nghiên cứu khái quát về công nghệ cắt ống trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp. thiết kế chương trình điều khiển truyền động điện cho các động cơ thực hiện

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CẮT ỐNG
TRONG CÔNG NGHIỆP
1.1.Khái quát về hệ thống cắt ống tự động sử dụng cảm biến
1.1.1.Mô hình hệ thống
Hình 1.1:Mô hình hệ thống cắt tợ động
-Sử dụng cảm biến điện từ làm tín hiệu báo đú chiều dài
-Dùng hệ thống khí truyền động cho bàn xe cưa
Hình 1.1:Mô hình bàn xe cưa trong hệ thống cắt ống sử dụng cảm biến
1:Xi lanh kéo 4:xilanh truyền động cho lưỡi cưa lên/xuống
2:Xi lanh kẹp 5: Đĩa cưa
3A ,3B xilanh đẩy 6: Ống
PX1: Cảm biến phát tín hiệu cắt
PX4,PX5 :Cám biến phát hiện ống trên băng tải 1 ,2
LS1/LS2 : Công tác hành trình( có tín hiệu khi lưỡi cưa lên/ xuống
LS3/LS9:Công tác hành trình( có tín hiệu kẹp đóng/ mở )
LS4: Giới hạn lùi của xilanh đẩy
LS10:Vị trí ban đầu của bàn xe
LS5: Giới hạn xe lùi
LS6 :Giới hạn dừng xe
1M4: Động cơ truyền động quay lưỡi cưa
1M5,1M6: Động cơ truyền động cho các con roll ở băng tải 1 ,2
1.1.2.Hành trình cắt ống
1.2.Hệ thống cắt ống theo công nghệ mới DDS
1.2.1.Sơ đồ điều khiển bằng kĩ thuật số DDS
Hình 1.2:Sơ đồ điều khiển
Trong đó:
PG:Máy phát xung
1a ,2a: Bộ chứa hay còn gọi là bộ ghi nhận tín hiệu tổng hợp
2: Đặt giới hạn độ dài ống
2a: Bộ nhớ xung đặt

3a,3b: Thanh nghi điều khiển
4a,4b:Bộ mã hoá tín hiệu tương tự
4c: Bộ cộng
4d :Cảm biến dấu tín hiệu ra của bộ cộng
5: Bộ điều khiển tốc độ
5a: Bộ chỉnh lưu thyristor
6(M): Môtor động cơ điện 1 chiều
7(T):Máy phát tốc
8: Bộ cơ khí bánh răng và hộp số
9: Đĩa cắt hay bàn xe cưa
10: Vật liệu ống thép
11:Trục quay giúp cho việc đo tốc độ truyền động ống
12: Hiển thị
*DDS là gì ?
DDS viết tắt của Digial dc Servo : điều khiển động cơ servo DDS bao gồm 2
khối : DDSLPS và DDSCR
Khối DDSLPS là khối tiền sử lí (bao gồm bộ ghi tín hiệu 1a ,1b ,3a,3b bộ tín hiệu
chiều dài đặt 2,bộ so sánh ,bộ khuyếch đại ) với chức năng làm việc như sau
Tín hiệu do máy phát xung PG2 đo được (khi chạy ống )và tín hiệu do máy phát
xung PG1 đo được (khi động cơ truyền động cho bàn xe cưa hoạt động) , được đưa
tới thanh ghi nhận tín hiệu 1a,1b .Từ thanh ghi được đưa tới bộ so sánh để so sánh
với tín hiệu đặt
Biếu thức (L-A+B)tiến dần đến 0 .Khi(L-A+B)sẽ có tín hiệu từ DDSLPS gửi tới
khối vi xử lí DDSCR và có tín hiệu gửi tới bộ điều khiển PLC
Khối DDSCR :là khối vi xử lí (bao gồm cáccon chip với từng chức năng riêng biệt
,bộ mã hoá tín hiệu ,bộ cộng tín hiệu ).Khối này đảm bảo tín hiệu đồng tốc giữa tốc
độ bàn xe cưa và tốc độ của dây truyền .Thực chất đưa ra điều khiển góc mở
Thyristo của bộ chỉnh lưu sau
Hình1.3 :Sơ đồ khối điều khiển tương tự DDS
1.2.2.Thuật toán điều khiển

Chương 2
THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN VÀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHO
CÔNG ĐOẠN CẮT ỐNG
2.1.Sơ đồ nguyên lí và sơ đồ điều khiển
Hình 2.1:Sơ đồ nguyên lí cấp nguôn cho băng tải và cưa
Bảng 2.1:Phân công đầu vào ra
2.2.Nguyên lí hoạt động
- Hai động cơ M1,M2 truyền động cho 2 băng tải . Đặc điểm làm việc của 2 động
cơ này là có bộ điều chỉnh tốc độ bằng cuộng sinh từ VS .Nguồn qua Aptomat Q1
cấp nguồn cho động cơ M1 truyền động cho băng tải 1 .Nguồn qua Aptomat Q2
cấp nguồn cho động M2 truyền động cho băng tải 2
- Một động cơ cưa : Nguồn qua Aptomat Q3 cấp nguồn cho động cơ cưa hoạt
động
-C1,C2,C3 là các role nhiệt bảo vệ qua tải cho động cơ
2.3.Đặc tính làm việc của động cơ truyền động
Hình2.2:Đặc tính làm việc
Tại 0:Có tín hiệu cắt ống thứ n lúc đó bàn xe cưa đang ở vị trí home
0t
1
:là khoảng thời gian bàn xe cưa tăng tốc
T
1
t
2
: Là khoảng thời gian bàn xe cưa chạy đồng tốc với dây truyền
T
2
t
3
:Là khoảng thời gian bàn xe cưa giảm tốc

T
3
t
4
: Là khoảng thời gian bàn xe tăng tốc khi đảo chiều
T
4
t
5
: là khoàng thời gian bàn xe cưa chạy đồng tốc khi về home
T
5
t
6
: Là khoảng thời gian bàn xe cưa giảm tốc
T
6
t
7
:Là khoảng thời gian bàn xe cưa nghỉ tại vị trí home đợi có tín hiệu cắt lần thứ
n+1
Tại I:Có tín hiệu cắt thứ n+1
Gọi khoảng cách xe chạy từ vị trí home đến vị trí bắt đầu đảo chiều ngược lại là
S
oc
thì :S
oc
= S
oa
+S

ab
+S
bc
(khoảng OC bao gồm 3 đoạn : đoạn tăng tốc S
ab

đoạn giảm tốc S
bc
)
( )
∫∫∫
−++=
3
3
2
0
t
t
dc
t
n
n
OC
dtatvvdtatdtS
Thời gian giảm tốc bằng thời gian cưa xuống
Thời gian cưa xuống phụ thuộc vào 3 yếu tố ; độ dày ống , đường kính ống , độ
sắc của lưỡi cưa .Thông thường thời gian cưa xuống để cắt xong ống vào khoảng
0.6 đến 1 s giá trị đặt cao nhất là 1s
Nên quãng đường xe chạy đồng tốc với đây chuyền được tính như sau

=×=
cuadcAB
tvS
( )
∫∫∫
−++−
3
3
2
0
t
t
dc
t
n
n
OC
dtatvvdtatdtS
Với vận tốc lớn nhất của dây chuyền là 60 mét/phút và thời gian lớn nhất để cưa
xuống từ giới hạn trên xuống giới hạn giới, thì có thể tính được quãng đường lớn
nhất mà xe chạy đồng tốc là :
AB
max
=60m/p*1s=60m/p*1/60p= 1met
Để có đường đặc tính của đọng cơ tuyền động của bàn xe cưa ta xét ở qua trình mô
phỏng
Chương 3
CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
3.1.Chương trình điều khiển sử dụng PLC S7-300
3.1.1.PLC-Cắt ống tự động

a)Sơ đồ điều khiển
b)Thuyết minh sơ đồ
Hoạt động trong PLC như sau :
Sau khi mạch Ready đã hoan thiện, thợ vận hành chỉ cần ấn nút mill line run và
đồng thời ấn nút welding và tăng dấn tốc độ dây chuyền cho đến khi bằn tốc độ cho
phép
Khi ống bắt đầu đi qua cảm biến PX1 lúc đó I4.7=1 đồng thời công tắc chọn sang
chế độ tự động khi đó I4.3=1 có hành trình cắt ống như sau :
Tại laben26 :Khi I4.7=1 (PX1=1) M9.0,M12.0 =1 do vậy toàn bộ mạch cắt sau này
M0.0=1 và I4.3 luôn =1
Tại laben12: Khi đang ở trạng thái đã cắt xong thì toàn bộ I3.4=1giới hạn dưới
của lưỡi cưa, và I5.2=1 giới hạn mở kẹp ,I4.1 giới hạn xe ở vị trí đầu .Do đó khi
M12.0=1 thì M10.5=1 làm cho M20.4 vàQ20.3 ,Q20.4 =1
Tại laben15:Khi Q20.3 =1 (van kẹp làm việc)tương đương với LS kẹp sẽ tác động
I4.4=1thì M11.2=1 ở trạng thái này T9=0 do đó khi B11.2=1 thì B10.1=1.Khi
B10.1=1 thì Q20.2=1 lưỡi cưa bắt đầu xuống cho đến khi cắt xong ống ,cũng là lúc
đó tín hiệu tới I4.2( giới hạn cưa xuống )làm cho I2.4 mạch PLC mở ra nên
Q20.2=0 lưỡi cưa tở về vị trí up (lưỡi cưa lên)và cũng đồng thời I2.4 trong PLC lại
được kín mạch
Xét lại quá trình khi cưa xuống và lên , ta thấy rằng khi M11.2=1 thì T9=1 sau
500ms thì M10.1=0 ở mạch Saw down này vẫn duy trì cho M10.1 bởi Q20.2.Vậy
khi Q20.2=0 thì cắt toàn bộ mạch Saw down và để chờ cho hành trình cắt ống lần
sau
Tại laben14:Khi bắt đầu có tín hiệu cắt off saw down (Q20.2=1)và đã cắt xong
ống, khi có tín hiệu input I2.4, làm I2.4 tại laben này đóng lại ,cộng với việc Q20.4
(feeding for ward –SV 12) vẫn đang thoả mãn =1 .Do vậy M10.0 và gủi luôn tiếp
điểm duy trì cho Q20.2 và I2.4

Tóm lại :Q20.2 ,I2.4 có tín hiệu Q20.4 =1 vậy M10.0=1 chờ cho lưỡi cưa đã cưa
hết vị trí ban đầu ,khi đó I3.4 có tín hiệu lúc này feeding vẫn đang ở tráng thái for
ward nên Q20.4 =1
Vậy khi M10.0=1 ,I3.4 có tín hiệu Q20.4 =1 thì T1=1 .Sau 1 khoáng thời gian đã
đặt trước là 100ms thì Q20.3=1 .Khi đó Q20.3 ở trang thái Reset ( có tín hiệu mở
kẹp)
Tại laben 17 : Để chi xilanh kéo lùi Q20.4 =1 khi có tín hiệu I5.2 ;M10.0;I4.1
không có tín hiệu .Xét từng yếu tố nhơ sau:
I5.2 giới hạn kẹp mở : như trên kẹp đã mở Q20.3=1 tương đương với việc I5.2=1
I4.1=0 Giới hạn xe ở vị trí ban đầu :cũng luôn thoả mãn ở vị trí xe tiến Lên LS
không bị tác động
M10.0 =1 : Tại laben 16 khi M10.9 =1 ; I3.4 =1 ;I5.2 =1;Q20.3=0 mà I3.4 =1 gipí
hạn cưa lên là thoả mãn vì cưa lúc này đang ở vị trí đi lên :I5.2 =1 đồng nghĩa với
việc mở kẹp (Q20.3 =0 ) ; M10.9=1 vì ở đầu hành trình khi Q20.2=1 và Q20.4
=1 .Khi M10.9 =1 liền gửi tiếp điểm duy trì cho Q20.2 .Vậy M10.9 =0 khi Q20.4=0
mà lức này đang ở trang thái for ward nên Q20.4 =1 .Do vậy ta có thể nói rằng
M10.9 đã thoả mãn =1
Tại laben 13 : Để cho M20.4=1 Để xilanh đấy lùi cần có M10.4 =1 mà M10.4 =1
khi Q20.4=0xilanh kéo lùi ;I4.1=0 giới hạn vị trí đầu của xe ; I4.5=1 công tác hành
trình của xilanh đẩy ở trang thái này xe cưa đang ở vị trí lùi về nên Q20.4 =0 là
hiển nhiên ,theo đà quán tính của xilanh kéo lùi làm xe cưa lao thẳng về cần gối đỡ
xilanh đẩy ,vì xilanh đẩy vẫn chưa có tín hiệu lùi nên xilanh kéo bị một lục phẩn
hồi 1 quãng đường là 150 mm khi đó cần gạt trên bàn xe cưa tác động vào
LS4(I4.5) giới hạn cuối của xilanh đẩy công với M4.1 giới hạn vị trí đầu của xe
luôn thoả mãn vì xe cưa chưa đến vị trí đầu do vậy chỉ cần I4.5=1 và sau thời gian
100ms thì xilanh đẩy có tín hiệu lùi
3.1.2.PLC-Cắt ống bằng công nhệ mới-DDS
a)Sơ đồ điều khiển

b)Thuyết minh mạch hoạt động trong plc_công nghệ moi
Điều kiện hoạt đọng là day truyền đang ở chế độ sãn sàng hoạt động M0.0( I1.8
kín mạch tức là các nút dung khẩn cấp E-stop tại các bàn điều khiển không tác
động ,và công tác hành trình LS E-stop tại bàn xe cưa không tác động I4.8 hở
mạch),Q7.4=1;Q7.6=1 (xe ở vị trí đầu) và cắt ống ở chế độ tự động (công tác
Man \Auto:I4.3 có tín hiệu kín mạch )Bít trung gian M20.2 =1,khi nút ấn Auto start
I1.4 kín mạch ,làm cho bít B9=1.Giả sử như đã có tín hiệu cắt sau khi có đủ chiều
dài ống
*Xét Laben 2 :Có tín hiệu cắt
- Có tín hiệu cắt túc là I1.3=1 ,cộng với các điều kiện ban đầu đã thoả mãn
như:M0.0=1,M9.0=1,Q7.6=1,Q7.4=1nên bít trung gian M10.0=1
-Theo hành trình cắt khi có tín hiệu “cut off signal” thì bàn xe cưa phải tiến
*Xét lanben 3:Tín hiệu xe tiến \lùi
-Để bàn xe cưa tiến thì M20.1=1 ,Mà M20.1 =1 khi :
M0.0=1 ,Q7.4=1 ,M9.0=1 (đã thoả mãn theo điều kiện đầu )
M10.0=1 (Thoả mãn khi có tín hiệu cắt ở laben2)
M11.0=1(Hoàn toàn thoả mãn vì tịa laben 4 ban đàu trước khi có tín
hiệu cắt thì bàn xe cưa đang ở vị trí home ,và cảm biến phát hiện bàn xe cưa ở
home tác động I4.1=1)
Do vậy khi có tín hiệu cắt đàu ra M10.0=1 thì đòng thời đầu ra M20.1=1 ,bàn xe
cưa tiến ,cấp điện cho động cơ truyền đọng cho bàn xe cưa .Khi M20.2=1 thì đóng
tiếp điểm tự nuôi cho tín hiệu cảm biến bàn xe cưa ở vị trí home thay cho M11.0 vì
khi xe khới động và gia tốc thì tín hiệu cảm biến của bàn xe ở vị trí home bị mất tín
hiệu
- Theo hành trình cắt khi có tín hiệu xe tiến thì sau khoảng thời gian khởi đọng
và gia tốc đến tốc độ đồng bộ với tốc độ của dây truyền tạo ống thì bắt đầu
kẹp tác động
*Laben 6 :Tín hiệu kẹp /mở kẹp
-Để cho Q20.3=1 khi:
M0.0=1 ,M9.0=1 (Đã thoả mãn theo điều kiện đầu)

M10.0=1 (đã thoả mãn vì có tín hiệu cắt )
M 20.1=1 (Đã thoả mãn vì bàn xe cưa đã tiến )
Lúc này bộ thời gian T12 có điện ,sau thời gian 0.2 s thì đóng tiếp điểm T12
nên đầu ra Q20.3=1
Theo hành trình cắt khi bát đầu kẹp ống thì cũng là lúc đạt được tốc độ đồng
bộ và cưa phải cứt xuống
*Lanben 7 :Tín hiệu cưa xuống
- Đế cho Q20.2=1 khi :
M0.0=1,M9.0=1 (Đã thoả mãn điều kiện đầu )
M10.0=1(Đã thoả mãn vì đã có tín hiệu cắt và đang được duy trì)
Q20.3 =1(Đã thoả mãn vì kẹp đã sãn sàng )
I3.4=1(lúc kẹp sãn sàng thì vị trí ban đàu của lưỡi cưa được xác
định bằng cảm biến giới hạn , khi lưỡi chưa được đóng xuống nhờ cuộn van
SV 10 có điện (Q20.2=1) thì cảm biến không tác động tức là I3.4=1 đã thoả
mãn )
I2.4 là giới hạn dưới (cảm biến PX chưa xuống hết thì lưỡi cưa không tác
động )
- Do vậy khi kẹp đã sãn sàng (Q20.3=1)thì Q20.2=1 làm lưỡi cưa xuống
- Theo hành trình cắt khi lưỡi cưa cắt xuống từ giới hạn trên xuống đồng
thời cảm biến giới hạn giới tác động thì lập tức I2.4 tác động làm hở mạch
vao Q20.2 và Q20.3 cuộn van SV10 lập tức mất điện và lưỡi cưa lạpp tức đi
lên và tác động vao cảm biến tác động trên của lưỡi cưa để chuẩn bị cho hành
trình cát ống lần sau
-Khi ống đã đợưc cắt xong thì có tín hiệu cut off finish
*Xet laben 5 :Tín hiệu kết thúc một hành trình cắt
- Khi cưa đã đến xuống giới hạn giới I2.4=1 làm kín mạch cho bít trung gian
M12.0 (đèn báo tín hiệu cắt xong ). Đồng thời Q9.2 =1
- Theo hành trình cắt ,khi có tín hiệu cắt xong bàn xe cưa phải về vị trí ban
đầu
*Laben 3 : Tín hiệu xe lùi

- Khi có tín hiệu cắt xong, thì trước khi xe cưa về home phải có tiến hiệu
cắt tín hiệu xe tiến (vì xe đang làm ở trạng thái tiến ) và phải cắt mạch tín hiệu
cắt trước
- Khi Q9.2=1 thì M10.0 (theo laben 1 ) ngắt tín hiệu cắt trước
- Khi M10.0=0 thì M20.1=0 (theo laben 3 )ngắt tín hiệu xe tiến, đồng thời
đóng kín mạch cho M20.0=1 có tín hiệu xe lùi .Lúc đó ban đầu M20.0 đưa tín
hiệu đến đông cơ truyền đọng cho bàn xe cưa để đảo chiều quay động cơ
- Theo hành trình cắt thì xe lùi về đến vị trí ban đầu thì hết một hành trình
*Laben 4:Tín hiệu vị trí đầu
- Khi se đang ở trang thái trở về ,lùi về đến vị trí home thì cảm biến phát
hiện bàn xe cưa sẽ tác động tức la I4.1=1 làm cho bít trung gian M11.0=1 ,làm
mở tiếp điểm M11.0 (laben2 ) làm cho M20.0 =0 làm bàn se cưa giảm tốc và
về vị trí home
- Khi bàn se cưa về vị trí home là hết một hành trình cắt ống thứ n , sau một
khoáng thời gian đợi có tín hiệu cắt thì hành trình cắt ống thứ n+1 sẽ được lặp
lại như trên
- Khi chiếc ống thứ n được cắt xong và đưa vào băng tải , việc hất ống ra
ngoài băng tải hay chuyển tới băng tải 2 thì mới hất ống ra do yêu cầu và tình
hình thực tế cần thiết . Ta có thể lựa chon công tác lựa chon băng tải 1 hay 2
(nếu chon băng tải 1 thì I4.4=1 ,băng tải 2 thì I4.4=0 )
-Khi hất ống ở băng tải 1 ,xét laben 8 : Để Q20.5 =1(SV13làm việc ở chế độ
bằng tay : I4.3 đã kín mạch lên chỉ cần I3.2=1 ở chế độ tự động :khi ống chạy
trên bẳng tải bắt đầu qua cảm biến PX4 tức là I4.9=1 lúc này bộ thời gian
T3=0 nên T3 kín mạch ,do vậy Q20.5=1 cuộn van SV13 có điện . Đồng thời
bộ time T3=1 sau khoảng thời gian đặt là 1 s thì Q20.5=0 để chuẩn bị cho
hành trình hất ống sau
- Khi hất ống ở băng tải 2 xét laben9 : để Q20.6=1 ,I4.3 đã kín mạch nên chỉ
cần ấn nút kickẻ up(I3.2=1)chế độ auto:khi ổng chạy trên băng tải bắt đàu qua
cảm biến PX5 túc là I4.0=1 lúc này bộ thời gian T6 =0 do vậy Q20.6=1 ,
Đồng thời bộ time T6=1 sau khoảng thời gian đặt là 1s thì Q20.6=0 để chuẩn

bị cho hành trình cắt ống sau
3.2.Mô phỏng hệ thống
3.2.1. Đặt vấn đề
Khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện cần chú ý hệ thực hiện được
mọi yêu cầu đặt ra, đó là yêu cầu về công nghệ ,các chỉ iêu chất lượng và yêu cầu
về kinh tế
Chất lượng của hệ thống được thể hiện trong trang thái động và tĩnh ,trong trạng
thái tĩnh yêu cầu quan trọng nhất là độ chính xác điều chỉnh ,còn đối với trang thái
động có các yêu cầu về ổn định và các chỉ tiêu về chất lượng động của hệ thống
,tốc độ điều chỉnh ,thời gian điều chỉnh và số lần giao động
Ở các hệ truyền đọng điện cấu trúc mạch điều khiển ,luật điều khiển và tham số
của bộ điều khiển có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của hệ thống
Độ chính xác của hệ thống trong chế độ tực xá lập và xá lập : Đối với bất cứ hệ
thống điều chỉnh nào cũng đòi hỏi đại lượng điều chỉnh phải bám theo chính xác tín
hiệu đièu khiển trong chế độ xá lập và tựa xác lập
Độ ổn định và độ chính xá điều chỉnh là chỉ tiêu kĩ thuật quan trọng bậc nhất của
hệ thống tự động.Độ chính xá được đánh giá trên cơ sở phân tích các sai lệch điều
chỉnh ,các sai lệch này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố
Các khiếm khuyết của các phần tử trong hệ thống như ma sát tĩnh ,sự trôi dạt điẻm
0 ,cũng như sự già hóa cũng gây a các sai lệch cho hệ thống
Thông thường xét theo nhiệm vụ của hệ thống ta có thể phân ra làm 3 loại hệ
thống điều chỉnh tự đọng sau :
1. Hệ điều chỉnh tự đọng truyền động điện điều chỉnh duy trì theo lượng đặt
không đổi như duy trì mô men ,công suất ,tốc độ …
2. Hệ điều chỉnh tùy động (hệ bám )là hệ điều chỉnh vị trí trong đó cần điều
khiểm truyền động theo lượng đặt
3. Hệ điều khiển chương trình :thục chất là điều khiểm vị trí nhưng đại lượng
điều khiểm tuân theo chương trình đặt trước
3.2.2. Đi