đồ án điều khiển logic thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan

Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

trờng đại học bách
khoa hà nội
khoa năng lợng
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 nh
hình vẽ bằng phơng 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.
1
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

- 2 bản vẽ kỹ thuật khổ A
0
cho sơ đồ nguyên lý và lắp
ráp.
cán bộ hớng
dẫn
mục lục
nhiệm vụ thiết kế 02
mục lục 03
Tài liệu tham khảo 04
Lời nói đầu 05
Chơng I: giới thiệu chung về công nghệ
1. sơ đồ công nghệ 06
2. nguyên lý hoạt động của sơ đồ công nghệ 06
Chơng II: tổng hợp hàm điều khiển
1. tổng hợp hàm điều khiển bằng phơng pháp hàm tác
động
08
1.1 xác định các biến điều khiển 08
1.2 tổng hợp hàm điều khiển 09
2
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

2. sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống 11
2.1 các phần tử 11
2.2 sơ đồ nguyên lý 12
2.3 thuyết minh nguyên lý hoạt động của sơ đồ 13

Chơng III: Tính chọn và thiết kế mạch lắp ráp
1. Chọn các thiết bị 14
1. chọn các phần tử logic 14
2. chọn công tắc 15
3. Chọn Van phân phối 16
4. Chọn thiết bị chấp hành 17
5. chọn nút ấn 17
2. SƠ Đồ LắP RáP
1. Lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị 17
2. Sơ đồ lắp ráp của mạch điều khiển hệ thống 18
Mở đầu
Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc,
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 trớc hết đó là năng suất sản xuất và chất
lợng 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
3
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

thuyết Điều khiển tự động đã làm cở sở và hỗ trợ cho sự phát
triển tơng xứng của lĩnh vực tự động hoá.
ở nớc ta mặc dầu là một nớc chậm phát triển, nhng
những năm gần đây cùng với những 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 bớc phát triển mới tạo ra sản phẩm

có hàm lợng 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 thớc chiều sâu định trớc.
Trong công việc thiết kế, tự động hoá điều khiển đợc thể hiện
qua hai quá trình sau:
- Tự động hoá điều khiển công việc đa vật thể vào vị trí
định trớc (xác định vị trí lỗ khoan).
- Tự động hoá đa mũi khoan vào khoan vật thể sau đó
quay về vị trí cũ đễ đảm bảo cho quy trình tiếp theo.
Chất lợng mũi khoan và năng suất làm việc phụ thuộc rất
nhiều vào công nghệ điều khiển. Quá trình làm việc đợc thực
hiện theo một trật tự logic, theo trình tự thời gian xác định do
4
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

đó để điều khiển đợc công nghệ ta phải tổng hợp đợc hàm điều
khiển cho hệ thống. Có rất nhiều phơng pháp để tổng hợp hàm
điều khiển nhng ở đây ta sử dụng phơng pháp
GRAPCET
. So

với các phơng pháp khác thì phơng pháp hàm tác động có u
điểm đơn giản và đảm bảo sự chính xác về tuần tự thực hiện
quá trình.
Sinh viên .
Ch ơng I : Giới thiệu công nghệ
Công nghệ : Khoan một lỗ hai giai đoạn
Máy khoan đợc sử dụng rộng rãi trong các nhà máy cơ khí.
Bên cạnh các máy móc cơ khí khác nh các máy tiện, máy doa,
máy bào giờng, bào xọc dần dần đợc tự động hóa theo một
dây chuyền ngày càng hiện đại. Các máy khoan cũng đợc tự
động hoá theo dây chuyền nhằm nâng cao năng suất và giảm
sự nặng nhọc cho ngời công nhân.
5
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

Trong đó công nghệ khoan một lỗ hai giai đoạn cũng đợc sử
dụng trong các nhà máy cơ khí, nhà máy sửa chữa và chế tạo
máy.
Trong môi trờng làm việc nặng nhọc công nghệ yêu cầu :
- Khoan làm việc ổn định, chắc chắn.
- Tần số làm việc lớn.
Ch ơng II : Thiết kế
Theo phơng pHáp Grapcet
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 thờng hoạt động theo một trình tự lôgic chặt chẽ nhằm

6
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

đảm bảo chất lợng sản phẩm, an toàn cho ngời và thiết bị. Cấu
trúc làm việc trình tự của dây chuyền đã đa 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 :
Quá trình công nghệ có thể bao gồm :
- Hoàn toàn tự động
- Bán tự động
- Hoàn toàn bằng tay
7

Quá trình
Cấu trúc điều
khiển trình
tự
Tín hiệu vào
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

Khi thiết kế hệ thống phải tính toán đến các phơng thức
làm việc khác nhau để đảm bảo an toàn và xử lí kịp thời các h

hỏng trong hệ thống. Phải luôn có phơng án can thiệp trực tiếp
của ngời 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.Phơng pháp Grapcet
Yêu cầu công nghệ :
a, b, c, d là các công tắc hành trình cảm
nhận vị trí của lỡi khoan.
Hoạt động :
8
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

Khoan đi xuống với vận tốc v1 gặp b (gặp vật liệu)
giảm tốc độ khoan với vận tốc v2. Xuống gặp c lỡi
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 đợc nhấc lên với vận tốc V1 .
Đi lên gặp a thì dừng lại kết thúc quá trình khoan.

3.Tín hiệu vào, trạng thái ra
Tín hiệu vào :
Các cảm biến vị trí a, b, c, d
Tín hiệu ra :
9

Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

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
10
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

*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 nhng
gặp b lần thứ hai vẫn duy trì vận tốc cũ.
. đồng thời gặp c lần thứ nhất đi lên nhng 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 nh sau
5.Thành lập Grapcet 2
11
§å ¸n ®iÒu khiÓn logic TriÖu
Tuyªn Hoµng

T§H 3- K43


12
§å ¸n ®iÒu khiÓn logic TriÖu
Tuyªn Hoµng

T§H 3- K43

Ta rót ra ®îc hµm ®ãng c¾t nh sau :
So
+
= g + L.a
So
-
= X.v1
X
+

= m.a.So + a.L.P
X
-
= L.v1
V1
+
= m.a.So + (c+d).X.v2 + a.L.P
V1
-
= v2
V2
+
= c.v1 + b.v1.P
V2
-
= L.v1

L
+
= (c+d).X.v2
L
-
= So + X.v1
P
+
= c
P
-
= d
“ + “ : hµm ®ãng

13
§å ¸n ®iÒu khiÓn logic TriÖu
Tuyªn Hoµng

T§H 3- K43

“ – “ : hµm c¾t
Grapcet sö dông c¸c phÇn tö nhí thùc hiÖn c«ng nghÖ trªn.
Nhng yªu cÇu bµi to¸n sö dông phÇn tö tiÕp ®iÓm nªn :
- ViÕt hµm ®ãng cã tiÕp ®iÓm tù duy tr× ®Ó nhí
- ViÕt hµm c¾t
Ta cã s¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn trang sau
14
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

6.Nguyên lí hoạt động sơ đồ nh sau :
- Khi có tín hiệu sẵn sàng của So tự duy trì theo đờng 1-
So-5-4-2 Tiếp điểm So98, So12 15 đóng lại sẵn sàng
làm việc.
- 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
15
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

điểm V2 12-10 mở ra cắt điện V1. Các rơle khác
không bị ảnh hởng.
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 .
16
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

- 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.
17
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

- Tơng tự rơle V1 có điện.
- V1, L có điện các tiếp điểm thờng 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
18
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

Ch ơng III : Sơ dồ mạch lực Lựa
chọn thiết bị
1. Mạch lực
- Công suất động cơ 2KW
- Điện áp định mức 220V
- Động cơ một chiều kích từ độc lập.
Dòng điện định mức :
Iđm = Pđm/Uđm = 2.10
3
/220 =9,1 A
- Đối với động cơ công suất nhỏ thế này có thể sử dụng
phơng pháp mở máy trực tiếp không cần qua ddiện trở
hàn chế.
19
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

- Đối với mạch bảo vệ ta có thể chọn phơng án bảop vệ
cầu chì đơn giản và rẻ tiền.
- Khi đảo chiều thực hiện hãm ngợc bằng tất cả các
điện trở tham gia trong mạch phần ứng theo nguyên
tắc dòng điện bởi rơle dòng điện cực đại RH.
Sơ đồ nguyên lí mạch lực , mạch lực nh hình bên :
20
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

2. Lựa chọn thiết bị
a. Phần tử chấp hành
Dòng điện định mức Iđm = 9,1 A
Khi mở máy dòng điện Imm < 2,5. Iđm . Dòng cực đại khi
mở máy là :
Imm = 2,5.Iđm =2,5 . 9,1 =22,7 (A)
21
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

Ta có thể chọn công tắc tơ có các thông số thoả mãn
Loại Dòng điện Số lợng tiếp điểm
Uđ
m
CS
cuộn
Kích
thớc
Iđm Imax Thờng
mở
Thờng
đóng
K1-
0021
15 60 2 220 10 200x1
28

Chọn 4 công tắc tơ nh trên cho các công tắc tơ X, L, V1,
V2.
Từ công suất cuộn hút có thể tính đợc 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 đợc các rơle trung gian có
tiếp điểm thoả mãn.
Chọn rơle trung gian :
Loại Dòng
điện
Số lợng tiếp điểm Uđm CS
cuộn
Kích
thớc
Thờng
mở
Thờng
đóng
22
Đồ án điều khiển logic Triệu
Tuyên Hoàng

TĐH 3- K43

RH101 5 4 4 220 2 92x12
8
c. Các thiết bị bảo vệ
Bảo vệ bằng cầu chì ta chọn cầu chì :
- Động lực
- Điều khiển

Mạch động lực
Kiểu
cầu chì
Dòng
đm dây
Dòng
cắt giới
Điện
áp định
Kích thớc chung
A B C
H H
15 8000 220 91 16 25
Cầu chì kiểu ống nên khi đứt rất an toàn.
Mạch điều khiển
Kiểu
cầu chì
Dòng
đm dây
Dòng
cắt giới
Điện
áp định
Kích thớc chung
A B C
H H
6 1200 220 91 16 25
Chọn rơle dòng điện cực đại
Bảng đấu dây có thể lập nh sau :
STT Tên thiết bị Điểm nối

23
§å ¸n ®iÒu khiÓn logic TriÖu
Tuyªn Hoµng

T§H 3- K43

1 §Çu nèi ®éng lùc
§L
1 – 1RH
1 –
2 – X1
2 –
3 – X2
3 –
4 – L1
4 –
5 – L2
5 –
6 – V1
6 –
7 – V2
7 –
8 – N
+
8 –
9 – N
-
24
§å ¸n ®iÒu khiÓn logic TriÖu
Tuyªn Hoµng

T§H 3- K43

9 –
STT Tªn thiÕt bÞ §iÓm nèi
25