Hệ thống điều khiển cho máy đóng hộp tự động

Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy đóng hộp tự động
mở đầu
Sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia phụ thuộc rất nhiều vào mức độ
cơ giới hoá và tự động hoá các quá trình sản xuất. Với vai trò là mũi nhọn của
kỹ thuật hiện đại, lĩnh vực tự động hoá đang phát triển với tốc độ ngày càng
cao. Những thành tựu của lý thuyết Điều khiển tự động, Tin học công nghiệp,
Điện tử công suất, Kỹ thuật đo lờng.... đã và đang đợc triển khai trên quy mô
rộng lớn, tạo nên những thiết bị và dây chuyền công nghiệp sản xuất tự động
với năng suất cao và chất lợng tốt. Trong quá trình sản xuất, việc tự động hoá
một dây chuyền sản xuất đóng vai trò rất quan trọng. Nó là cầu nối giữa các
hạng mục sản xuất, giữa các phân xởng trong nhà máy, giữa các máy công tác
trong một dây chuyền. Việc điều khiển hoạt động của các dây chuyền hiện đại,
tiên tiến cũng ngày càng đa dạng và phức tạp.
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nhiệp chế biến, các
dây chuyền sản xuất trong ngành này ngày càng hiện đại hoá và tự động hoá
cao. Các quá trình từ sản xuất chế biến đến đóng gói sản phẩm đợc tự động
hoá. Trong chơng trình học môn Điều khiển logic, với mục đích giúp cho mỗi
sinh viên chúng em làm quen với việc thực hiện xây dựng một hệ thống điều
khiển tự động cho một quá trình thiết bị trong thực tế,em đợc thầy giáo giao
cho thiết kế Hệ THốNG ĐIềU KHIểN CHO MáY đóng hộp tự
động theo phơng pháp
Hàm tác động
sử dụng các thiết bị điện khí nén.
Phơng pháp thiết kế hệ thống bằng
Hàm tác động
là công cụ rất hữu ích để
thiết kế và thực hiện đầy đủ các yêu cầu của hệ tự động hoá máy đóng hộp tự
động
Trong quá trình thiết kế, với sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong
Bộ môn và của các bạn, công với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành đ-
ợc bản đồ án này. tuy nhiên, do thời gian tơng đối ngắn và trình độ chuyên môn

còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Em mong nhận đợc sự
góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để bản đồ án này đợc hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo
Nguyễn Hồng Quang và các giáo viên trong bộ môn Tự Động Hoá đã giúp em
hoàn thành đồ án này
Mục lục
1
Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy đóng hộp tự động
Chơng I: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống
máy đóng hộp tự động

3
I, Quá trình công nghệ của máy đóng hộp tự động 3
II, Lựa chọn công nghệ: 3
III, Xây dựng hàm điều khiển cho các biến 4
Các phơng pháp tổng hợp mạch logic 4
Giới thiệu về phơng pháp hàm tác động 4
Hoạt động của hệ thống 6
IV, Khả năng sự cố và bảo vệ hệ thống 7
V, Sơ đồ nguyên lý 7
VI, Hoạt động của sơ đồ 10
ChơngII: Tính chọn các thiết bị của hệ thống 11
1, Chọn van phân phối
2, Chọn xilanh
3, Chọn Rơle
4, Chọn công tắc hành trình
5, Chọn cầu dao đóng cắt
6, Chọn cầu chì
7, Chọn nút ấn
Chơng 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
Ch ơng I:
2
Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy đóng hộp tự động
sơ đồ nguyên lí của hệ thống máy
đóng hộp tự động
I, Quá trình công nghệ của máy đóng hộp tự động :
Hoạt động của máy đóng hộp tự động
khởi đầu bằng chuyển động đi vào của
xilanh A đẩy hộp rỗng đi vào vị trí đế của
cân định lợng. Tại đây hệ thống van đợc
điều khiển mở van để sản phẩm theo đờng
ống lớn chảy vào trong hộp.Cùng lúc đó xi
lanh A chuyển động trở lại vị trí ban đầu.
Khi lợng sản phẩm trong hộp đạt đến
80-90% thì thực hiện đóng van trên và mở
một van khác để sản phẩm đi theo đờng ống
nhỏ chảy vào hộp với tốc độ chậm hơn. Khi
hộp đã đợc đổ đầy sản phẩm thì xi lanh B
chuyển động từ trong ra ngoài thực hiện đẩy
hộp ra băng chuyền đang quay. Sau đó xi lanh B trở về vị trí ban đầu và xi
lanh A chuyển động đi vào thực hiện chu trình tiếp theo.
II, Lựa chọn công nghệ:
* Chọn 2 xi lanh A và B là 2 xilanh điều khiển bằng van khí nén điều
khiển 2 chiều .
* Cân định lợng có các cảm biến có thể xác định sự có mặt của hộp d
1

,
xác định thời điểm để đóng đờng ống lớn mở đờng ống nhỏ d
2
và xác định
thời điểm đầy hộp d
3

* Tại đầu cuối pítông A đặt công tắc hành trình a
0
để xác định chuyển
động của A
* Để xác định hộp đa vào đã hết hay cha ta dùng công tắc hành trình f
đặt dới chồng hộp rỗng.
* Tại đầu cuối pítông B đặt công tắc hành trình b
0
, b
1
để xác định
chuyển động của B
* Các phần tử điều khiển là các phần tử điện khí nén .Ta sử dụng 2 van
phân phối không tự phục hồi điều khiển xi lanh A và B
Ta gọi:
- Khi pitông A chuyển động đẩy hộp rỗng vào là A
+
, chuyển động di ra
ngợc lại là A
-
.
- Khi pitông B chuyển động để đẩy hộp đầy ra băng tải là B
+

, chuyển
động ngợc lại là B
-
.
3
Hình 1:Sơ đồ máy đóng hộp tự
động
Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy đóng hộp tự động
- Các van mở đờng ống lớn và đờng ống nhỏ là C
+
và E
+
Nh vậy,hệ thống có các biến đầu vào là a
0
,b
0
,b
1
,f,d
1
,d
2
,d
3
nhằm điều
khiển các biến ra A
+
,A
-
,B

+
,B
-
,C
+
,E
+
III,Xây dựng hàm điều khiển cho các biến:
Các phơng pháp tổng hợp mạch logíc tuần tự:
Phơng pháp ma trận trạng thái
Phơng pháp hàm tác động
Phơngpháp phân tầng
Phơng pháp GRAFCET
Giới thiệu về phơng pháp hàm tác động :
Thông thờng các sự kiện xảy ra trong thời gian nối tiếp nhau do đó các sự
kiện có thể mô tả dới dạng hàm tác động dạng dới đây:
F = A+X-Y+B-X+Z-B+Y+C-Z+A+...
Và chúng ta có thể mô tả hoạt động này nh sau:
Sự xuất hiện của tín hiệu A làm cho X hoạt động ,X hoạt động sẽ làm
mất tín hiệu Y. B xuất hiện sẽ làm ngừng hoạt động tín hiệu X ...
Trong hàm tác động ta thờng kí hiệu các tín hiệu vào là A,B,C...và các
biến điều khiển ta thờng kí hiệu là X,Y,Z...
Đối với các biến vào các dấu cộng (+) hoặc trừ (-) đứng trớc các kí hiệu
của A,B,C là chỉ rõ các tín hiệu đó đợc xuất hiện hay mất đi do các yếu tố bên
ngoài (có thể do công nghệ ).Những tín hiệu nào chỉ xuất hiện một dấu (+) nh
biến A trong ví dụ trên thì dợc hiểu rằng tín hiệu đó là tín hiệu xung chỉ xuất
hiện trong quá trình làm việc rất ngắn ví nh khi ta ấn vào nút ấn rồi thả ra .Còn
những tín hiệu có cả dấu cộng (+) và dấu trừ (-) đứng trớc thì tín hiệu đó là tín
hiệu thế .
Tơng tự vậy với các dối tợng điều khiển (X,Y,Z,...) nếu có dấu cộng

đứng trớc thí chỉ rõ phần tử đó đợc đa và hoạt động nhờ sự hoạt động hay sự
mất đi của các biến trớc nó .Ví dụ +X có nghĩa là phần tử X đợc đa vào hoạt
động nhờ có sự hoạt động của phần tử trớc đó là biến A. Ký hiệu -Y chỉ rõ Y
ngừng hoạt động là do X hoạt động ...
Có trờng hợp một biến có thể gây nên việc chuyển động đồng thời của
các trạng thái của hai phần tử hoặc phần tử .Ví dụ : A(+X,-Y)-Z...
Chúng ta hiểu nh sau : Biến và A xuất hiện cho X và Y cùng chuyển
trạng thái và sự chuyển trạng thái này làm cho biến trạng thái Z này ngừng
hoạt động.
Dới đây ta nêu một số bớc tiến hành tổng hợp sơ đồ kép loại này
a) Tìm chu kỳ hoạt động của các phần tử của đối tợng điều khiển. Mỗi
chu kì hoạt động gồm một giai đoạn đóng và một giai đoạn cắt .
b) Xác định tín hiệu vào là tín hiệu xung hay tín hiệu thế
4
Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy đóng hộp tự động
c) Xác định hàm lôgíc điều khiển biến đầu ra
d) Kiểm tra biểu thức thu đợc để khi cần phải bổ sung theo biến trung
gian
e) Xác định hàm điều khiển biến phụ
Vì phơng pháp mô tả công nghệ thiết kế dới dạng hàm tác động thuận
tiện cho ngời thiết kế nên cần nhấn mạnh một điểm về công tác kiểm tra
Kiểm tra hàm đóng f
đ
của phần tử thờng xảy ra các trờng hợp:
Nếu f
đ
không thay đổi giá trị trong quá trình đóng của phần tử thì
biểu thức f
đ
lập đợc đã thỏa mãn yêu cầu của hàm .

Nếu f
đ
thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của phàn tử thì cần
phải thì cần phải thêm một biến phụ p1 Khi đó hàm đóng mới có tác dụng f
đ

= f
đ
+p1
Trong trờng hợp xét thấy hành vi điều khiển và trạng thái điều khiển
của hệ giống nh hành vi của toán tử xảy ra thì có thể dùng biến ra làm biến
phụ. Đối với hàm cắt ,khi kiểm tra cũng xảy ra hai trờng hợp
Nếu f
c
không thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của phần tử thì
f
c
thu đợc đã thỏa mãn.
Nếu f
c
thu đợc thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của phần tử
thì hàm f
c
phải cần thêm một biến phụ p2 .Khi đó
f
c
= f
c
.p2
Kiểm tra tính đúng đắn của hàm thu đợc trong mỗi chu kỳ hoạt động

của phần tử thu đợc bằng cách triển khai các biểu thức lôgic thành các dạng
biểu diễn tuyển chuẩn . Nếu trong trờng hợp thấy số hạng nào (hội cơ bản )có
giá trị một khi cha đa tín hiệu vào và trái với công nghệ thì khi đó phải đa
thêm biến phụ p3 vào số hạng đó. Tính đúng đắn của hàm phải thỏa mãn mọi
chu khì phần tử
Việc kiểm tra cần phải đợc tiến hành cho mọi hàm lôgic của mọi phần
tử đầu ra cũng nh của biến trung gian.
Hàm tác động của hệ thống:
F=(+a
0
+b
0
+f-B
-
)+A
+
(+d
1
-A
+
)(+A
-
+C
+
)+a
0
-A
-
(+d
2

-C
+
)+E
+
(+d
3
- E
+
)
+B
+
(+b
1
-B
+
)+B
-
+b
0
- B
-
(+a
0
+b
0
+f-B
-
)+A
+

Xác định hàm điều khiển cho các biến ra:


Hàm điều khiển của A
+
:

1
00
)(
..)(
dAf
BbafAf
c
d
=
=
+
+
Do tín hiệu a
0
,b
0
là tín hiệu dạng xung chỉ tồn tại trong thời gian ngắn
nên cần hiệu chỉnh hàm đóng
++
+= BAbafAf
d
)..()(
00

5
Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy đóng hộp tự động
Vậy hàm điều khiển của A
+
là
100
)..()( dBAbafAf
++
+=

Hàm điều khiển của A-:
0
1
)(
.)(
aAf
AdAf
c
d
=
=

+

Do có thể d
1
bị mất trớc khi chuyển động A
-
đợc hoàn thành nên cần
hiệu chỉnh hàm đóng:

+

+= AAdAf
d
).()(
1
Vậy hàm điều khiển của A
-
là:
0
1
.)()( aAAdAf
+

+=


Hàm điều khiển của C+:

2
1
)(
.)(
dCf
AdCf
c
d
=
=
+

+
+
Trong giai đoạn thực hiện chuyển động C
+
thì hàm đóng và cắt luôn
thoã mãn. Vậy hàm điều khiển của C
+
là:
2
1
)( dAdCf
+
+
=

Hàm điều khiển của E+:
3
2
)(
.)(
dEf
CdEf
c
d
=
=
+
+
+
Hàm cắt và đóng đều thoả mãn nên

32
.)( dCdEf
+
+
=


Hàm điều khiển của B+:
1
3
)(
.)(
bBf
EdBf
c
d
=
=
+
+
+
Ta thấy tín hiệu d
3
không tồn tại suốt quá trình chuyển động B
+
nên cần
hiệu chỉnh hàm đóng :
+
++
+= EBdBf

d
).()(
3
Vậy hàm điều khiển của B
+
là:
13
.).()( bEBdBf
+
++
+=


Hàm điều khiển của B-:

0
1
)(
.)(
bBf
BbBf
c
d
=
=

+

Ta thấy tín hiệu b
1

là tín hiệu xung nên cần hiệu chỉnh hàm đóng :
+

+= BBbBf
d
).()(
1
Vậy hàm điều khiển của B
-
là:
01
).()( bBBbBf
+

+=
IV, Các khả năng sự cố và việc bảo vệ hệ thống
Trong bài toán này sẽ có khả năng sự cố là khi hệ thống đang hoạt động
thì xảy ra trờng hợp mất điện . Khi đó để bảo đảm chất luợng sản phẩm ta phải
6
Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy đóng hộp tự động
ngắt nguồn khí và đến khi có điện ta phải RESET lại toàn hệ thống để hệ
thống bắt đầu hoạt động lại từ đầu .Để làm đợc điều đó ta phải có thêm một
nút ấn RS để thực hiện RESET
Khi bấm nút RS thì toàn bộ các Rơle A
-
B
-
hoạt động đồng thời các
Rơle A
+

, B
+
, C
+
,E
+
sẽ ngừng hoạt động .Và hệ thực hiện chuyển động A
-
,
B
-
hệ sẽ trở về trạng thái ban đầu.
V, Sơ đồ nguyên lý:
Mạch điều khiển và mạch nối các van đợc cấp bởi nguồn điện xoay chiều 1
pha 220V. Để mạch hoạt động đợc tốt hơn ta bố trí thêm 2 nút ấn M và D để
điều khiển việc bắt đầu hoạt động hay kết thúc hoạt động của hệ thống. Khi ấn
nút M thì hệ thống bắt đầu hoạt động và muốn dừng hệ thống ta ấn nút D. Sau
khi dừng thì muốn tiếp tục cho hệ thống hoạt động thì lại ấn nút M và ấn nút
RS để reset lại hệ thống để thiết lập lại trạng thái ban dầu
7