 1-16 Có V2 thì V1 bị cắt bởi V210-12

Khoan tiếp tục chạy xuống với vận tốc mới v2

- Gặp d do V2 25-27, X27-28 đang đóng nên rơle L có điện

- Tương tự rơle V1 có điện

- V1, L có điện các tiếp điểm thường đóng của nó mở ra do đó cắt điện X, V1

- Đồng thời gặp d nên P mất điện

Khoan chạy lên với vận tốc v1

- Gặp a rơle So có điện và tự duy trì các tiếp điểm của nó đóng lại ở trạng thái sẵn sàng đợi lệnh mới

Kết thúc quá trình khoan một lỗ hai giai đoạn

CHƯƠNG III : SƠ DỒ MẠCH LỰC – LỰA CHỌN

Sơ đồ nguyên lí mạch lực , mạch lực như hình bên :

Ta có thể chọn công tắc tơ có các thông số thoả mãn

Dòng điện Số lượng tiếp điểm Loại

Iđm Imax Thường

mở

Thường đóng

Uđm CS

cuộn dây

Kích thước

Chọn 4 công tắc tơ như trên cho các công tắc tơ X, L, V1, V2

Từ công suất cuộn hút có thể tính được dòng qua cuộn hút :

Ih = P/U =10/220 = 0,05 (A)

b Phần tử điều khiển

Từ dòng cuộn hút ta có thể chọn được các rơle trung gian có tiếp

điểm thoả mãn

Chọn rơle trung gian :

Số lượng tiếp điểm

chì

Dòng đm

dây chảy

Dòng cắt giới hạn

Điện áp định mức A B C

Cầu chì kiểu ống nên khi đứt rất an toàn

Mạch điều khiển

Kích thước chung Kiểu cầu

chì

Dòng đm

dây chảy

Dòng cắt giới hạn

Điện áp định mức A B C

Chọn rơle dòng điện cực đại

Bảng đấu dây có thể lập như sau :

STT Tên thiết bị Điểm nối

2 Đầu nối điều khiển

STT Tên thiết bị Điểm nối

3 Cầu dao

CD

1 – N+1’ –

2 – 2’ –

4 Cầu chì động lực

1CC

1 – 1’CD 1’ –

5 Cầu chì điều khiển

2CC

1 – 2’CD 1’ –

6

Rơle hãm

RH

1 – 1’ – 1’.1CC

2 – 2’ –

7 Rơle trung gian

So

1 – 1’-2CC

2 – 2’.CD

4 – 4.X

STT Tên thiết bị Điểm nối

7 Rơle trung gian

STT Tên thiết bị Điểm nối

9 Rơle trung gian

L 3 – 11L

5 – 10ĐK

STT Tên thiết bị Điểm nối

11 Rơle trung gian

L

11 – 11P 11’ – 21L

17 Công tắc tơ

L

2 – V2

38 – 38L

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 PGS - TS Nguyễn Trọng Thuần - Điều khiển logic và ứng dụng

Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2000

2 Trịnh Đình Đề, Võ Trí An - Điều khiển tự động truyền động điện

Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 1986

3 Nguyễn Xuân Phú, Tô Đằng - Sử dụng và sửa chữa khí cụ điện hạ

áp

4 Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1998

5 Các CD-ROM catalogue tra cứu thiết bị khí nén và điện của các

hãng

OMRON, FESTO, MITSUBISHI

6 Bản dịch: Cẩm nang Kỹ thuật điện Tự động hoá và Tin học Công

nghiệp

Người dịch: PGS - TS Lê Văn Doanh

Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1999

7 Lewin, D - Logical design of switching circuits

Nhà xuất bản MacMillan, 1986