đồ án điều khiển tự động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
----------

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Đề tài: Thiết kế hệ thống máy khoan tự động khoan hai lỗ

GVHD:
SVTH:
NHÓM:

Đà Nẵng – 12/2022

LỜI NÓI ĐẦU


Trong sự nghiệp Cơng nghiệp hố - Hiện đại hố đất nước, 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 hố trong các q trình sản xuất mà trước hết đó là năng suất sản xuất và chất
lượng sản phẩm làm ra. Sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị điện tử, cơng
nghệ thơng tin và những thành tựu của lý thuyết điều khiển tự động đã làm cở sở
và hỗ trợ cho sự phát triển tương xứng của lĩnh vực tự động hoá. Ngày nay, mỗi
quốc gia đều coi trọng và lấy Khoa học - Cơng nghệ làm quốc sách hàng đầu. Vì
vậy, những sinh viên khối ngành Kĩ thuật như chúng em phải ra sức học tập,
nghiên cứu để có thể theo kịp được sự phát triển như vũ bão của thời đại cơng
nghệ.
Xuất phát từ điều đó, cũng như xuất phát từ những mong muốn của bản thân,
nhóm chúng em đã chọn và thực hiện đề tài “Mơ hình máy khoan phôi tự động”
trong Đồ án môn học “Thiết kế hệ thống Điều khiển tự động”, với mục đích bổ
sung vào các dây chuyền sản xuất để tự động hóa một số công đoạn trong dây
chuyền sản xuất nhằm thay thế sức lực của con người và nâng cao năng suất sản

xuất hàng hóa cơng nghiệp.
Nhóm em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo - TS. Trần Đình Sơn,
đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện Đồ án. Cảm ơn thầy
và các bạn đã có những ý kiến đóng góp giúp nhóm em hồn thiện Đồ án này. Để
hồn thành Đồ án, nhóm thực hiện đã nỗ lực nghiên cứu, thiết kế và chế tạo, nhưng
do thời gian và kiến thức cịn hạn hẹp nên khơng thể tránh khỏi những thiếu sót và
lỗi sai, chúng em rất mong nhận được những lời góp ý chân thành từ thầy cơ để có
thêm những hiểu biết sâu hơn và hoàn thiện hơn trong quá trình nghiên cứu và làm
việc sau này.

Đà Nẵng, ngày 13 tháng 12 năm 2022
Nhóm sinh viên thực hiện


MỤC LỤC
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU.......................................1
1.1

Giới thiệu chung về tự động hóa:...........................................................1

1.2

Giới thiệu về đề tài:................................................................................2

1.3 Tính cấp thiết của đề tài:.............................................................................3
1.4

Nguyên lý hoạt động:.............................................................................3

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ........4

2.1

Phương án cấp phôi................................................................................5

2.1.1

Sử dụng băng tải..............................................................................5

2.1.2 Sử dụng ống cấp phôi..........................................................................5
2.2

Phương án đưa phơi vào vị trí khoan......................................................6

2.2.1 Dùng cánh tay robot............................................................................6
2.2.2 Dùng xilanh..........................................................................................6
2.3

Phương án mang đầu khoan đi xuống....................................................7

2.3.1

Sử dụng xilanh.................................................................................7

2.3.2 Sử dụng bộ truyền bánh răng – thanh răng.........................................8
2.4

Phương án tiến bàn khoan tới để khoan lỗ thứ 2....................................9

2.4.1 Sử dụng xilanh.....................................................................................9
2.4.2 Sử dụng bộ truyền bánh răng – thanh răng.......................................10

2.5

Phương án đẩy sản phẩm đã khoan xong ra ngoài...............................10

2.5.1 Sử dụng xilanh...................................................................................10
2.5.2 Sử dụng bộ truyền bánh răng – thanh răng.......................................11
CHƯƠNG 3: CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG..............................13
3.1

Xilanh...................................................................................................13

3.2

Động cơ................................................................................................13

3.3

Van........................................................................................................14

3.3.1 Van đảo chiều 5/2..............................................................................14
3.3.2 Van tiết lưu.........................................................................................15
3.4

Rơle thời gian.......................................................................................16

3.5

Công tắc hành trình...............................................................................16

3.6

Rơle trung gian.....................................................................................17


CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ VÀ ĐIỀU KHIỂN...............19
4.1

Thiết kế hệ thống cơ khí.......................................................................19

4.1.1 Tính cơng suất động cơ khoan ..........................................................19
4.1.2 Tính chọn xilanh................................................................................20
4.2

Thiết kế hệ thống điều khiển................................................................23

4.3

Đấu nối dây...........................................................................................31

4.3.1

Các thành phần trong mạch điện điều khiển:................................31

4.3.2 Nối dây:..............................................................................................33
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN......................................................................................36
5.1

Ưu, nhược điểm....................................................................................36

5.2

Hướng phát triển của đề tài..................................................................36


DANH MỤC HÌ
Hình 1. 1:Hình ảnh mơ phỏng đề tài.........................................................................2
Hình 1. 2: Biểu đồ trạng thái.................................................................................3Y
Hình 2. 1:Băng tải.....................................................................................................5
Hình 2. 2: Ống cấp phơi............................................................................................6
Hình 2. 3:Cánh tay robot..........................................................................................6
Hình 2. 4: Xilanh.......................................................................................................7
Hình 2. 5: Xilanh.......................................................................................................8
Hình 2. 6: Thanh răng – Bánh răng...........................................................................8
Hình 2. 7: Xilanh.......................................................................................................9
Hình 2. 8: Thanh răng – Bánh răng........................................................................10
Hình 2. 9: Xilanh.....................................................................................................11
Hình 2. 10: Thanh răng – Bánh răng 1
Hình 3. 1: Cấu tạo xilanh........................................................................................13
Hình 3. 2: Động cơ..................................................................................................13
Hình 3. 3: Van đảo chiều 5/2..................................................................................14
Hình 3. 4: Cấu tạo an tiết lưu.................................................................................15
Hình 3. 5: Van tiết lưu.............................................................................................16
Hình 3. 6: Role thời gian.........................................................................................16
Hình 3. 7: Cơng tắc hành trình...............................................................................17
Hình 3. 8: Role trung gian
1
Hình 4. 1: Hình ảnh động cơ...................................................................................19
Hình 4. 2: Các thơng số cơ bản để tính chọn xilanh...............................................20
Hình 4. 3: Các thơng số kích thước xilanh Airtac tn16..........................................21
Hình 4. 4: Các thơng số cơ bản để tính chọn xilanh...............................................22

Hình 4. 5: Các thơng số cơ bản để tính chọn xilanh...............................................23
Hình 4. 6: Biểu đồ trạng thái..................................................................................24
Hình 4. 7: Nút nhấn start - Stop..............................................................................32
Hình 4. 8: Các tiếp điểm Role trung gian...............................................................32
Hình 4. 9: Các tiếp điểm role thời gian..................................................................33
Hình 4. 10: Các tiếp điểm cơng tắc hành trình.......................................................33


Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động

GVHD: TS.Trần Đình Sơn

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1

Giới thiệu chung về tự động hóa:

Thuật ngữ tự động hóa được đặt ra trong ngành cơng nghiệp ơ tơ khoảng năm 1946
để mô tả việc sử dụng ngày càng nhiều các thiết bị và điều khiển tự động trong các
dây chuyền sản xuất cơ giới hóa. Nguồn gốc của từ này là do DS Harder, một giám
đốc kỹ thuật tại Ford Motor Company vào thời điểm đó. Thuật ngữ này được sử
dụng rộng rãi trong bối cảnh sản xuất, nhưng nó cũng được áp dụng bên ngồi sản
xuất liên quan đến nhiều hệ thống trong đó có sự thay thế đáng kể của hoạt động
cơ, điện hoặc máy tính cho nỗ lực và trí tuệ của con người.

Trong cách sử dụng chung, tự động hóa có thể được định nghĩa là một công nghệ
liên quan đến việc thực hiện một quy trình bằng các lệnh được lập trình kết hợp
với điều khiển phản hồi tự động để đảm bảo thực hiện đúng các hướng dẫn. Hệ
thống kết quả có khả năng hoạt động mà không cần sự can thiệp của con người. Sự

phát triển của công nghệ này ngày càng phụ thuộc vào việc sử dụng máy tính và
các cơng nghệ liên quan đến máy tính. Do đó, các hệ thống tự động ngày càng trở
nên tinh vi và phức tạp. Các hệ thống tiên tiến thể hiện một mức năng lực và hiệu
suất vượt qua nhiều mặt khả năng của con người để hoàn thành các hoạt động
tương tự.

Sự phát triển của máy tính kỹ thuật số điện tử đã cho phép chức năng điều khiển
trong tự động hóa trở nên tinh vi hơn nhiều và các phép tính liên quan được thực
hiện nhanh hơn nhiều so với trước đây có thể. Sự phát triển của các vi mạch tích
hợp đã thúc đẩy xu hướng thu nhỏ hóa trong cơng nghệ máy tính dẫn đến việc các
máy nhỏ hơn và ít tốn kém hơn nhiều so với các máy tiền nhiệm nhưng vẫn có khả
năng thực hiện các phép tính với tốc độ lớn hơn nhiều. Xu hướng này ngày nay
được thể hiện bằng bộ vi xử lý, một thiết bị đa vịng thu nhỏ có khả năng thực hiện
tất cả các chức năng logic và số học của một kỹ thuật số lớn.máy vi tính .
1


Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động

GVHD: TS.Trần Đình Sơn

Cùng với những tiến bộ của cơng nghệ máy tính, đã có những cải tiến song song
trong cơng nghệ lưu trữ chương trình để chứa các lệnh lập trình. Phương tiện lưu
trữ hiện đại bao gồm băng và đĩa từ tính, bộ nhớ bong bóng từ tính, bộ lưu trữ dữ
liệu quang học được đọc bằng laser, máy quay video và hệ thống bộ nhớ định địa
chỉ bằng chùm tia điện tử. Ngoài ra, những cải tiến đã được thực hiện trong các
phương pháp lập trình máy tính (và các máy lập trình khác). Các ngơn ngữ lập
trình hiện đại dễ sử dụng hơn và có khả năng xử lý dữ liệu và logic mạnh hơn.

Tiến bộ trong công nghệ cảm biến đã cung cấp một loạt các thiết bị đo lường có

thể được sử dụng như các thành phần trong các hệ thống điều khiển phản hồi tự
động. Các thiết bị này bao gồm đầu dò cơ điện có độ nhạy cao, quét chùm tia laze,
kỹ thuật điện trường và thị giác máy.

Một số hệ thống cảm biến này u cầu cơng nghệ máy tính để thực hiện chúng. Ví
dụ, thị giác máy yêu cầu xử lý một lượng lớn dữ liệu mà chỉ máy tính kỹ thuật số
tốc độ cao mới có thể thực hiện được. Công nghệ này đang chứng tỏ khả năng cảm
nhận linh hoạt cho các nhiệm vụ công nghiệp khác nhau, chẳng hạn như xác định
bộ phận, kiểm tra chất lượng và hướng dẫn robot.
1.2

Giới thiệu về đề tài:

Máy khoan được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy cơ khí các công xưởng gia
công kim loại, hoặc các xưởng chế biến gỗ. Máy khoan được dùng để gia công các
chi tiết với ngun cơng khoan lỗ trịn hoặc trong chế biến gỗ thì kht các lỗ trịn
hoặc dài. Cũng như các loại máy móc cơ khí khác như máy tiện, phay, máy bào,
máy doa được dần dần tự động hóa thì máy khoan cũng được tự động hóa.

2


Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động

GVHD: TS.Trần Đình Sơn

Đáp ứng nhu cầu đó chúng em thiết kế máy khoan và cấp phôi tự động, máy thực
hiện khoan hai lỗ. Máy có thể khoan các loại phơi như gỗ, kim loại. Máy thực
hiện khoan và cấp phôi tự động nhờ hệ thống điều khiển điện khí nén.

Hình 1. 1:Hình ảnh mơ phỏng đề tài

1.3 Tính cấp thiết của đề tài:

Máy khoan và cấp phơi tự động có thể được ứng dụng vào các đây chyền sản suất
tự động.

Máy trực tiếp giải quyết các công việc của người thợ gia công khoan phôi trên máy
khoan cầm tay hoặc máy khoan bàn. Phôi được tự động cấp nhờ bộ phận cấp phôi
tư động, gá phôi được tự động mang lại độ chính xác cao khi khoan. Việc tự động
hóa giải quyết một chuỗi các thao tác của người thợ gia công (đưa phôi vào, gá kẹp
3


Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động

GVHD: TS.Trần Đình Sơn

phơi, vận hành máy khoan) nay ta chỉ cần nhấn nút để máy tự động vận hành giúp
tăng cao năng xuất, giảm nhân công mà sảm phẩm tạo ra có độ chính xác cao,
đồng đều về chất lượng không phụ thuộc vào tay nghề người thợ.

1.4

Nguyên lý hoạt động:

4


Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động

GVHD: TS.Trần Đình Sơn

Hình 1. 2: Biểu đồ trạng thái

Ngun lí hoạt động: Sau khi nhấn nút khởi động, Xilanh A mang phôi đi ra chạm
a 1 kẹp chặt phôi đồng thời set động cơ khoan, lúc này xilanh B mang đầu khoan
duỗi thẳng chạm cơng tắc hành trình b 1, động cơ khoan hoạt động. Sau khi khoan
xong trong khoảng thời gian t Xilanh B mang đầu khoan lùi về chạm cơng tắc
hành trình b 0. Xilanh C mang bàn mang phôi tiến tới chạm c 1, lúc này xilanh B
mang đầu khoan duỗi thẳng chạm cơng tắc hành trình b1, động cơ khoan hoạt
động. Sau khi khoan xong trong khoảng thời gian t Xilanh B mang đầu khoan lùi
về chạm cơng tắc hành trình b 0 đồng thời reset động cơ khoan, Xilanh C lùi về
chạm c 0, Xilanh A lùi về chạm a 0, Lúc này Xilanh D đẩy phơi ra ngồi rồi lùi về vị
trí ban đầu chạm cơng tắc hành trình d0. Tùy theo nút nhấn tự động hay bằng tay để
phôi được gia công liên tục.

5


Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động

GVHD: TS.Trần Đình Sơn

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1

Phương án cấp phơi

2.1.1 Sử dụng băng tải

Hình 2. 1:Băng tải

• Ưu điểm:
- Có thể di chuyển vật theo phương ngang với khoảng cách
lớn.

6


Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động

GVHD: TS.Trần Đình Sơn

- Mang được những vật liệu nhiều hình dạng.

- Cấp phơi liên tục với số lượng lớn.

• Nhược điểm:

- Vật dễ rơi ra ngoài.

- Chỉ mang vật theo phương ngang.

- Kích thước lớn, chi phí cao.
2.1.2 Sử dụng ống cấp phôi

7

Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động

GVHD: TS.Trần Đình Sơn

Hình 2. 2: Ống cấp phơi

• Ưu điểm:
- Cấp phơi liên tục.

- Kích thước nhỏ gọn.

- Chi phí thấp.

• Nhược điểm:
- Số lượng phơi cấp được ít.

=) Lựa chọn phương án 2: Vì phương án 2 phù hợp với hệ thống điều khiển sử
dụng phương pháp điều khiển điện khí nén, phù hợp với giá thành của sinh viên.
Kết cấu không quá phức tạp.

8


Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động

2.2

GVHD: TS.Trần Đình Sơn

Phương án đưa phơi vào vị trí khoan

2.2.1 Dùng cánh tay robot

Hình 2. 3:Cánh tay robot

• Ưu điểm: hoạt động thơng minh linh hoạt chính xác

• Nhược điểm: điểu khiển phức tạp, chi phí cao.

9


Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động

GVHD: TS.Trần Đình Sơn

2.2.2 Dùng xilanh

Hình 2. 4: Xilanh

• Ưu điểm:
10


Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động

GVHD: TS.Trần Đình Sơn

- kết cấu phù với lực vừa đủ

- điều chỉnh được tốc độ thông qua thiết bị tiết lưu

• Nhược điểm:

- Thốt khí gây ra tiếng ồn

- khí phải được làm sạch

⇒ Lựa chọn phương án 2: Vì phương án 2 phù hợp với hệ thống điều khiển sử
dụng phương pháp điều khiển điện khí nén, phù hợp với giá thành của sinh viên.
Kết cấu không quá phức tạp.Năng lượng tiêu hao không nhiều,dễ dàng điều chỉnh
tốc độ. Phù hợp với việc mang vật theo phương ngang.

2.3

Phương án mang đầu khoan đi xuống

2.3.1 Sử dụng xilanh

11


Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động

GVHD: TS.Trần Đình Sơn

Hình 2. 5: Xilanh

12

Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động

GVHD: TS.Trần Đình Sơn

Hình 2-5: Xilanh

• Ưu điểm:
▪ Kết cấu phù hợp với lực vừa đủ

▪ Điều chỉnh được lực đẩy thông qua thiết bị tiết lưu

▪ Kết cấu đơn giản,thẩm mĩ

• Nhược điểm:

▪ Thốt khí gây ra tiếng ồn

▪ Khí phải được làm sạch
2.3.2 Sử dụng bộ truyền bánh răng – thanh răng

13


Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động

GVHD: TS.Trần Đình Sơn

• Ưu điểm:
▪ Tốc độ ổn định, có thể điều chỉnh

▪ Lực đẩy lớn.

• Nhược điểm:

▪ Cần được che chắn không cho bám bụi, hoặc phoi của quá trình
khoan bắn vào.

▪ Cần lắp đặt với độ chính xác cao đảm đảo sự ăn khớp thanh
răng và bánh răng trong quá trình hoạt động.
14


Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động

GVHD: TS.Trần Đình Sơn

=) Lựa chọn phương án 1: Vì phương án 1 phù hợp với hệ thống điều khiển sử
dụng phương pháp điều khiển điện khí nén, phù hợp với giá thành của sinh viên.
Kết cấu không quá phức tạp.Năng lượng tiêu hao không nhiều,dễ dàng điều chỉnh
tốc độ. Phù hợp với việc mang vật theo phương ngang.

2.4

Phương án tiến bàn khoan tới để khoan lỗ thứ 2

2.4.1 Sử dụng xilanh

Hình 2. 7: Xilanh

15