thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan bằng phương pháp grafcet

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 : Trần Vơng
Lớp : Tự động hoá 2 - K44
1. Nhiệm vụ thiết kế
Thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan có sơ đồ nh hình vẽ bằng
phơng pháp Grafcet 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.
- 2 bản vẽ kỹ thuật khổ A
0
cho sơ đồ nguyên lý và lắp ráp.
cán bộ hớng dẫn
Phan Cung
Tài liệu tham khảo
1. PGS - TS Nguyễn Trọng Thuần - Điều khiển logic và ứng dụng
Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2000.
2. Trịnh Đình Đề, Võ Trí An - Điều khiển tự động truyền động điện
Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 1986.
3. Nguyễn Xuân Phú, Tô Đằng - Sử dụng và sửa chữa khí cụ điện hạ áp
4. Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1998.
5. Các CD-ROM catalogue tra cứu thiết bị khí nén và điện của các hãng

OMRON, FESTO, MITSUBISHI.
6. Bản dịch: Cẩm nang Kỹ thuật điện Tự động hoá và Tin học Công
nghiệp
Ngời dịch: PGS - TS Lê Văn Doanh
Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1999.
7. Lewin, D. - Logical design of switching circuits
Nhà xuất bản MacMillan, 1986.
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 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 đó để điều khiển đợc công nghệ ta phải tổng hợp đ-
ợc 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 Grafcet. So với các phơng pháp khác thì
phơng pháp Grafcet có u điểm đơn giản và đảm bảo sự chính xác về tuần tự thực
hiện quá trình.
Qua một thời gian thực hiện cùng với sự nỗ lực của bản thân cũng nh sự
chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Tuy
nhiên với một lĩnh vực tơng đối khó và đòi hỏi độ chính xác cao mà chỉ tiếp xúc
trong thời gian ngắn chắc chắn báo cáo này còn nhiều điều thiếu sót, em mong
rằng tiếp tục nhận đợc ý kiến đóng góp của thầy giáo để đồ án đợc hoàn thiện
hơn.
Hà Nội, ngày 17 tháng 06 năm 2003
Sinh viên thực hiện: Trần Vơng
Chơng 1: giới thiệu chung về công nghệ
I. Sơ đồ công nghệ:
Ta có sơ đồ công nghệ sau:
Trong đó:
+) Cơ cấu A là pitton thực hiện đa vật cần khoan vào vị trí .Bộ phận
để nhận biết tín hiệu khi cơ cấu A đi về hai đầu của hành trình là cảm biến áp
suất a
1
và công tắc a
0
.
+) Cảm biến áp suất là thiết bị nhận biết áp suất và cho ra tín hiệu
điều khiển khi áp suất trong nó đặt đến một giá trị đặt cho trớc.
+) Công tắc hành trình a
0
cho tín hiệu điều khiển khi pitton A chuyển

động và tác dụng lên vấu của nó.
+) Cơ cấu B bao gồm hệ thống chuyển động của mũi khoan thực hiện đa
mũi khoan đi lên, đi xuống để khoan vật C và đợc điều khiển bởi hai công tắc ở
hai đầu hành trình chuyển động của mũi khoan
II. Nguyên lý hoạt động cơ bản của sơ đồ công nghệ
Từ công nghệ đã cho, ta tổng hợp đợc sơ đồ điều khiển nh sau:
ở trạng thái ban đầu cơ cấu khoan B đang giữ chặt tiếp điểm b
0
, cơ cấu
dịch chuyển A (là một pitton) tiếp xúc với tiếp điểm a
0
làm cho pitton A chuyển
đông sang phải (nguyên công A
+
đợc thực hiện) đến kẹp chặt vật cần khoan C,
khi C đợc giữ ở vị trí cố định thì cũng đúng lúc đó bộ phận cảm biến áp suất a
1
cho tín hiệu. Tín hiệu náy có nhiệm vụ:
+) Tác động lên cơ cấu B làm cho mũi khoan thực hiện nguyên công đi
xuống (B
+

thực hiện) .
+) Tác động lên động cơ làm cho động cơ đợc mở máy theo chiều thuận
Vật C đợc khoan cho đến khi lỗ khoan đạt tiêu chuẩn thì cơ cấu B tác động
lên tiếp điểm b
1
.Tín hiệu từ b
1
có hai nhiệm vụ:

+) Thông báo quá trình đi xuống kết thúc và tiến hành đa cơ cấu đi
lên(thực hiện B
-
).
+) Khởi động đông cơ quay theo chiều ngợc lại để rút mũi khoan ra
khỏi vật C.
Khi cơ cấu B đi đến vị trí ban đầu, nó tác động lên tiếp điểm b
0
.Tín hiệu từ
b
0
kết hợp với tín hiệu đang có của a
1
làm cho pitton A thực hiệu nguyên công
sang trái(thực hiện A
-
) .Pitton A đến vị trí ban đầu thì tác động lên tiếp điểm a
0
thì kết thúc chu kỳ hoạt động thứ nhất và chu kỳ thứ hai của máy đợc bắt đầu
thực hiện.
Chơng II: Tổng hợp hàm điều khiển
1. Giới thiệu
Khi tiến hành tổng hợp một hệ điều khiển theo quy trình công nghệ đã
cho(có thể bằng lời nói, chử viết, đồ thị công nghệ ) ngời ta biểu diễn sự hoạt
động của công nghệ theo đúng tuần tự thời gian tác động của các biến vào và ảnh
hởng của nó tới các biến ra để từ đó đa ra một quy luật điều khiển cho hệ thống.
Để tổng hợp mạch điều khiển cho hệ thống ta có các phơng pháp sau:
+) Tổng hợp mạch điều khiển bằng phơng pháp ma trận trạng thái.
+) Tổng hợp mạch điều khiển bằng phơng pháp hàm tác động.
+) Tổng hợp mạch điều khiển bằng phơng pháp phân tầng.

+) Tổng hợp mạch điều khiển bằng phơng pháp Grafcet.
Một mạch điều khiển đợc tổng hợp phải đáp ứng các chỉ tiêu sau:
+) Thực hiện đúng quy trình và tiến trình công nghệ đã đợc đặt ra.
+) Có độ tin cậy điều khiển cao.
+) Đảm bảo gọn nhẹ, đơn giản và thuận tiện cho việc vận hành.
+) Có tính kinh tế và đáp ứng về mặt mỹ thuật.
Theo nhiệm vụ thiết kế, để tổng hợp mạch điều khiển ở đây ta sử dụng ph-
ơng pháp Grafcet
Grafcet là một công cụ mô tả bằng hình học cho phép biểu diễn hoạt động
của một hệ thống tuần tự, là đồ hình chức năng cho phép mô tả các trạng thái làm
việc và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái chuyển biến từ trạng thái
này sang trạng thái khác. Grafcet cho một quá trình luôn là một đồ hình khép kín
từ trạng thái đầu tới trạng thái cuối
2. Thiết lập Grafcet hệ thống
a) 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 yều cầu
b) Grafcet II:
Trớc hết ta phải chọn thiết bi chấp hành, thiết bị điều khiển và dựa vào các
thiết bị đó ngời ta kí hiệu cho tên các thiết bị để phù hợp với công nghệ và thay
thế các chữ viết mô ta ở Grafcet I bằng các kí hiệu.
Dùng m làm nút ấn khởi động
A
+
là trạng thái sang phải
A

-
là trạng thái sang trái
B

+
là trạng thái đi xuống
B

-
là trạng thái đi lên
Trạng thái ban đầu là S
0
, g là tín hiệu xác lập S
0

c) Ph¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña hµm ®iÒu khiÓn.





=
+=
−
+
10
40
.
SS
aSgS
o







=
+=
−
+
21
0001
)(
SS
SbamS





=
=
−
+
32
112
SS
SaS






=
=
−
+
43
213
SS
SbS





=
=
−
+
04
304
SS
SbS

d) Thuyết minh sơ đồ diều khiển:
ấn nút ấn g thì trạng thái ban đầu So đợc xác lập (đầu ra O
1
có tín hiệu).
ấn nút ấn khởi động m (đầu ra O
2
có tín hiệu).
Vì So đã xác lập nên đầu ra A

3
có tín hiệu => xác lập trạng thái sang phải
đồng thời xoá So. Khi sang phải gặp vật khoan cảm biến áp suất a
1
có tín hiệu
cộng với S
1
đã có sẵn => đầu ra A
4
có tín hiệu => xác lập trạng thái đi xuống
đồng thời xoá trạng thái sang phải.
Đi xuống gặp b
1
đồng thời S
2
đang xác lập dẫn đến đầu ra của A
5
có tín
hiệu => xác lập trạng thái đi lên đồng thời xoá trạng thái đi xuống.
Đi lên gặo cảm biến b
0
đồng thời S
3
đang xác lập dẫn đến đầu ra của A
6
có
tín hiệu => xác lập trạng thái sang trái và xoá trạng thái đi lên.
Sang trái gặp cảm biến a
0
đồng thời S

4
đang xác lập dẫn đến đầu ra của A
1
có tín hiệu => và xoá trạng thái sang trái.
Quá trình tiếp tục lặp lại từ đầu
e) Nhận xét về mạch điều khiển.
+) Có thể dùng chính m làm tín hiệu xác lập S
0.

+) Sơ đồ còn thiếu điều khiển dừng:
Nguyên tắc dừng: Khi ta ấn dừng pittông B sẽ cho mũi khoan chạy ngợc
trở về. Pittông A cũng chạy ngợc trở về. Trạng thái ban đầu S
0
và chờ tín hiệu cho
phép hoạt động trở lại m
Nh vậy ở mạch điều khiển ta tổ chức thêm một Trigơ trạng thái M để thực
hịên công việc trên.
+) M
+
= m
+) M

-
= Dg
Dg là nút ấn dừng.
Vì khi ấn Dg thì hệ thống tự động trở về trạng thái ban đầu nên tín hiệu
Reset là không cần thiết
f) Sơ đồ mạch điều khiển hoàn chỉnh