Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống ĐK Máy khoan bằng phương pháp ma trận trạng thái

z




ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan có
sơ đồ như hình vẽ bằng phương pháp ma
trận trạng thái với mạch động lực dùng
thiết bị khí nén và mạch điều khiển dùng
thiết bị điện



G
G
i
i
á
á
o
o


v
v
i
i
ê
ê

n
n


h
h
ư
ư
ớ
ớ
n
n
g
g


d
d
ẫ
ẫ
n
n


:
:

S
S
i
i
n
n
h
h


v
v
i
i
ê
ê
n
n


t
t
h
h
ự
ự
c
c

h
h
i
i
ệ
ệ
n
n


:
:


T
T
R
R
I
I
Ệ
Ệ
U
U


T
T
U
U

Y
Y
Ê
Ê
N
N


H
H
O
O
À
À
N
N
G
G




Đồ án điều khiển logic


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA NĂNG LƯỢNG
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 như hình vẽ
bằng phương 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 HƯỚNG DẪN

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

1
Đồ án điều khiển logic

Chương I: giới thiệu chung về công nghệ


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

Chương II: tổng hợp hàm điều khiển

1. tổng hợp hàm điều khiển bằng phương 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

Chương 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
MỞ ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá 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 hoá trong các quá trình sản xuất mà trước hết đó là
năng suất sản xuất và chất lượng sản phẩm làm ra. Sự phát triển rất nhanh
chóng của máy tính điện tử , công nghệ thông tin và những thành tựu của

2
Đồ án điều khiển logic

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.
ở nước ta mặc dầu là một nước chậm phát triển, nhưng những năm
gần đây cùng với những đòi hỏi của sản xuất cũng như 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 bước phát triển mới tạo
ra sản phẩm có hàm lượng 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 thước chiều sâu định trước.
Trong công việc thiết kế, tự động hoá điều khiển được thể hiện qua hai quá
trình sau:
- Tự động hoá điều khiển công việc đưa vật thể vào vị trí định trước
(xác định vị trí lỗ khoan).
- Tự động hoá đưa mũi khoan vào khoan vật thể sau đó quay về vị
trí cũ đễ đảm bảo cho quy trình tiếp theo.
Chất lượng mũi khoan và năng suất làm việc phụ thuộc rất nhiều
vào công nghệ điều khiển. Quá trình làm việc được thực hiện theo một trật
tự logic, theo trình tự thời gian xác định do đó để điều khiển được công

nghệ ta phải tổng hợp được hàm điều khiển cho hệ thống. Có rất nhiều
phương pháp để tổng hợp hàm điều khiển nhưng ở đây ta sử dụng
phương pháp GRAPCET. So với các phương pháp khác thì phương pháp
hàm tác động có ưu điểm đơn giản và đảm bảo sự chính xác về tuần tự
thực hiện quá trình.
Sinh viên .

CHƯƠNG I
: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ
Công nghệ : Khoan một lỗ hai giai đoạn

3
Đồ án điều khiển logic

Máy khoan được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy cơ khí. Bên
cạnh các máy móc cơ khí khác như các máy tiện, máy doa, máy bào
giường, bào xọc dần dần được tự động hóa theo một dây chuyền
ngày càng hiện đại. Các máy khoan cũng được tự động hoá theo dây
chuyền nhằm nâng cao năng suất và giảm sự nặng nhọc cho người công
nhân.
Trong đó công nghệ khoan một lỗ hai giai đoạn cũng được sử dụng
trong các nhà máy cơ khí, nhà máy sửa chữa và chế tạo máy.

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

CHƯƠNG II
: THIẾT KẾ
THEO PHƯƠNG PHÁP GRAPCET

4
Đồ án điều khiển logic

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
thường hoạt động theo một trình tự lôgic chặt chẽ nhằm đảm bảo chất
lượng sản phẩm, an toàn cho người và thiết bị. Cấu trúc làm việc trình
tự của dây chuyền đã đưa 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 :


Tín hiệu
vào
Cấu trúc
điều khiển
trì
nh
t
ự

Quá trình

Quá trình công nghệ có thể bao gồm :
- Hoàn toàn tự động

5
Đồ án điều khiển logic

- Bán tự động
- Hoàn toàn bằng tay

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





2.Phương pháp Grapcet

6
Đồ án điều khiển logic




Yêu cầu công nghệ :
 a, b, c, d là các công tắc hành trình cảm nhận vị trí của lưỡi

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’ lưỡi 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 được nhấc lên với vận tốc V1 . Đi lên gặp ‘a’ thì dừng lại
kết thúc quá trình khoan.


7
Đồ án điều khiển logic


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

8
Đồ án điều khiển logic

-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 nhưng gặp b
lần thứ hai vẫn duy trì vận tốc cũ.
. đồng thời gặp c lần thứ nhất đi lên nhưng 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 như sau


9
Đồ án điều khiển logic

5.Thành lập Grapcet 2

10
Đồ án điều khiển logic




Ta rút ra được hàm đóng cắt như 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
“ + “ : hàm đóng
“ – “ : hàm cắt

11
Đồ án điều khiển logic

Grapcet sử dụng các phần tử nhớ thực hiện công nghệ trên. Nhưng
yêu cầu bài toán sử dụng phần tử tiếp điểm nên :
- Viết hàm đóng có tiếp điểm tự duy trì để nhớ
- Viết hàm cắt
Ta có sơ đồ mạch điều khiển trang sau











12
Đồ án điều khiển logic

6.Nguyên lí hoạt động sơ đồ như sau :
- Khi có tín hiệu sẵn sàng của So tự duy trì theo đường 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 hưởng.

 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.

13
Đồ án điều khiển logic

- 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.
- 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.

14
Đồ án điều khiển logic

- Tương tự rơle V1 có điện.
- V1, L có điện các tiếp điểm thường 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








15
Đồ án điều khiển logic


CHƯƠNG 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 phương
pháp mở máy trực tiếp không cần qua ddiện trở hàn chế.

- Đối với mạch bảo vệ ta có thể chọn phương án bảop vệ cầu
chì đơn giản và rẻ tiền.
- Khi đảo chiều thực hiện hãm ngược bằng tất cả các điện trở
tham gia trong mạch phần ứng theo nguyên tắc dòng điện bởi
rơle dòng điện cực đại RH.

16
Đồ án điều khiển logic


Sơ đồ nguyên lí mạch lực , mạch lực như hình bên :














17
Đồ án điều khiển logic

2. Lựa chọn thiết bị
a. Phần tử chấp hành
Dòng điện định mức I
đm = 9,1 A
Khi mở máy dòng điện I
mm < 2,5. Iđm . Dòng cực đại khi mở máy là
:
I
mm = 2,5.Iđm =2,5 . 9,1 =22,7 (A)
Ta có thể chọn công tắc tơ có các thông số thoả mãn
Dòng điện Số lượng tiếp điểm Loại
Iđm Imax Thường
mở
Thường đóng
Uđm CS
cuộn
dây
Kích
thước
K∏1-0021
15 60 2 220 10 200x128
Chọn 4 công tắc tơ như trên cho các công tắc tơ X, L, V1, V2.
Từ công suất cuộn hút có thể tính được dòng qua cuộn hút :
I
h = P/U =10/220 = 0,05 (A)

18
Đồ án điều khiển logic

b. Phần tử điều khiển

Từ dòng cuộn hút ta có thể chọn được các rơle trung gian có tiếp
điểm thoả mãn.
Chọn rơle trung gian :
Số lượng tiếp điểm Loại Dòng điện

Thường
mở
Thường đóng
Uđm CS cuộn
hút
Kích
thước
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
Kích thước chung Kiểu cầu
chì
Dòng đm
dây chảy
Dòng cắt
giới hạn
Điện áp
định mức
A B C
H ∏ H
15 8000 220 91 16 25
Cầu chì kiểu ống nên khi đứt rất an toàn.

Mạch điều khiển

19
Đồ án điều khiển logic

Kích thước chung Kiểu cầu
chì
Dòng đm
dây chảy
Dòng cắt
giới hạn
Điện áp
định mức
A B C
H ∏ H
6 1200 220 91 16 25
Chọn rơle dòng điện cực đại
Bảng đấu dây có thể lập như sau :
STT Tên thiết bị Điểm nối

20
Đồ án điều khiển logic


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 –

STT Tên thiết bị Điểm nối

21
Đồ án điều khiển logic


2

Đầu nối điều khiển
ĐK
1 – A

1 – 1So
2 – A
3 – B
3 – 1ĐK
4 – B
4 –
5 – C
5 – 3ĐK
6 – C
6 –
7 – D
7 – 5ĐK
8 – D
8 –
9 – m
9 –
10 – m
10 –
11 – D
11 –
12 – D
12 – 6ĐK
13 – g
13 –
14 – g
14 –

22
Đồ án điều khiển logic

STT Tên thiết bị Điểm nối

3

Cầu dao
CD
1 – N
+
1’ –
2 –
2’ –
4 Cầu chì động lực
1CC
1 – 1’CD
1’ –
5 Cầu chì điều khiển
2CC
1 – 2’CD
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



23
Đồ án điều khiển logic


STT Tên thiết bị Điểm nối

7

Rơle trung gian
So
5 – 10ĐK
8 – 8X
9 – 9ĐK
15 – 9So
26 –

8

Rơle trung gian
X
1 – 2ĐK
2 – 2So
5 – 5So
6 – 6L
8 – 8L

17 – 5ĐK
26 – 26So
27 – 27V2
28 – 28P
9 Rơle trung gian
V1
1 – 1So
2 – 1X
6 – 6L
8 – 8X
10 – 10V2

24