thiết kế hệ thống điều khiển cho máy soi rãnh tự động bằng phương pháp GRAFCET

Đồ án Điện tử Logic Máy soi rãnh tự động
Mở đầu
Trong những năm gần đây, đất nớc ta đã có những bớc phát triển
nhanh chóng mọi mặt. Từ nghị quyết của đảng trong Đại hội Đảng toàn quốc
khoá VIII là công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nớc cùng với sự hội nhập
nền kinh tế quốc tế, trong mọi ngành sản xuất hiện nay các công nghệ mới
,các dây truyền sản xuất hiện đại đang từng ngày, từng giờ đợc ứng dụng vào
nớc ta với quy mô, số lợng, chất lợng ngày càng tăng. 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 thuyết Điều khiển tự động, Đo lờng đã
làm cở sở cho sự phát triển của lĩnh vực tự động hoá.
ở nớc ta mặc dầu là một nớc chậm phát triển, nhng 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 những ứng dụng đó mà đồ án này thiết kế là máy soi rãnh tự động.
Máy soi rãnh tự động là thiết bị tự động tạo ra trên các sản phẩm các rãnh có
độ rộng và độ sâu xác định trớc với sự chính xác cao.
Trang 1
Đồ án Điện tử Logic Máy soi rãnh tự động
Chơng i : thiết kế sơ đồ nguyên lý
I. Mô tả công nghệ :
Khi có phôi đợc đa vào, phôi sẽ tiếp xúc với nút P. Quá trình sẽ đợc bắt đầu:
Pittông A sẽ đi vào kẹp chặt lấy phôi. Pittông A đợc gắn liền với giá đỡ
trên .

Sau đó mũi khoan M sẽ thực hiện hành trình đi xuống (với công nghệ này
mũi khoan luôn luôn ở trạng thái quay). Khi M dừng lại pittông B sẽ chuyển
động sang đẩy cả giá trên đi. Kết thúc hành trình đi , nó lại kéo trở về vị trí
đầu. Pittông B đợc gắn liền với giá dới. Tiếp theo pittông C sẽ hoạt động đẩy
giá dới và toàn bộ hệ thống trên dó sang bên trái . Sau hành trình đi và về
nữa của pittông B, pittông C sẽ kéo giá trở về vị trí đầu . Sau đó mũi khoan M
đợc kéo lên, pittông A sẽ đợc kéo về nhả phôi ra và chờ một quá trình tiếp
theo.
II. Sơ đồ công nghệ :
Từ những mô tả trên ta rút ra đợc sơ đồ công nghệ:

Trang 2
A
-
C
+
C
-
A
+
B
+
B
+
B
-
B
-
c
0

a
1
c
1
a
0
b
0
b
1
m
p
Đồ án Điện tử Logic Máy soi rãnh tự động
Chơng II: thiết kế hệ thống điều khiển cho máy
soi r nh tự động bằng phã ơng pháp grafcet
Grafcet là một đồ hình chức năng cho phép mô tả các trạng thái làm việc của
hệ thống và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái chuyển biến từ
trạng thái này sang trạng thái khác, đó là một graphe định hớng, khép kín từ
trạng thái đầu đến trạng thái cuối và từ trạng thái cuối đến trạng thái đầu.
I. Thiết lập Grafcet hệ thống:
1. Grafcet I:
Grafcet I là một đồ hình trạng thái mà trên các trạng thái, ngời ta giải
thích chi tiết những hành vi xảy ra ở hệ thống theo công nghệ yêu cầu.
Ta có Grafcet 1 của hệ thống nh sau:
2. Chọn thiết bị sơ bộ và thiết bị:
Trang 3
g
Trạng thái ban đầu
Đã ở trạng thái ban đầu
Trạng thái A kẹp vào

Đã ở trạng thái A kẹp vào
Trạng thái B đẩy vào
Đã ở trạng thái B đẩy vào
Trạng thái B kéo về
tr
Đã ở Trạng thái B kéo về
đầu
trạng thái C đẩy sang
Đã ở trạng thái C đẩy sang
Đã ở trạng thái B về lần 2
Trạng thái C kéo về
Đã ở trạng thái C kéo về
Trạng thái A nhả ra
Đã ở trạng thái A nhả ra
Đồ án Điện tử Logic Máy soi rãnh tự động
Mạch lực ta dùng hệ thống khí nén gồm 3 hệ Pittông - Xi lanh. Hệ pittông
- Xi lanh 1 điều khiển quá trình ép vào nhả ra của A. Hệ Pittông -Xi lanh
2 điều khiển quá trình sang trái và sang phải của B. Hệ Pittông -Xi lanh 3
điều khiển quá trình đẩy vào kéo ra của C
- Các Pittông đợc điều khiển bằng hệ thống điện
- Bộ cảm biến vị trí: các công tắc hành trình tự phục hồi a
0
, a
1
, b
0
, b
1
, c
0

,
c
1
để điều khiển các xi lanh.
A
+
: quá trình kẹp vào của pittông A, a
0
điều khiển kẹp vào
A
-
: quá trình nhả ra của pittông A, a
1
điều khiển nhả
ra
B
+
: quá trình đi vào của pittông B, b
0
điều khiển đi
vào
B
-
: quá trình đi ra của pittông B, b
1
điều khiển đi ra
C
+
: quá trình đi vào của pittông C c
0

điều khiển đi vào
C
-
: quá trình đi ra của pittông C c
1
điều khiển đi ra
- Mạch điều khiển: các thiết bị đóng cắt có tiếp điểm để điều khiển
cung cấp điện cho các cuộn hút của van khí.
- Chọn nút ấn M để thực hiện lệnh khởi động
- Chọn nút ấn G để xác định trạng thái ban đầu của hệ .
- Chọn nút ấn X để dừng đột ngột quá trình.
3.Lập Grafcet 2:
Từ Grafcet 1 ta thay các ghi chú, chữ viết mô tả hành vi của hệ thống
bằng các ký hiệu của thiết bị mà ta vừa chọn.
Trang 4
Đồ án Điện tử Logic Máy soi rãnh tự động
4.Xác định hàm điều khiển và xây dựng sơ đồ:
1
S)(
0
S.
0
S)
0
(S
c
f).
0
(S
d

f)
0
f(S g a .S
S S
g a .S S0
06
10
06
+



=
+=
=
+
==
=
+

2
S)(
1
S.
1
S)
1
(S
c
f).

1
(S
d
f)
1
f(S
2
S
1
S
1
S
m p.S c.ba
m S .p c.ba
0000
0000
+





+
=
+
==
=

=
+

3
S(
2
S.
2
S)
2
(S
c
f).
2
(S
d
f)
2
f(S
3
S
2
S
2
S
).cS a .S
.cS a .S
1411
1411
+

+
=
+
==
=

=
+
5
S.
4
S)
2
S
1
b()
5
S
4
(S)
2
S
1
b(
3
S.
3
S)

3
(S
c
f).
3
(S
d
f)
3
f(S
S
4
S
3
S
2
S
1
b
3
S
5
=+=
+
==
+=

=
+

=
+
==
=

=
+
2
S)
3
S.
0
b.
0
c(
4
S.
4
S)
4
(S

c
f).
4
(S
d
f)
4
f(S
2
S
4
S
3
S.
0
b.
0
c
4
S
Trang 5
g
A
-
B
-
C
-
A
+

a
0
.b
0
.c
0
p, m
a
1
B
+
b
1
c
1
c
1
c
0
B
-
C
+
C
-
A
-
a
0
c

0
.b
0
c
1
.b
0
§å ¸n §iÖn tö Logic M¸y soi r·nh tù ®éng






=
−+
==⇒
=
−
=
+
6
S)
3
S.
0
b.
1
c(
4

S.
4
S)
4
(S
c
f).
4
(S
d
f)
4
f(S
6
S
5
S
3
S.
0
b.
1
c
5
S






=
−+
==⇒
=
−
=
+
0
S)
5
S.
0
c(
4
S.
4
S)
4
(S
c
f).
4
(S
d
f)
4
f(S
0
S
6

S
5
S.
0
c
6
S
Trang 6
§å ¸n §iÖn tö Logic M¸y soi r·nh tù ®éng
Tõ hµm ®iÒu khiÓn ta cã s¬ ®å sau:
Trang 7
Đồ án Điện tử Logic Máy soi rãnh tự động
Thuyết minh sự hoạt động:
Để điều khiển hoạt động của công nghệ ta dùng phơng pháp Điện Khí nén
. Phần tử khí nén là xilanh có tiếp điểm tự duy trì ( Khi mất tác động đầu vào
nó vẫn duy trì trạng thái đã có ) và van đảo chiều 5/2
Khi cha có điện tiếp của các xilanh đều ở vị trí lần lợt là : a
0
, b
0
, c
0
.
-Khi đóng M cấp điện cho hệ thống . Nếu điện áp nguồn lớn hơn điện áp hút
của cuộn R
a
thì tiếp điểm R
a
1-2 đóng cấp điện cho hệ thống.
Đồng thời khi M đóng thì S

0
đóng (lúc R
a
1-2 đã đóng) . tiếp điểm S
0
2-5
cung cấp điện cho cuộn S
0
để đảm bảo tiếp điểm S
0
10-11 sẽ đóng chắc cho
mạch hoạt động.
Khi đa phôi vào , chạm nút P làm cho P2-7 đóng, nếu các pittông đang ở vị
trí ban đầu thì các tiếp điểm a
0
,b
0
, c
0
đóng => cuộn S
1
hút. Khi đó S
1
6-3
mở cắt điện S
0
.
Để duy trì trạng thái đóng của S
1
16-14 chuẩn bị cho cuộn S

2
đóng thì ta phải
có thêm S
1
2-11 để duy trì cung cấp điện cho S
1
.Tiếp điểm S
1
trên mạch lực
đóng lại cấp điện cho cuộn hút của van khí A
+
.Pittông A thực hiện hành
trình A
+
, kết thúc hành trình mấu gạt chạm a
1
.
-Tiếp điểm a
1
2-16 đóng, S
1
14-16 đang đóng => S
2
có điện .
S
2
12-3 mở ra ngắt điện S
1
. Tiếp điểm S
2

trên mạch lực đóng lại cấp điện
cho cuộn hút của van khí B
+
Pittông B thực hiện hành trình B
+
kết thúc hành trình mấu gạt chạm b
1
.
Tơng tự chức năng của S
1
2-11 ta có thêm S
2
2-14 để chuẩn bị mở rơle S
3.
.
- Khi đó Tiếp điểm b
1
2-17 đóng, S
2
17-18 đang đóng => S
3
có điện .
S
3
15-3 mở ra ngắt điện S
2
. Tiếp điểm S
3
trên mạch lực đóng lại cấp điện
cho cuộn hút của van khí B

-
.Pittông B thực hiện hành trình B
-
quay ngợc
trở lại kết thúc hành trình mấu gạt chạm b
0
.
Trang 8
a
0
A
-
A
+
a
1
Đồ án Điện tử Logic Máy soi rãnh tự động
Tiếp điểm S
3
2-18 đảm bảo có điện cho S
3
để chuẩn bị mở S
4
thông qua S
3

22-23.
-Khi pittông B về tới b
0
=> b

0
21-22 và b
0
25-26 đóng nhng do c
0
đang đóng
(Pittông C ở c
0
) do vậy chỉ có S
4
đợc cấp điện.
S
4
19-20 mở ra ngắt điện S
3
. đồng thời Tiếp điểm S
4
trên mạch lực đóng lại
cấp điện cho cuộn hút của van khí C
+
, pittông C thực hiện hành trình C
+
,
kết thúc hành trình pittông chạm c
1
. S
4
2-23 duy trì trạng thái đóng của S
4

13-14.
-Khi mấu gạt C chạm c
1
thì c
1
2-13 đóng, S
4
13-14 đang đóng => S
2
có điện
Pittông B thực hiện lần thứ 2 hành trình B
+
và sau đó tơng tự lần 1 nó thực
hiện tiếp hành trình B
-
đi về. Lúc này pittông C đang ở c
1
=>c
1
2-25 đóng.
-Khi mấu gạt chạm b
0
thì b
0
25-26 đóng rơle S
5
. Tiếp điểm S
5
trên mạch lực
đóng lại cấp điện cho cuộn hút của van khí C

-
điều khiển pittông C thực
hiện hành trình C
-
quay trở về trạng thái đầu.
S
5
2-27

đảm bảo S
5
29-30 đóng để chuẩn bị cấp điện cho S
6
.
-Khi mấu gạt chạm c
0
thì c
0
2-29 đóng cấp điện cho S
6
. Pittông A thực hiện
hành trình A
-
đi về trạng thái ban đầu. S
6
2-30 duy trì điện cho S
6
để chuẩn
bị cấp điện cho S
0

. Về tới a
0
thì a
0
2-4 đóng S
0
lại có điện đòng thời S
0
31-3
mở cắt điện S
6
.
-Nếu trong quá trình hoạt động nếu xảy ra sự cố làm gián đoạn quy trình
công nghệ (ví dụ nh hệ thống bị mất điện ) khi đó các pittông cha về trạng
thái ban đầu (vị trí a
0
,

b
0
, c
0
). Khi đó khởi động lại hệ thống sẽ không hoạt
động đợc do S
0
không đợc cấp điện.
Để khắc phục hiện tợng trên ta hiệu chỉnh thêm các nhánh mạch để có thể
đa hệ thốn trở lại trạng thái ban đầu để tiếp tục làm việc. Đó là các nhánh :
+) S
0

2-32 và b
1
32-18 để đa pittông B về trạng thái ban đầu khi gặp sự
cố khi khởi động mà B cha ở vị trí ban đầu b
0
+) S
0
2-33 và b
1
33-27 để đa pittông C về trạng thái ban đầu khi gặp sự
cố khi khởi động mà C cha ở vị trí ban đầu c
0
+) S
1
2-34 và b
1
34-30 để đa pittông A về trạng thái ban đầu khi gặp sự
cố khi khởi động mà Acha ở vị trí ban đầu a
0
Sơ đồ mạch lực có dạng nh sau:
Trang 9
S
6
S
1
A
S
3
S
2

B
S
5
S
4
C
+
§å ¸n §iƯn tư Logic M¸y soi r·nh tù ®éng
Ch¬ng III
Giíi thiƯu c«ng nghƯ khÝ nÐn vµ ®iƯn khÝ nÐn
A Đặt vấn đề:
Không khí chung quanh ta nhiều vô kể và nó là một nguồn năng
lượng rất lớn mà con người đã biết sử dụng chúng từ trước Công nguyên.
Tuy nhiên sự phát triển và ứng dụng khí nén lúc đó còn rất hạn chế do sự
phối hợp giữa các ngành vật lý ,cơ học v.v
Vào khoảng thế kỷ 17 các nhà bác học Blaise Pascal, Denis Papin,
Otto von Guerike đã xây dựng nền tảng cho việc ứng dụng của khí nén.
Cùng với sự phát triển của khí nén, năng lượng điện đã phát triển
mạnh mẽ trong nhiều lónh vực làm cho ứng dụng của khí nén giảm.
Nhưng không vì điều đó mà sự phát triển và ứng dụng của khí nén mất đi.
B Tầm quan trọng và ứng dụng của khí nén:
Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp nổ ra, sự phát triển về điều
khiển bằng khí nén không ngừng diễn ra.
Các ứng dụng của khí nén để điều khiển như: phun sơn, gá kẹp chi
tiết v.v
Các ứng dụng của khí nén trong truyền động như máy vặn vít, các
moto khí nén, máy khoan, các máy va đập dùng trong đào đường, hệ
thống phanh ôtô v.v
Ưu nhược điểm của khí nén:
Ưu điểm:

+Không gây ô nhiễm môi trường.
Trang 10
§å ¸n §iƯn tư Logic M¸y soi r·nh tù ®éng
+Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động
học của khí nén nhỏ, tổn thất trên dọc đường thấp.
+Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo.
Nhược điểm:
+Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi.
+Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn
C . Giíi thiƯu vỊ khÝ nÐn
Máy nén khí – Thiết bò phân phối khí nén:
I. Máy nén khí:
1. Khái niệm:
Máy nén khí là thiết bò tạo ra áp suất khí, ở đó năng
lượng cơ học của động cơ điện hoặc động cơ đốt trong
được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng.
2. Phân loại:
a. Theo áp suất:
• Máy nén khí áp suất thấp: p ≤ 15 bar
• Máy nén khí áp suất cao: p ≥ 15 bar
• Máy nén khí áp suất rất cao: p ≥ 300bar
b. Theo nguyên lý hoạt động:
• Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén
khí kiểu pittông, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí
kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít.
• Máy nén khí tuabin: máy nén khí ly tâm và máy nén khí
theo chiều trục.
II. Bình trích chứa khí nén:
Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần
phải có một bộ phận lưu trữ để sử dụng. Bình trích chứa khí nén có

nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến
trích chứa, ngưng tụ và tách nước.
Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy
nén khí và công suất tiêu thụ của các thiết bò sử dụng, ngoài ra kích
thước này còn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng: ví dụ sử dụng
liên tục hay gián đoạn.
Ký hiệu :
Trang 11
§å ¸n §iƯn tư Logic M¸y soi r·nh tù ®éng
III. Mạng đường ống dẫn khí nén:
Mạng đường ống dẫn khí nén là thiết bò truyền dẫn khí nén
từ máy nén khí đến bình trích chứa rồi đến các phần tử trong hệ
thống cơ cấu chấp hành.
Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân thành 2 loại:
• Mạng đường ống được lắp ráp cố đònh (mạng đường
ống trong nhà máy)
• Mạng đường ống được lắp ráp di động (mạng đường
ống trong dây chuyền hoặc trong máy móc thiết bò)
Trong bộ thí nghiệm, đường ống dẫn khí nén được trang bò
cho phép tháo lắp dễ dàng và nhanh chóng. Nối hệ thống đến các
thiết bò bằng cách đơn giản là đẩy ống vào cổng vào (in-let) hay
cổng ra (out-let). Tháo ống ra bằng cách một tay đè vào vành tỳ,
tay kia kéo ống ra.
Trang 12
§å ¸n §iÖn tö Logic M¸y soi r·nh tù
®éng
Trang 13
-
D
M

Ra
Ra
1
2
5
So
S
1
S
2
S
3
S
4
S
5
S
6
S
1
S
2
S
3
S
4
S
5
S
2

S
6
S
0
3
a
1
S
6
S
0
S
0
S
0
S
0
p a
0
b
0
c
0
S
1
S
4
c
1
S

1
a
1
S
2
b
1
S
2
S
3
b
1
c
0
b
0
S
3
S
4
c
1
b
0
S
3
S
5
c

1
c
0
S
5
S
6
S
1
a
1
+
K
R
N1
R
N2
Ra
§å ¸n §iÖn tö Logic M¸y soi r·nh tù
®éng
Trang 14
M
KK
K
3C C
C D
R
N1
R
N2