Tài liệu Luận văn: Điều khiển công nghệ khoan pptx

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG……………

Luận văn

Điều khiển công nghệ khoan

Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
1

Mục Lục
Trang
Lời nói đầu 4
Ch-ơng I. Giới thiệu công nghệ.
I. Giới thiệu về một số cảm biến vị trí và dich chuyển.
1. Cảm biến Hall.
1.1. Khái niệm 6
1.2. Nguyên lý hoạt động 6
1.3. Phạm vi sử dụng 7
1.4. ứng dụng 7
1.5. Đặc điểm riêng và hình rạng mới 7
2. Cảm biến siêu âm.
2.1. Khái niệm 11
2.2.Nguyên lý hoạt động 11
3. Cảm biến đo dịch chuyển bằng sóng đàn hồi.
3.1. Khái niệm 14
3.2. Phân loi 14
4. Cảm biến quang
4.1 Khái niệm 14

4.2. Phân loi 14
4.3. Phm vi ng dng 15
4.4. Hỡnh nh v thụng s k thut ca mt vi cm bin quang 15
5. Cảm biến điện dung.
5.1. Khái niệm 18
5.2. Phân loại 18
Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
2
5.3. Phm vi ng dng 18
5.4. Hình ảnh v thông s k thut cm bin in dung 18
6. Cảm biến điện cảm.
6.1. Khỏi nim 19
6.2. Phõn loi 20
6.3. Hỡnh nh v thụng s k thut mt vi cm bin in cm 20
7. Cảm biến hồng ngoại.
7.1. Nguyờn tc hot ng 22
7.2. Phm vi ng dng 22
II. giới thiệu về công nghệ khoan 1 lỗ hai giai đoạn.
1. Sơ đồ 24
2. Hoạt động 24

Ch-ơng II. Giới thiệu về Plc
2.1. TNG QUAN V PLC.
2.1.1. Gii thiu v PLC (Programmable Logic Control) (B iu khin
logic kh trỡnh) 26
2.1.2. Phõn loi 29
2.1.3. Cỏc b iu khin v phm vi ng dng 30
2.1.4. Cỏc lnh vc ng dng PLC 29
2.1.5. Cỏc u im khi s dng h thng iu khin vi PLC 29

2.1.6. Gii thiu cỏc ngụn ng lp trỡnh 30
2.2. CU TRC PHN CNG PLC H S7.
2.2.1. Cỏc tiờu chun v thụng s k thut h S7-200 32
2.2.2. Cỏc tớnh nng ca PLC S7-200 32
2.2.3. Cỏc module ca S7-200 33
2.2.4. Gii thiu cu to phn cng cỏc KIT thớ nghim S7-200 35
Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
3
2.2.5. Cu trỳc b nh ca CPU 37
2.3. TP LNH.
2.3.1. Cỏc lnh vo/ra 42
2.3.2. Cỏc lnh ghi / xoỏ giỏ tr cho tip im 42
2.3.3. Cỏc lnh logic i s boolena 43
2.3.4. Timer: TON, TOF, TONR 44
2.3.5. COUNTER 47
2.4. NGễN NG LP TRèNH STEP7.
2.4.1. Ci t STEP7 54
2.4.2. Trỡnh t cỏc bc thit k chng trỡnh iu khin 57
2.4.3. Khi ng chng trỡnh to project 58
2.4.4. Vit chng trỡnh iu khin 62

Ch-ơng III. thiết kế bộ điều khiển công nghệ khoan

I. sơ đồ mạch lực và lựa chọn thiết bị.
3.1. Mạch lực.66
3.2. lựa trọn thiết bị.67
3.2.1 Phần tử chấp hành .67
3.2.3. Các thiết bị bảo vệ 68
3.2.2. Phần tử điều khiển.68

II.Viết ch-ơng trình PLC cho công nghệ khoan
Kết Luận 74


Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
4

Lời Nói Đầu

Trong công nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất n-ớc, có thể nói
một trong những tiêu chí đánh giá sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia là
mức độ tự động hoá quá trình sản xuất tr-ớc hết đó là năng suất sản xuất và
chất l-ợng sản phẩm tạo ra. Sự phát triển nhanh chóng của khoa hoc kỹ thuật
nh- máy tính công nghệ thông tin và những thành tựu về lý thuyết Điều
khiển tự động đã làm cơ và hỗ chợ sự phát triển t-ơng xứng của lĩnh vực tự
động hoá.
ở n-ớc ta mặc dù là một n-ớc chậm phát triển, nh-ng những năm gần
đây cùng với sự đòi hỏi của sản xuất cũng nh- 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 b-ớc phát triển mới tạo ra sản phẩm có
hàm l-ợng chất xám cao tiến tới một nền kinh tế phát triển.
Ngày nay tự động hoá điều khiển các quá trình sản xuất đa đi sâu vào
từng ngõ ngách, trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản phẩm. Một
trong những ứng dụng 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 th-ớc và chiều sâu định tr-ớc.
Chất l-ợng mũi khoan và năng suất làm việc phụ thuộc rất nhiều vào
công nghệ điều khiển. Trong đó công nghệ điều khiển bằng PLC là khả năng
tối -u gọn nhẹ và tự động hoá cao. Về lập trình PLC thì có rất nhiều cách lập

trình nh-ng việc lập trình bằng ph-ơng pháp LADER là đơn giản dễ làm
đảm bảo đ-ợc sự chính xác về mặt trật tự khoan.
Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
5
Trong đồ án này em trình bày theo 3 ch-ơng sau:
Ch-ơng I: Giới thiệu công nghệ.
Ch-ơng II: Giới thiệu về PLC S7-200.
Ch-ơng III: Thiết kế bộ điều khiển công nghệ khoan.

Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
6
Ch-ơng I Giới thiệu công nghệ

I. Giới thiệu về một số cảm biến vị trí và dich chuyển.
1. Cảm biến Hall.
1.1 Khái niệm.
Cảm biến Hall hoạt động dựa trên cảm ứng Hall. Hiệu ứng Hall liên hệ
giữa điện thế giữa hai đầu dây dẫn với từ tr-ờng. Nếu sử dụng cảm biến Hall
với một nam châm vĩnh cửu ta có thể nhận biết đ-ợc các vật nhiễm từ.
1.2. Nguyên lý hoạt động.
1.2.1. Cấu tạo.
* Sơ đồ.

Chú thích: 1.Nam châm vĩnh cửu.
2.Đ-ờng lực từ.
3.Vật nhiễm từ.

1.2.2. Hoạt động.
Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
7
Trong điều kiện bình th-ờng khi vật thể nhiễm từ sát bên canh thì từ
lực chạy qua cảm biến Hall sẽ giảm di rõ rệt, khi đó cảm biến xác định đ-ợc
vị trí cảu vật nhiễm từ.
1.3. Phạm vi sử dụng.
* -u điểm.
- Giá thành rẻ

- Cấu tạo đơn giản, rễ chế tạo.
- Hoạt động ổn định.
* Nh-ợc điểm.
- Khích th-ớc lớn.
- Trong điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao thì độ ổn định làm
việc không cao.
Biện pháp khắc phục: Sử dụng các chất bán dẫn ( Silic ) thì có thể giảm
kích th-ớc, tăng độ chính xác, tăng độ ổn dịnh và có thể cấy trực tiếp trên
cảm biến một mạch khuyếch đại.
1. 4. ứng dụng.
* Trong thực tế.
- Dùng trong phân loại sản phẩm.
- Dùng để xác định vị trí di chuyển.
- Đ-ợc sử dụng nhiều trong rôbốt.
1. 5. Đặc điểm riêng và hình dạng mới.
Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
8


1.1:cm bin hall


1.2:cm bin Hall_and OEM_pot
Sử dụng Hall Effect sensor để đo vị trí.
To mụ hỡnh thc nghim nh hỡnh v di, gm cú 1 ng c
(loi no cng c), 1 nam chõm hỡnh a trũn (Ring Magnet) nh trong
Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
9

hỡnh v, 1 cm bin Hall Effect loi tớn hiu ra tng t (nu dựng Hall
Effect tớn hiu ra s thỡ phi lm mụ hỡnh dng khỏc)


hỡnh v. 1
Khi động cơ quay thì đĩa nam châm gắn cào trục động cơ cung quay theo, từ
tr-ờng cảm biến Hall Effect cảm nhận đ-ợc sự biến thiên này và tạo ra tín
hiệu điện áp đầu ra t-ơng ứng. Thực tế, quan hệ giữa từ tr-ờng (input) và
điện áp ra (output) có dạng nh- hình 2, đó là khâu khuyếch đại bão hoà. Vì
vậy đặc tính phi tuyến này cần tuyến tính hoá. Các nhà sản xuất Hall Effect
sẽ giúp ta việc này.

Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
10
Trên hình 3, có ba đ-ờng đặc tuyến sau khi đ-ợc tuyến tính hoá trong
cùng từ tr-ờng 640 < B (Gauss) <640.Hình dáng của đ-ờng tuyến tính hoá
phụ thuộc vào điển áp cấp (Vs) cho vảm biến.



Viết một ch-ơng trình thu nhập dữ liệu trên VDK Pic. Mạch phần
cứng có thể theo nguyên lý sau:

Nh- vậy với mỗi vị trí của động cơ, ta sẽ đo đ-ợc 1 điện áp xác định từ
cảm biến. Điện áp ra của cảm biến th-ờng là O 10VDC t-ơng ứng với góc
quay từ 0- 360
0
của trục động cơ. Do đó bài toán xác định vị trí đã đạt đ-ợc.
Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng

Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
11
2. Cm bin siêu âm
2.1. Khái niệm:
Cảm biến siêu âm là thiết bị dùng để xác định vị trí của các vật thông
qua sóng siêu âm.
2.2. Nguyên lý hoật động :
2.2.1. Sơ đồ.

1-B bin õm . 4-Cỏp in.
2- nha tng hp . 5-V kim loi.
3-Phn gim õm. 6-V bc.


t2
t1
?t



Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
12

2.4. Hình ảnh và thông số kỹ thuật của vài cảm biến siêu âm.


SRF02 cm bin o c li t xa bng súng siờu õm

SRF02

Chi tit
in ỏp
-
Ngun 5V
Dũng
-
I= 4mA
Tn s
-
40KHz
Phm vi hot
ng
-
15cm - 6m.
Kh nng hot
ng
-
iu khin liờn tc 64 bc
Kiu kt ni -
1
2

-
Tc truyn 12C.
ng truyn tng t - connects up to 16 devices to any
uP or UART serial port
iu khin t
ng
-

Khụng nh kớch c hot ng, t x lớ v hot ng
nhanh
Thi gian
hot ng
-
Thi gian hi ỏp,a tớn hiu iu khin
H n v
-
o trong h inch,mm,uS
Trng lng
-
4.6 m
Kớch thc
-
24mm x 20mm x 17mm chiu cao


CB siờu õm vi c 2 loi giao din I2C
v ni tip thut toỏn Autotune mi
thụng minh s dng trong phm vi nh,
khụng cn chu kỡ nh c thờm vo ú
nhng chc nng mi cho phộp qun lớ
phm vi v phõn chia. D dng kt ni
vi USB ch vi module USBI2C. T
hot ng nh cỏc bus USB
§å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng
Bïi Giang Nam : Líp §CL 201
13

Hình ảnh bên phải hiển thị SRF02 kết
nối tới 1 module USBI2C. Module
USBI2C có linh kiện rời.







SRF05 – Cảm biến siêu âm




Điện áp
-
5V
Dòng thấp
-
4mA
Tần số
-
40KHz
Phạm vi hoạt động
-
1 cm – 4m
Loại
-
1 chân cho trig/echo hoặc 2 chân tương thích

SRF04
Đầu vào kích khởi
-
10uS Min. Mức xung TTL
Xung va đập
-
Mức tín hiệu TTL dương, bề rộng đối xứng
Kích thước
-
43mm x 20mm x 17mm







Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
14


2.1 cm bin siờu õm
3. Cảm biến đo dịch chuyển bằng sóng đàn hồi.
3.1. Khái niệm.
Là loại cảm biến dựa trên nguyên tắc phát và thu sóng âm nhờ đó định
vị trí và dịch chuyển nhờ tính toán thời gian giữa phát và thu.
3.2. Phân loi.
* Cảm biến sử dụng phần tử áp điện.
* Cảm biến âm từ

4. Cm bin quang :
4.1 Khái niệm .
Cảm biến quang là loại cảm biến đo vị trí và dịch chuyển theo ph-ơng
pháp quang học gồm nguồn phát sáng ánh sáng kết hợp với một đầu thu
quang (th-ờng là tế bào quang điện).

4.2. Phõn loi .
Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
15
* Cm bin quang phỏt x.
* Cm bin quang soi thu.
4.3. Phm vi ng dng :
* Nhn bit v trớ ca chi tit trong mỏy CNC.
* Cm bin mu sn phm húa thc phm.
* Cm bin lựi nh v khong cỏch cỏc vt i vi ụ tụ, m bo an ton.
* Cm bin nh v trớ trc khuu, bm ga, chõn ga nõng cao hiu sut,
tớnh toỏn lng nhiờn liu c t trong ng c t trong.
* m sn phm trong dõy chuyn
4.4. Hỡnh nh v thụng s k thut ca mt vi cm bin quang :


4.1: cm bin quang phỏt x

4.2:cm bin quang in
Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
16
Hình dạng thực tế bộ cảm biến lùi trong ôtô, loại đơn giản nhất gồm 2
mắt đo khoảng cách và một thiết bị hiển thị nhỏ bằng 2 ngón tay đính trên

mặt táp lô, hơn nữa là loại dùng camẻa báo lùi bằng hình ảnh và thông số
khoảng cách hiển thị bằng g-ơng trong xe.









Hỡnh nh mt s loi cm bin lựi trờn xe hi Toyota - Nht

§å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng
Bïi Giang Nam : Líp §CL 201
17




Mô hình động cơ đốt trong – Có thể lắp đặt cảm biến đo góc quay của trục khuỷu



Sơ đồ cấu tạo hệ thống ETCS-i.

Cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến góc đạp chân
: điều khiển mức nhiên liệu được đốt trong động cơ
đốt trong của xe hơi

Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
18
5. Cảm biến điện dung.
5.1. Khái niệm.
Cảm biến điện dung là một tụ điện phẳng hoặc hình trụ có một bản
cực gắn cố định (bản cực tĩnh) và một bản cực di chuyển (bản cực động) liên
kết với vật cần đo khi vật thay đổi vị trí kéo theo bản cực động dịch chuyển
làm thay đổi điện dung của tụ điện.
5.2. Phân loại.
* Cảm biến tụ điện đơn.
* Cảm biến tụ kép vi sai.
5.3. Phm vi ng dng :
* Đo chờnh ỏp ca hai khi cht lng hay khớ.
* Đo dch chuyn ca chi tit mỏy.
* Đo ỏp sut trong nc
5.4. Hình ảnh v thông s k thut cm bin in dung .

5.1:cm bin t n




5.2 cm bin quay khụng tip xỳc
§å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng

Bïi Giang Nam : Líp §CL 201
19





5.3:cảm biến tụ đơn



5.4:cảm biến điều khiển bước động cơ

6. Cảm biến điện cảm.
6.1. Khái niệm.
Cảm biến điện cảm là nhóm các cảm biến làm việc dựa trên nguyên
lý cảm ứng điện từ.Vật cần đo vị trí hoặc dich chuyển được gắn vào một
§å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng
Bïi Giang Nam : Líp §CL 201
20
phần tử của mạch từ gây nên sự biến thiên từ thông qua cuộn dây.
6.2. Phân loại
6.2.1 Cảm biến tự cảm .
* Cảm biến tự cảm có khe từ biến thiên.
- Cảm biến tự cảm đơn.
- Cảm biến tự cảm kép lắp theo kiểu vi sai.
* Cảm biến tự cảm có lõi từ di động.
6.2.2 Cảm biến hỗ cảm.
- Cảm biến đơn có khe hở không khí.
- Cảm biến vi sai.

- Biến thế vi sai có lõi từ .
6.3. Hình ảnh và thông số kỹ thuật một vài cảm biến điện cảm.


6.1 :Cảm biến tự cảm


§å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng
Bïi Giang Nam : Líp §CL 201
21


6.2 :Cảm biến tự cảm




6.2:Xu hướng cảm biến,bằng công nghệ nano



§å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng
Bïi Giang Nam : Líp §CL 201
22
7. Cảm biến hồng ngoại :
7.1. Nguyên tắc hoạt động :
Cảm nhận sự biến đổi nhiệt độ của môi trường để tạo ra tín hiệu điện
tiếp tục xử lí.
7.2. Phạm vi ứng dụng :
Ứng dụng rộng rãi trong thực tế.

- Trong chế tạo robot
- Trong điều hòa nhiệt độ : ứng dụng Intelligen eye là một cảm biến hồng
ngoại có khả năng dò chuyển động của người trong phòng. Khi không có
chuyển động, cảm biến này sẽ tự động điều chỉnh nhiệt độ bằng cách tăng
hoặc giảm 2
o
C để tiết kiệm 20% năng lượng đối với chế độ làm lạnh và 30%
đối với chế độ sưởi ấm. Việc này cũng sẽ giúp làm giảm lãng phí năng
lượng nếu như bạn quên tắt điều hòa.










- Trong chế tạo các thiết bị cảm ứng hồng ngoại : cửa tự động, thang máy …

§å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng
Bïi Giang Nam : Líp §CL 201
23

Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201
24

II. giới thiệu về công nghệ khoan 1 lỗ hai giai đoạn.
Máy khoan đã đ-ợc sử dụng rộng rãi trong các nhà máy cơ khí. Bên
cạnh máy móc khác nh- máy doa, máy bào gi-ờng máy tiện, máy xọc
dần dần đ-ợc tự động hoá theo một dây truyền hiện đại. Các máy khoan
cung đ-ợc tự động hoá theo dây chuyền nhằm nâng cao năng suất và giảm sự
nhọc nhằn cho công nhân.
1. Sơ đồ





* A, B,C,D là các công tắc hành trình cảm nhận vị trí của l-ỡi khoan
2. Hoạt động
Khi khoan xuống với vận tốc V1 gặp B (gặp vật liệu) giảm tốc độ
khoan với vận tốc V2. Xuống gặp C mũi khoan nhấc lên tháo phôi
chuẩn bị cho giai đoạn khoan thứ hai.
A
B
C
D
V1
V1
V2
1
2

3
6
4
5
7
8
9
10