Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Máy Đóng Hộp Tự Động

Mở đầu Sự phát triển kinh tế quốc gia phụ thuộc nhiều vào mức độ giới hố tự động hố q trình sản xuất Với vai trò mũi nhọn kỹ thuật đại, lĩnh vực tự động hoá phát triển với tốc độ ngày cao Những thành tựu lý thuyết Điều khiển tự động, Tin học công nghiệp, Điện tử công suất, Kỹ thuật đo lường triển khai quy mô rộng lớn, tạo nên thiết bị dây chuyền công nghiệp sản xuất tự động với suất cao chất lượng tốt Trong q trình sản xuất, việc tự động hố dây chuyền sản xuất đóng vai trị quan trọng Nó cầu nối hạng mục sản xuất, phân xưởng nhà máy, máy công tác dây chuyền Việc điều khiển hoạt động dây chuyền đại, tiên tiến ngày đa dạng phức tạp Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ công nhiệp chế biến, dây chuyền sản xuất ngành ngày đại hoá tự động hoá cao Các q trình từ sản xuất chế biến đến đóng gói sản phẩm tự động hố Trong chương trình học mơn Điều khiển logic, với mục đích giúp cho sinh viên chúng em làm quen với việc thực xây dựng hệ thống điều khiển tự động cho trình thiết bị thực tế,em thầy giáo giao cho thiết kế Hệ THốNG ĐIềU KHIểN CHO MáY đóng hộp tự động theo phương pháp Hàm tác động sử dụng thiết bị điện khí nén Phương pháp thiết kế hệ thống Hàm tác động cơng cụ hữu ích để thiết kế thực đầy đủ yêu cầu hệ tự động hố máy đóng hộp tự động Trong q trình thiết kế, với giúp đỡ thầy giáo, cô giáo Bộ môn bạn, công với nỗ lực thân, em hoàn thành đồ án nhiên, thời gian tương đối ngắn trình độ chun mơn cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý thầy cô giáo bạn để đồ án hoàn thiện Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy giáo Nguyễn Hồng Quang giáo viên mơn Tự Động Hố giúp em hồn thành đồ án Mục lục Chương I: Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy đóng hộp tự động I, Q trình cơng nghệ máy đóng hộp tự động II, Lựa chọn công nghệ: III, Xây dựng hàm điều khiển cho biến  Các phương pháp tổng hợp mạch logic  Giới thiệu phương pháp hàm tác động  Hoạt động hệ thống IV, Khả cố bảo vệ hệ thống V, Sơ đồ nguyên lý VI, Hoạt động sơ đồ ChươngII: Tính chọn thiết bị hệ thống 10 11 1, Chọn van phân phối 2, Chọn xilanh 3, Chọn Rơle 4, Chọn cơng tắc hành trình 5, Chọn cầu dao đóng cắt 6, Chọn cầu chì 7, Chọn nút ấn Chương III: Bảng đấu dây 14 I, Các nguyên tắc lắp đặt thiết bị 14 II, Sơ đồ lắp ráp mạch 14 III, Bảng đấu dây 16 Tài liệu tham khảo 18 Chương I: sơ đồ nguyên lí hệ thống máy đóng hộp tự động I, Q trình cơng nghệ máy đóng hộp tự động : Hoạt động máy đóng hộp tự động khởi đầu chuyển động vào xilanh A đẩy hộp rỗng vào vị trí đế cân định lượng Tại hệ thống van điều khiển mở van để sản phẩm theo đường ống lớn chảy vào hộp.Cùng lúc xi lanh A chuyển động trở lại vị trí Hình 1:Sơ đồ máy đóng ban đầu Khi lượng sản phẩm hộp tự động hộp đạt đến 80-90% thực đóng van mở van khác để sản phẩm theo đường ống nhỏ chảy vào hộp với tốc độ chậm Khi hộp đổ đầy sản phẩm xi lanh B chuyển động từ thực đẩy hộp băng chuyền quay Sau xi lanh B trở vị trí ban đầu xi lanh A chuyển động vào thực chu trình II, Lựa chọn công nghệ: * Chọn xi lanh A B xilanh điều khiển van khí nén điều khiển chiều * Cân định lượng có cảm biến xác định có mặt hộp d1, xác định thời điểm để đóng đường ống lớn mở đường ống nhỏ d2 xác định thời điểm đầy hộp d3 * Tại đầu cuối pítơng A đặt cơng tắc hành trình a để xác định chuyển động A * Để xác định hộp đưa vào hết hay chưa ta dùng công tắc hành trình f đặt chồng hộp rỗng * Tại đầu cuối pítơng B đặt cơng tắc hành trình b , b1 để xác định chuyển động B * Các phần tử điều khiển phần tử điện khí nén Ta sử dụng van phân phối không tự phục hồi điều khiển xi lanh A B Ta gọi: Khi pitông A chuyển động đẩy hộp rỗng vào A +, chuyển động di ngược lại A- Khi pitông B chuyển động để đẩy hộp đầy băng tải B+, chuyển động ngược lại B- Các van mở đường ống lớn đường ống nhỏ C + E+ Như vậy,hệ thống có biến đầu vào a 0,b0 ,b1,f,d1,d2,d3 nhằm điều khiển biến A+ ,A- ,B+,B-,C+,E+ III,Xây dựng hàm điều khiển cho biến:  Các phương pháp tổng hợp mạch logíc tuần tự:  Phương pháp ma trận trạng thái  Phương pháp hàm tác động  Phươngpháp phân tầng  Phương pháp GRAFCET  Giới thiệu phương pháp hàm tác động : Thông thường kiện xảy thời gian nối tiếp kiện mơ tả dạng hàm tác động dạng đây: F = A+X-Y+B-X+Z-B+Y+C-Z+A+ Và mơ tả hoạt động sau: Sự xuất tín hiệu A làm cho X hoạt động ,X hoạt động làm tín hiệu Y B xuất làm ngừng hoạt động tín hiệu X Trong hàm tác động ta thường kí hiệu tín hiệu vào A,B,C biến điều khiển ta thường kí hiệu X,Y,Z Đối với biến vào dấu cộng (+) trừ (-) đứng trước kí hiệu A,B,C rõ tín hiệu xuất hay yếu tố bên ngồi (có thể cơng nghệ ).Những tín hiệu xuất dấu (+) biến A ví dụ dược hiểu tín hiệu tín hiệu xung xuất q trình làm việc ngắn ví ta ấn vào nút ấn thả Cịn tín hiệu có dấu cộng (+) dấu trừ (-) đứng trước tín hiệu tín hiệu Tương tự với dối tượng điều khiển (X,Y,Z, ) có dấu cộng đứng trước thí rõ phần tử đưa hoạt động nhờ hoạt động hay biến trước Ví dụ +X có nghĩa phần tử X đưa vào hoạt động nhờ có hoạt động phần tử trước biến A Ký hiệu -Y rõ Y ngừng hoạt động X hoạt động Có trường hợp biến gây nên việc chuyển động đồng thời trạng thái hai phần tử phần tử Ví dụ : A(+X,-Y)-Z Chúng ta hiểu sau : Biến A xuất cho X Y chuyển trạng thái chuyển trạng thái làm cho biến trạng thái Z ngừng hoạt động Dưới ta nêu số bước tiến hành tổng hợp sơ đồ kép loại a) Tìm chu kỳ hoạt động phần tử đối tượng điều khiển Mỗi chu kì hoạt động gồm giai đoạn đóng giai đoạn cắt b) Xác định tín hiệu vào tín hiệu xung hay tín hiệu c) Xác định hàm lơgíc điều khiển biến đầu d) Kiểm tra biểu thức thu để cần phải bổ sung theo biến trung gian e) Xác định hàm điều khiển biến phụ Vì phương pháp mơ tả cơng nghệ thiết kế dạng hàm tác động thuận tiện cho người thiết kế nên cần nhấn mạnh điểm cơng tác kiểm tra Kiểm tra hàm đóng fđ phần tử thường xảy trường hợp:  Nếu fđ không thay đổi giá trị trình đóng phần tử biểu thức fđ lập thỏa mãn yêu cầu hàm  Nếu fđ thay đổi giá trị giai đoạn đóng phàn tử cần phải cần phải thêm biến phụ p1 Khi hàm đóng có tác dụng fđ’ = fđ +p1 Trong trường hợp xét thấy hành vi điều khiển trạng thái điều khiển hệ giống hành vi toán tử xảy dùng biến làm biến phụ Đối với hàm cắt ,khi kiểm tra xảy hai trường hợp  Nếu fc không thay đổi giá trị giai đoạn đóng phần tử fc thu thỏa mãn  Nếu fc thu thay đổi giá trị giai đoạn đóng phần tử hàm fc phải cần thêm biến phụ p2 Khi fc’= fc.p2 Kiểm tra tính đắn hàm thu chu kỳ hoạt động phần tử thu cách triển khai biểu thức lôgic thành dạng biểu diễn tuyển chuẩn Nếu trường hợp thấy số hạng (hội )có giá trị chưa đưa tín hiệu vào trái với cơng nghệ phải đưa thêm biến phụ p3 vào số hạng Tính đắn hàm phải thỏa mãn chu khì phần tử Việc kiểm tra cần phải tiến hành cho hàm lôgic phần tử đầu biến trung gian  Hàm tác động hệ thống: F=(+a0+b0+f-B-)+A+(+d1-A+)(+A-+C+)+a0-A-(+d2-C+)+E+ (+d3- E+) +B+(+b1-B+)+B-+b0- B-(+a0+b0+f-B-)+A+…  Xác định hàm điều khiển cho biến ra:  Hàm điều khiển A+: f d ( A + ) = f a b0 B − f c ( A + ) = d1 Do tín hiệu a0 ,b0 tín hiệu dạng xung tồn thời gian ngắn nên cần hiệu chỉnh hàm đóng f d ( A + ) = ( f a b0 + A + ) B − Vậy hàm điều khiển A+  Hàm điều khiển A-: f d ( A − ) = d1 A f ( A + ) = ( f a b0 + A + ) B − d + f c ( A − ) = a0 Do d1 bị trước chuyển động A- hồn + thành nên cần hiệu chỉnh hàm đóng: f d ( A − ) = (d + A − ).A + Vậy hàm điều khiển A- là: f ( A − ) = (d + A − ) A a  Hàm điều khiển C+: f d (C + ) = d A + f c (C + ) = d Trong giai đoạn thực chuyển động C+ hàm đóng cắt ln thỗ mãn Vậy hàm điều khiển C + là: + f (C + ) = d A d  Hàm điều khiển E+: f d ( E + ) = d C + f c (E + ) = d + Hàm cắt đóng thoả mãn nên f ( E + ) = d C d  Hàm điều khiển B+: f d ( B + ) = d E + f c ( B + ) = b1 Ta thấy tín hiệu d3 khơng tồn suốt q trình chuyển + động B+ nên cần hiệu chỉnh hàm đóng : f d ( B + ) = (d + B + ).E + Vậy hàm điều khiển B+ là: f ( B + ) = (d + B + ).E b1  Hàm điều khiển B-: f d ( B − ) = b1 B + f c ( B − ) = b0 Ta thấy tín hiệu b1 tín hiệu xung nên cần hiệu chỉnh + hàm đóng : f d ( B − ) = (b1 + B − ).B Vậy hàm điều khiển B- là: + f ( B − ) = (b1 + B − ).B b0 IV, Các khả cố việc bảo vệ hệ thống Trong toán có khả cố hệ thống hoạt động xảy trường hợp điện Khi để bảo đảm chất luợng sản phẩm ta phải ngắt nguồn khí đến có điện ta phải RESET lại toàn hệ thống để hệ thống bắt đầu hoạt động lại từ đầu Để làm điều ta phải có thêm nút ấn RS để thực RESET Khi bấm nút RS toàn Rơle A - B- hoạt động đồng thời Rơle A+, B+, C+ ,E+ ngừng hoạt động Và hệ thực chuyển động A - , B- hệ trở trạng thái ban đầu V, Sơ đồ nguyên lý: Mạch điều khiển mạch nối van cấp nguồn điện xoay chiều pha 220V Để mạch hoạt động tốt ta bố trí thêm nút ấn M D để điều khiển việc bắt đầu hoạt động hay kết thúc hoạt động hệ thống Khi ấn nút M hệ thống bắt đầu hoạt động muốn dừng hệ thống ta ấn nút D Sau dừng muốn tiếp tục cho hệ thống hoạt động lại ấn nút M ấn nút RS để reset lại hệ thống để thiết lập lại trạng thái ban dầu 220V ∼ 2CC 2CC D M RA RA a0 b0 f d1 B A A RS d1 A a0 d1 A d2 d2 C d3 d3 E b1 B b0 A A C E B B RS b1 B B Hình 2: Mạch điều khiển Hình 3: Sơ đồ mạch lực 10 E C product B B bb 0 bb 1 A aa 0 A f §uêngdÉn khÝnÐn 1CC O 220V ∼ A 1CC VI,Hoạt động sơ đồ: Cấp điện cho hệ thống Sơ đồ bắt đầu hoạt động ấn nút M lúc cơng tắc hành trình a bị đè lên nên cấp điện cuộn hút rơle A+ làm cho bắt đầu thực chuyển động vào A+ đẩy hộp rỗng vào Khi có tín hiệu d báo hiệu hộp nằm vị trí yêu cầu tiếp điểm thường đóng d làm ngắt điện cung cấp cho cuộn hút A+ chuyển động A+ kết thúc Tín hiệu d1 đóng cơng tắc thường mở d1 làm đóng điện cung cấp điện cho cuộn hút rơ le A- C+ Xi lanh A thực chuyển động lùi vị trí ban đầu tiếp xúc vào cơng tắc hành trình a0 tiếp điểm thưịng mở C+ đóng lại làm van ống lớn mở cho sản phẩm chảy vào hộp Đến thời điểm có tín hiệu d báo hiệu hộp đầy cơng tắc thường đóng d mở cơng tắc thường mở d2 đóng lại làm cho cuộn hút rơle C + điện cuộn hút rơle E+ có điện làm cho van ống lớn khoá lại mở van đường ống nhỏ Đến có tín hiệu d báo hiệu hộp đầy cơng tắc thường đóng d3 mở cơng tắc thường mở d3 đóng lại làm cho cuộn hút rơ le E + điện cuộn hút rơle B+ có điện thực khố nốt van đường ống nhỏ xi lanh B+ chuyển động đẩy hộp đầy băng tải quay Khi xi lanh chuyển động tác động lên cơng tắc hành trình b1 cơngtắc thường đóng b1 mở cơng tắc thường mở b1 đóng lại làm cho cuộn hút rơle B + điện cuộn hút rơle B- có điện xi lanh B chuyển động vào B- đến tiếp xúc vào đầu cơng tắc hành trình b dừng lại lúc cuộn hút rơle A + có điện xi lanh A lại thực vào bắt đầu chu trình Q trình đóng hộp kết thúc hết hộp rỗng tín hiệu cơng tắc hành trình ngắt điện cung cấp cho cuộn hút cơng tắc tơ A+ Trong q trình hoạt động có cố điện muốn cho hệ thống hoạt động trở lại ta ấn nút M ấn nút reset RS để pít tơng trở vị trí ban đầu thực chu kì hoạt động bình thường Hệ thống dừng lại hết hộp rỗng ta ấn nút D 11 Chương II: tính chọn thiết bị hệ thống 1, Chọn van phân phối: Chọn van phân phối cho xilanh A B loại 4V120-M5 (5/2) hãng AIR TAC có thơng số sau: Phạm vi áp suất 1.5÷ 8.0 kgf/cm2 áp suất cực đại chịu 12.0kgf/cm2 Phạm vi nhiệt độ làm việc -5 ÷ 60 0C Thơng số điện AC 220V± 22V 3VA Tần số lớn Hz Kích thước 200× 40× 50 2, Chọn xi lanh: Chọn xilanh A B loại xi lanh SUDS hãng AIR TAC có thơng số sau: Phạm vi áp suất 1.0÷ 9.0 kgf/cm2 áp suất chịu đựng lớn 13,5 kgf/cm2 Phạm vi nhiệt độ làm việc -5 ÷ 70 0C Pham vi tốc độ 50÷ 500mm/s Kích thước 200× 50× 70 3, Chọn rơle : *Các rơle A -, B +,B- , C +, E + loại rơle vạn MY OMRON có thông số sau: Số tiếp điểm Thông số điện tiếp điểm thường đóng thường mở 5A, 220 VAC 12 Dịng chuyển mạch lớn 5A Thơng số cuộn hút 240VAC 0,9÷ 1,2 VA Tuổi thọ (số lần đóng cắt) 500× 103 Kích thước 21,5× 28× 36 Rơle RA loại rơle vạn MK-I hãng OMRON có thơng số sau: Số tiếp điểm thường đóng thường mở Thơng số điện tiếp điểm 10A, 220 VAC Dòng chuyển mạch lớn 10A Thông số cuộn hút 240VAC 2,3 VA Tuổi thọ (số lần đóng cắt) 100× 103 Kích thước 34,5× 34,5× 52,5 Các rơle A + loại rơle vạn MY hãng OMRON có thơng số sau: Số tiếp điểm thường đóng thường mở Thơng số điện tiếp điểm 5A, 220 VAC Dòng chuyển mạch lớn 5A Thơng số cuộn hút 240VAC 0,9÷ 1,2 VA Tuổi thọ (số lần đóng cắt) 500× 103 Kích thước 21,5× 28× 36 4, Chọn cơng tắc hành trình: Các cơng tắc hành trình a , b0, b1 , d2 , d1 ,d3, f loại công tắc HL-5000 hãng OMRON có thơng số sau: Các định mức tiếp điểm 5A-250VAC Phạm vi lực tác động 150÷ 200gf Tuổi thọ điện 600.104 lần Kích thước đầu tiếp xúc 50× 24 Kích thước cơng tắc hành 33× 34× 82,4 trình 5, Chọn cầu dao đóng cắt : Với thơng số dịng điện điện áp chọn ta chọn cầu dao loại : ký hiệu PO-3 Liên xơ cũ sản xuất có thơng số 13 Uđm=500V; Kích thước: 80x50x75; Chương III: Bảng đấu dây Các nguyên tắc lắp đặt thiết bị Các thiết bị động lực để truyền động cấu sản xuất với cơng tắc hành trình, nút ấn điều khiển phải bố trí trực tiếp cấu sản xuất Việc bố trí thiết bị điều khiển tủ điện dựa vào nguyên tắc sau:  Nguyên tắc nhiệt độ: Các thiết bị toả nhiệt lớn làm việc phải để phía trên, thiết bị có chịu ảnh hưởng lớn nhiệt độ cần phải đặt xa nguồn sinh nhiệt  Nguyên tắc trọng lượng: Các thiết bị nặng phải đặt thấp để tăng cường độ vững bảng điện, giảm nhẹ điều kiện để cố định chúng  Nguyên tắc nối dây tiện lợi: Đường nối dây ngắn chồng chéo Dựa vào nguyên tắc trên, kết hợp với yêu cầu đặc biệt trường hợp cụ thể, tiến hành bố trí thiết bị panel Khi bố trí thiết bị cần bố trí thành nhóm riêng biệt để tiện việc kiểm tra, sửa chữa Các phần tử nhóm phải bố trí gần cho dây nối chúng ngắn Giữa nhóm khác phải bố trí cho thuận tiện cho việc tiến hành lắp đặt, sửa chữa, hiệu chỉnh Các thiết bị dễ hỏng, thiết bị cần điều chỉnh phải để nơi dễ dàng thay thế, điều chỉnh, sửa chữa I 14 Bảng vẽ bố trí phải vẽ theo tỷ lệ xích tiêu chuẩn phải ghi rõ kích thước hình chiếu thiết bị, kích thước lỗ định vị lắp, kích thước tương quan chúng kích thước lắp Các phần tử tiếp điểm rơle, côngtắctơ vẽ sơ đồ lắp ráp thành hình chữ nhật với tỷ lệ xích chọn thể cuộn dây, tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ kèm theo số cực nối chúng trùng với số sơ đồ nguyên lý II Sơ đồ lắp ráp : Trên sở lựa chọn cụ thể vị trí lắp đặt chọn cụ thể thiết bị điều khiển bảo vệ, ta xây dựng vẽ bố trí thiết bị lắp có khai triển đến cực nối dây sơ đồ sau: 15 CC1 CD A 101 102 O 101 102 111 112 2§ N 1§ N CC2 17 21 25 102 101 27 A 19 O A B 121 111 122 113 123 111 43 45 23 41 15 111 47 19 13 37 126 23 C 31 33 29 3§ N 41 45 RA A 13 125 111 19 21 25 27 17 B 124 111 43 13 15 47 E 43 29 121 111 37 39 31 33 35 37 35 39 (2) 125 129 130 132 4§ N A (1) (2) 126 123 127 128 131 B (1) 124 129 130 132 127 128 131 Hình 3.1: Sơ đồ mạch lắp ráp 16 III Bảng đấu dây Cầu dao Cầu chì 1CC Cầu chì 2CC Van phân phối A Van phân phối B Rơle A+ Rơle A- A-2ĐN 0-2ĐN 101-1CC 102-1CC 101102111-A(1) 112-A101-CD 102-CD 1-1ĐN 2-A+ 111A(2)-A(1) 126-A125-A+ 129-4ĐN 130-4ĐN 132-4ĐN B(1)-A(2) B(2)-B(1) 124-B123-B+ 127-4ĐN 128-4ĐN 131-4ĐN 217-1ĐN 125111-A7-RA 13-B19-A21-1ĐN 25-1ĐN 27-1ĐN 2-A+ 17 Rơle B- Rơle B+ Rơle C+ Rơle E+ Rơle RA 23-1ĐN 1111267-RA 19-1ĐN 2-A47-1ĐN 124111-A+ 13-1ĐN 15-1ĐN 43-B+ 7-A2-B41-3ĐN 111-B12337-E+ 7-B45-3ĐN 43-3ĐN 2-B+ 29-3ĐN 122-2ĐN 111-B+ 31-3ĐN 33-3ĐN 2-C+ 35-3ĐN 121-2ĐN 111-C+ 37-3ĐN 39-3ĐN 7-5(RA) 3-3ĐN 2-E+ 5-3ĐN 18 Tài liệu tham khảo: 1, Điều khiển tự động truyền động điện Tập 1-Trịnh Đình ĐềVõ trí An 2, Sửa chữa sử dụng khí cụ điện hạ áp - Tô Đằng-Phạm Xuân Phú 3,Catalog hãng OMRON,AIRTAC thiết bị điện khí nén 19 ... lí hệ thống máy đóng hộp tự động I, Q trình cơng nghệ máy đóng hộp tự động : Hoạt động máy đóng hộp tự động khởi đầu chuyển động vào xilanh A đẩy hộp rỗng vào vị trí đế cân định lượng Tại hệ thống. .. mơn Tự Động Hố giúp em hoàn thành đồ án Mục lục Chương I: Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy đóng hộp tự động I, Q trình cơng nghệ máy đóng hộp tự động II, Lựa chọn cơng nghệ: III, Xây dựng hàm điều khiển. .. D để điều khiển việc bắt đầu hoạt động hay kết thúc hoạt động hệ thống Khi ấn nút M hệ thống bắt đầu hoạt động muốn dừng hệ thống ta ấn nút D Sau dừng muốn tiếp tục cho hệ thống hoạt động lại