Chöông 2 : Caùc thieát bò cô baûn trong heä thoáng töï ñoäng
2.4 Coâng cuï moâ taû hoaït ñoäng cuûa moät thieát bò töï ñoäng
Muốn thiết kế thi công và khai thác một thiết bị tự động, cần phải mô tả được quá trình hoạt động của nó. Các công cụ hoặc ngôn ngữ để mô tả có thể là lời văn, ký hiệu hoặc biểu đồ.
2.4.1 Mô tả bằng lời văn
Bằng lời văn thông thường, ta liệt kê những công việc mà thiết bị tự động phải làm để mô tả mỗi giai đoạn làm việc và xác định các điều kiện thỏa mãn ở mỗi thời điểm. Ví dụ dưới đây cho thấy khả năng và hạn chế của phương pháp mô tả này (hình 2- 63).
Ví dụ: Cần kẹp chặt một chi tiết và khoan một lỗ trên đó : Người điều khiển ấn các nút c và d để khởi động chu trình công nghệ bắt đầu bằng giai đoạn 1 :
Giai đoạn 1 : Pittông A chuyển động theo chiều A + để kẹp chặt chi tiết C. Khi lực kẹp đạt giá trị yêu cầu được đảm bảo bằng cảm biến áp suất a1, thì chuyển sang giai đoạn 2.
A B A+ A-- B-- B+ b0 b1 a0 a1 B0 R A0 C c d Cảm biến áp suất
Hình 2.63 Kẹp chặt và khoan lỗ
Ban quy en © Tr u ong DH Su pham K y t huat TP. HCM
Giai đoạn 2 : đầu khoan B đi xuống theo chiều B + và mũi khoan R quay thì chuyển sang giai đoạn 3.
Giai đoạn 3 : Khi nút b1 kết thúc động tác khoan, B đi lên theo chiều B- và R ngừng quay. Khi nút b0 ngừng chuyển động B-, mũi khoan trở về vị trí B0 thì chuyển sang giai đoạn 4. Giai đoạn 4 : Pittong A trở về theo chiều A- và nới lỏng chi tiết. Khi nút a0 ngừng chuyển động A- và pittong ở vị trí ban đầu A0, kết thúc một chu kỳ gia công.
Đối với những trường hợp nhiệm vụ điều khiển dài và phức tạp thì các mô tả bằng lời văn trên đây trở nên quá dài và nặng nề không thích hợp cho việc khai thác. Tuy nhiên việc mô tả bằng lời văn vẫn là cần thiết và được sử dụng trong khi lập sổ tay nhiệm vụ, chuẩn bị cho các giai đoạn sau : mô tả bằng biểu đồ và lập trình với các phương pháp ngắn gọn, súc tích và rõ ràng hơn.
2.4.2 Mô tả bằng ký hiệu
Các quá trình tự động hóa trong sản xuất ngày càng phức tạp. Nếu dùng lời văn để mô tả thì sẽ quá dài dòng khó thực hiện, vì vậy cần phải dùng các công cụ ký hiệu hoặc biểu đồ. Có nhiều cách ký hiệu tùy thuộc công cụ sử dụng như sau:
1- Sử dụng các biến số “có hoặc không”:
Các phần tử tự động “CÓ hoặc KHÔNG” có thể thỏa mãn được nhiềøu ứng dụng thực tế. Hành vi của chúng được mô tả dễ dàng bằng các biến số boole, chỉ có hai giá trị 0 và 1. Các cảm biến làm việc với các biến số loại nàyđược gọi là cảm biến có hoặc không.
Loại cảm biến này chỉ có hai trạng thái : nghỉ hoặc hoạt động. Mỗi trạng thái tương ứng một tín hiệu ra (điện, thuỷ khí…) ở mức xác định là 1 hoặc 0 theo quy ước.
Nếu đại lượng đo được là tương tự nghĩa là có những giá trị liên tục (ví dụ áp suất trong xi lanh) thì một cảm biến có ngưỡng sẽ dịch giá trị đó sang tín hiệu “CÓ hoặc KHÔNG” theo cái ngưỡng đạt được.
Với biến số boole dùng cho các cảm biến, sự mô tả của ví dụ hình 2-63 trên trở thành rõ nét và cô đọng hơn như sau :
Giai đoạn mở đầu : Nếu c và d = 1 (thì động tác) A+ (được thực thi và chuyển sang). Giai đoạn 1 : Khi a1 = 1 (thì động tác) B+ và R (được thực thi và chuyển sang). Giai đoạn 2 : Khi b1 = 1 (thì động tác) B- và R0 (được thực thi và chuyển sang). Giai đoạn 3 : Khi b0 = 1 (thì động tác) A- (được thực thi và chuyển sang).
Giai đoạn 4 : Khi a0 = 1 (thì động tác) A0 (được thực thi và kết thúc chu kỳ gia công).
Các chữ ghi trong ngoặc đơn độc giả phải hiều ngầm, thường không được ghi trong bảng ký hiệu.
2- Dùng các hàm logic :
Đại số boole cho phép dịch chuyển và thao tác các tổ hợp các biến số “ CÓ hoặc KHÔNG”. Các hàm cơ bản là hàm VÀ, hàm HOẶC và hàm “ĐẢO”(phủ định)…
Ban quy en © Tr u ong DH Su pham K y t huat TP. HCM
Hình 2-64 Là các hàm logic cơ bản.
Dùng biểu thức đại số boole diễn tả chính xác và gọn hành vi của phần tử tự động. Trong ví dụ hình 2-63, điều khiển khởi động được mô tả bằng phương trình s = cd, nghĩa là s = 1 nếu c và d = 1. Mạch điều khiển (hình 2-65) được mô tả bằng phương trình lôgic như sau :
) .( . .be c d a s
2.4.3 Mô tả bằng ngôn ngữ GRAFCET
1- Giới thiệu : Có nhiều ngôn ngữ, biểu đồ sử dụng trong tự động hoá như: Biểu đồ thời gian, biểu đồ pha, mạng lưới PETRI, pha kết cấu v.v …các ngôn ngữ đó đã đóng góp kinh nghiệm để tổng kết thành GRAFCET.
GRAFCET là từ viết tắt của dòng chữ tiếng Pháp : Graphe Fonctionel de Commande Etapes – Transition (chuỗi chức năng điều khiển giai đoạn – chuyển tiếp) do hai cơ quan AFCET (liên hiệp Pháp về tin học kinh tế và kỹ thuật) và ADEPA(tổ chức nhà nước về phát triển nền sản xuất tự động hóa) hợp tác soạn thảo ra và tháng 11/1982 được đăng ký tổ chức tiêu chuẩn hóa Pháp dưới mã hiệu NFCO3190.
Dựa trên tiêu chuẩn của Pháp, một tiêu chuẩn quốc tế CEI cũng đã được soạn thảo. Cấu trúc của GRAFCET đã được tiêu chuẩn hóa và được công nhận là một ngôn ngữ thích hợp cho việc mô tả hoạt động dãy của tự động hóa trong sản xuất.
2- Cấu trúc GRAFCET : Các sơ đồ GRAFCET được chia ra dãy đơn và dãy kép. Sau đây trình bày loại dãy đơn : GRAFCET
trình bày sự nối tiếp thành chuỗi của các giai đoạn trong chu trình. Sự chuyển hóa của chu trình từ giai đoạn này sang giai đoạn khác được khống chế bằng một “chuyển tiếp” bố trí giữa hai giai đoạn.
- Mỗi giai đoạn tương ứng với một hoặc nhiều hành động của quy trình gia công.
a b c e
d
Hình 2.65 Mạch logic
Hình 2.64 Các hàm logic cơ bản
2 Ban quy en © Tr u ong DH Su pham K y t huat TP. HCM
- Mỗi chuyển tiếp tương ứng với một “khả tiếp” là điều kiện phải được thoả mãn để có thể vượt qua chuyển tiếp mà chuyển hoá sang giai đoạn sau ( hình 2-66).
Chu trình được triển khai từ giai đoạn này sang giai đoạn kia : từ giai đoạn bắt đầu (giai đoạn 0), chu trình được khởi động và sẽ vượt qua được chuyển tiếp 1 nếu khả tiếp x được thỏa mãn, qua đó giai đoạn 0 ngừng hoạt động và giai đoạn 1 khởi động cho đến khi khả tiếp y được thỏa mãn. Cứ thế tiếp tục cho đến khi hết chu trình.
3- Các bước xây dựng GRAFCET :
Lấy quá trình tự động kẹp chặt và khoan lỗ nói trên (hình 2-63) làm ví dụ để mô tả việc xây dựng GRAFCET qua 3 bước như sau:
Bước 1: Lập sổ tay nhiệm vụ, ở mức độ này GRAFCET chưa có sự lựa chọn khối chấp hành và khối điều khiển. Ta có GRAFCET sổ tay nhiệm vụ, trong đó mọi hành vi tự động, bao gồm các giai đoạn và các khả tiếp được mô tả bằng lời văn (hình 2-67a)
Hình 2.67 Các bước xây dựng GRAFCET
a) Bước 1 b) Bước 2 Ban quy en © Tr u ong DH Su pham K y t huat TP. HCM
Bước 2 : Chọn dẫn động và cảm biến, đến nay GRAFCET đã xác định các dẫn động và chuyển tiếp. Ta có GRAFCET các động tác, trong đó các lời văn mô tả các động tác được thay thế bằng các ký hiệu chữ hoa và các câu văn mô tả các khả tiếp được thay thế bằng các tín hiệu chữ thường (hình 2-67b).
Bước 3 : Chọn các tiền dẫn động, ta có GRAFCET điều khiển cơ quan phát các tín hiệu trao đổi giữa hai bộ phận chấp hành và điều khiển. Ta có GRAFCET điều khiển, trong đó các tín hiệu chữ hoa biểu thị động tác (trong GRAFCET các động tác) được thay thế bằng các tín hiệu chữ thường biểu thị các tiền dẫn động (hình 2-68).
Chú thích :
Quy ước thường dùng cho dẫn động thủy khí là :
- Chữ hoa biểu thị các chuyển động (A,B…) do dẫn động gây ra
- Chữ thường biểu thị các tín hiệu điều khiển tác động trên tiền dẫn động để tạo ra các chuyển động tương ứng ( a0, b1…).
Để mô tả chức năng của một hệ thống thiết bị, trước hết phải biểu thị GRAFCET qua những hành động gắn liền với các giai đoạn. Khi đã chọn được các
phương tiện công nghệ của bộ phận chấp hành, ta cóthể thay thế các hành động bằng các lệnh do bộ điều khiển phát ra ( hình 2-68 ).
BÀI TẬP CHƯƠNG 2
1-Lựa chọn các phương tiện điều khiển quá trình chạy dao của các máy công cụ. 2-Tìm hiểu hệ thống điều khiển mức.
3-Tìm hiểu hệ thống điều khiển đèn giao thông.
4-Thiết kế các mạch điều khiển đóng mở cửa, đèn chiếu sáng tự động. 5-Thiết kế các hệ thống đảo chiều dùng li hợp hoặc dùng động cơ. 6-Các hệ thống điều khiển vị trí.
a+
a-
Hình 2.68 GRAFCET điều khiển Bước 3 Ban quy en © Tr u ong DH Su pham K y t huat TP. HCM