Đồ án kỹ thuật hệ thống điều khiển máy khoan

Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


1

tr-ờng đại học bách khoa hà nội
khoa năng l-ợng
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 ph-ơng 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.
- 2 bản vẽ kỹ thuật khổ A
0
cho sơ đồ nguyên lý và lắp ráp.

cán bộ h-ớng dẫn

Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


2
mục lục
nhiệm vụ thiết kế
02
mục lục
03
Tài liệu tham khảo
04
Lời nói đầu
05

Ch-ơng I: giới thiệu chung về công nghệ


1. sơ đồ công nghệ
06
2. nguyên lý hoạt động của sơ đồ công nghệ
06

Ch-ơng II: tổng hợp hàm điều khiển

1. tổng hợp hàm điều khiển bằng ph-ơng pháp hàm tác động
08
1.1 xác định các biến điều khiển
08

1.2 tổng hợp hàm điều khiển
09
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

Ch-ơng 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
Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


3
Mở đầu
Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất n-ớc, 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 tr-ớc hết đó là năng suất sản xuất
và chất l-ợng 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 t-ơng xứng của lĩnh vực tự động hoá.
ở n-ớc ta mặc dầu là một n-ớc chậm phát triển, nh-ng 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 b-ớc phát triển mới tạo ra sản phẩm có hàm l-ợng 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 th-ớc chiều sâu định tr-ớc. Trong công việc thiết kế, tự động hoá điều
khiển đ-ợc thể hiện qua hai quá trình sau:
- Tự động hoá điều khiển công việc đ-a vật thể vào vị trí định tr-ớc (xác định
vị trí lỗ khoan).
- Tự động hoá đ-a mũi khoan vào khoan vật thể sau đó quay về vị trí cũ đễ
đảm bảo cho quy trình tiếp theo.

Chất l-ợng mũi khoan và năng suất làm việc phụ thuộc rất nhiều vào công
nghệ điều khiển. Quá trình làm việc đ-ợc thực hiện theo một trật tự logic, theo trình
tự thời gian xác định do đó để điều khiển đ-ợc công nghệ ta phải tổng hợp đ-ợc hàm
điều khiển cho hệ thống. Có rất nhiều ph-ơng pháp để tổng hợp hàm điều khiển
nh-ng ở đây ta sử dụng ph-ơng pháp
GRAPCET
. So với các ph-ơng pháp khác thì
ph-ơng pháp hàm tác động có -u điểm đơn giản và đảm bảo sự chính xác về tuần tự
thực hiện quá trình.
Sinh viên .
Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


4
Ch-ơng I : Giới thiệu công nghệ
Công nghệ : Khoan một lỗ hai giai đoạn
Máy khoan đ-ợc 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
gi-ờng, bào xọc dần dần đ-ợc tự động hóa theo một dây chuyền
ngày càng hiện đại. Các máy khoan cũng đ-ợc tự động hoá theo dây
chuyền nhằm nâng cao năng suất và giảm sự nặng nhọc cho ng-ời công
nhân.
Trong đó công nghệ khoan một lỗ hai giai đoạn cũng đ-ợc sử dụng
trong các nhà máy cơ khí, nhà máy sửa chữa và chế tạo máy.

Trong môi tr-ờng làm việc nặng nhọc công nghệ yêu cầu :
- Khoan làm việc ổn định, chắc chắn.
- Tần số làm việc lớn.

Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


5
Ch-ơng II : Thiết kế
Theo ph-ơng 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
th-ờng hoạt động theo một trình tự lôgic chặt chẽ nhằm đảm bảo chất
l-ợng sản phẩm, an toàn cho ng-ời và thiết bị. Cấu trúc làm việc trình
tự của dây chuyền đã đ-a 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
Cấu trúc
điều khiển
trình
tự
Tín hiệu
vào

Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


6
Quá trình công nghệ có thể bao gồm :
- Hoàn toàn tự động
- Bán tự động
- Hoàn toàn bằng tay

Khi thiết kế hệ thống phải tính toán đến các ph-ơng thức làm việc
khác nhau để đảm bảo an toàn và xử lí kịp thời các h- hỏng trong hệ
thống. Phải luôn có ph-ơng án can thiệp trực tiếp của ng-ời 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.





Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


7
2.Ph-ơng pháp Grapcet

Yêu cầu công nghệ :
a, b, c, d là các công tắc hành trình cảm nhận
vị trí của l-ỡi khoan.
Hoạt động :
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.

Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


8

3.Tín hiệu vào, trạng thái ra
Tín hiệu vào :
Các cảm biến vị trí a, b, c, d
Tín hiệu ra :
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
Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


9
-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
*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 nh-ng gặp b
lần thứ hai vẫn duy trì vận tốc cũ.
. đồng thời gặp c lần thứ nhất đi lên nh-ng 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

§å ¸n ®iÒu khiÓn logic TriÖu Tuyªn Hoµng
T§H 3- K43


10
5.Thµnh lËp Grapcet 2

§å ¸n ®iÒu khiÓn logic TriÖu Tuyªn Hoµng
T§H 3- K43


11



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
“ – “ : hµm c¾t
§å ¸n ®iÒu khiÓn logic TriÖu Tuyªn Hoµng
T§H 3- K43


12
Grapcet sö dông c¸c phÇn tö nhí thùc hiÖn c«ng nghÖ trªn. Nh-ng
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










Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


13
6.Nguyên lí hoạt động sơ đồ nh- sau :
- Khi có tín hiệu sẵn sàng của So tự duy trì theo đ-ờng 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 điểm V2 12-10
mở ra cắt điện V1. Các rơle khác không bị ảnh h-ởng.
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.
Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


14
- 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 .
- 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.
- T-ơng tự rơle V1 có điện.
Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


15
- V1, L có điện các tiếp điểm th-ờng 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








Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


16
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 ph-ơng
pháp mở máy trực tiếp không cần qua ddiện trở hàn chế.
- Đối với mạch bảo vệ ta có thể chọn ph-ơng án bảop vệ cầu
chì đơn giản và rẻ tiền.
- Khi đảo chiều thực hiện hãm ng-ợc bằng tất cả các điện trở
tham gia trong mạch phần ứng theo nguyên tắc dòng điện bởi
rơle dòng điện cực đại RH.

§å ¸n ®iÒu khiÓn logic TriÖu Tuyªn Hoµng
T§H 3- K43


17
S¬ ®å nguyªn lÝ m¹ch lùc , m¹ch lùc nh- h×nh bªn :

Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


18
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)
Ta có thể chọn công tắc tơ có các thông số thoả mãn
Loại
Dòng điện
Số l-ợng tiếp điểm
Uđm
CS
cuộn
dây
Kích
th-ớc
Iđm

Imax
Th-ờng mở
Th-ờng đóng
K1-0021
15
60
2

220
10
200x128
Chọn 4 công tắc tơ nh- trên cho các công tắc tơ X, L, V1, V2.
Từ công suất cuộn hút có thể tính đ-ợc 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 đ-ợc các rơle trung gian có tiếp
điểm thoả mãn.
Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


19
Chọn rơle trung gian :
Loại
Dòng điện

Số l-ợng tiếp điểm
Uđm
CS cuộn
hút

Kích
th-ớc
Th-ờng mở
Th-ờng đóng
RH101
5
4
4
220
2
92x128
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 chảy
Dòng cắt
giới hạn
Điện áp
định mức
Kích th-ớc 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 chảy
Dòng cắt
giới hạn
Điện áp
định mức
Kích th-ớc chung
A
B
C
H H
6
1200
220
91
16
25
Chọn rơle dòng điện cực đại
Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43

20
Bảng đấu dây có thể lập nh- sau :
STT
Tên thiết bị
Điểm nối

1

Đầu nối động lực
ĐL
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

-

9

§å ¸n ®iÒu khiÓn logic TriÖu Tuyªn Hoµng
T§H 3- K43


21
STT
Tªn thiÕt bÞ
§iÓm nèi

2

§Çu nèi ®iÒu khiÓn
§K
1 – A
1 – 1So
2 – A
3 – B
3 – 1§K
4 – B
4 –
5 – C
5 – 3§K
6 – C
6 –
7 – D
7 – 5§K

8 – D
8 –
9 – m
9 –
10 – m
10 –
11 – D
11 –
12 – D
12 – 6§K
13 – g
13 –
14 – g
14 –
Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


22
STT
Tên thiết bị
Điểm nối

3

Cầu dao
CD
1 N
+

1
2
2
4
Cầu chì động lực
1CC
1 1CD
1
5
Cầu chì điều khiển
2CC
1 2CD
1

6

Rơle hãm
RH
1
1 1.1CC
2
2
7
Rơle trung gian
So
1 1-2CC
2 2.CD
4 4.X

§å ¸n ®iÒu khiÓn logic TriÖu Tuyªn Hoµng
T§H 3- K43


23

STT
Tªn thiÕt bÞ
§iÓm nèi

7

R¬le trung gian
So
5 – 10§K
8 – 8X
9 – 9§K
15 – 9So
26 –

8

R¬le trung gian
X
1 – 2§K
2 – 2So
5 – 5So
6 – 6L
8 – 8L
17 – 5§K

26 – 26So
27 – 27V2
28 – 28P
9
R¬le trung gian
V1
1 – 1So
2 – 1X
6 – 6L
8 – 8X
10 – 10V2

§å ¸n ®iÒu khiÓn logic TriÖu Tuyªn Hoµng
T§H 3- K43


24

STT
Tªn thiÕt bÞ
§iÓm nèi

9

R¬le trung gian
V1
12 – 12So
16 –16L
18 – 6§K
20 – 20P

22 – 4§K
24 – 24X
26 – 26X

10

R¬le trung gian
V2
1 – 1§K
2 – 2V1
12 – 12So
12 – 12V2
14 – 14L
16 – 16V1
19 – 19X
25 – 8§K
11
R¬le trung gian
L
1 – 1V2
2 – 2V2
3 – 11L
5 – 10§K

Đồ án điều khiển logic Triệu Tuyên Hoàng
TĐH 3- K43


25
STT

Tên thiết bị
Điểm nối

11

Rơle trung gian
L
11 11P
11 21L
16 16P
21 2ĐK
23 23P
24 24X
28 28So
12
Nút ấn
g
1 13ĐK
2 14ĐK
13
Nút mở máy
m
7 9ĐK
9
14
Công tắc tơ
X
2 2P
32 32X
15

Công tắc tơ
V1
2 2P
34 34V1
16
Công tắc tơ
V2
2 2X
36 36V2
17
Công tắc tơ
L
2 V2
38 38L