Bài tập lớn tự động hóa Công Nghệ Vận Chuyển Sản Phẩm

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội
Viện Điện

BÀI TẬP LỚN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
TỰ ĐỘNG HÓA
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHOAN 4 LỖ
Giảng viên hướng dẫn: GV. Đào Quý Thịnh
Sinh viên thực hiện: Nhóm 11
Nguyễn Tuấn Anh
Đỗ Hải Đăng
Đinh Ngọc Dũng
Nguyễn Trung Khách
Nguyễn Đức Quân


BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA
ĐỀ SỐ 11 :
I, Nhiệm vụ : Thiết kế hệ thống điều khiển cho công nghệ như sau :

II, Nội dung :
1.
2.
3.
4.

Thiết kế sơ đồ nguyên lý.
Tính chọn mạch lực, mạch điều khiển
Thiết kế sơ đồ đấu dây
Mô phỏng sử dụng phần mềm Automation Studio

III, Thuyết minh và nộp bài
1. Một quyển thuyết minh
2. Đĩa CD gồm file mêm báo cáo, phần mềm codo Automation Studio
Thành viên trong nhóm 11
STT
1
2
3
4
5

Họ và tên
Nguyễn Tuấn Anh
Đỗ Hải Đăng
Đinh Ngọc Dũng
Nguyễn Trung Khách
Nguyễn Đức Quân

MSSV
20111130
20111394
20111267
20111677
20111990
Mục lục

2

Lớp

ĐK và TĐH 4
ĐK và TĐH 5
ĐK và TĐH 4
ĐK và TĐH 3
ĐK và TĐH 2

Khóa
K56
K56
K56
K56
K56


3


CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ
1.1. Giới thiệu chung về công nghệ khoan
1.1.1. Khoan cơ khí
Máy để khoan lỗ trên phôi kim loại và các vật liệu khác, máy khoan còn
khoan rộng các lỗ trên vật đúc, vật rèn , vật dập , doa, khoét , xoay, tiện, rộng lỗ, cắt
ren... bằng các loại dụng cụ tiêu chuẩn như mũi khoan, mũi doa, mũi khoét, ...
Khi khoan, phôi đứng yên , mũi khoan vừa quay tròn thực hiện chuyển động
chính, vừa tịnh tiến đi xuống thực hiện chuyển động chạy dao. Cơ cấu chạy dao có
thể bằng tay hay tự động. Độ chính xác gia công từ cấp 3 trở xuống. Có thể phân
loại máy khoan thành: máy vạn năng, máy chuyên môn hóa và máy chuyên dùng.
Máy khoan vạn năng có : khoan đúng , khoan gần. Máy khoan chuyên môn hóa có :
máy khoan tổ hợp ; máy khoan tự đông ... Máy khoan chuyên dùng có: máy khoan
tâm, máy khoan lỗ sâu và máy khoan nhiều trục chính. Máy khoan còn được chia

theo cach bố trí trục chính và số lượng trục như Máy khoan đứng , máy khoan
ngang , máy khoan cần hướng kính , máy khoan khoảng cách trục chính cố định,
máy khoan một trục chính và nhiều trục chính.
Cấu tạo cơ bản của một máy khoan bàn khoan di chuyển 2 chiều :

4


Thông thường, khi tiến hành khoan trên một đố tượng thì bàn khoan kẹp chặt
đối tượng sẽ là phần di chuyển , mũi khoan chỉ đứng tại chỗ và di chuyển theo chiều
lên xuống mỗi khi tiến hành khoan tại một vị trí. Phương pháp này áp dụng cho các
vật cần khoan có khối lượng và kích thước trung bình và nhỏ,

việc di chuyển

bàn khoan là thuận lợi.
Tuy nhiên cũng có thể có trường hợp ngược lại, đo là chính mũi khoan sẽ di
chuyển đến những vị trí cần khoan lỗ, sau đó tự nó cùng thực hiện hành trình lên
xuống để khaon lỗ như bình thường. Phương pháp này áp dụng cho những đối
tượng có kích thước lớn, cồng kềnh phực tạp việc di chuyển nó sẽ gây khó khăn
đồng thời việc di chuyển mũi khoan thuận lợi hơn.

1.1.2. Giơi thiệu sơ đồ công nghệ khoan chuyên dùng :
Với sơ đồ công nghệ khoan như trong bài tập lớn này, yêu cầu đặt ra là khi
có tín hiệu mở máy m và mạch điều khiển thì mũi khoan tiến hành khoan lần lượt
bốn lỗ theo trình tự : xuống/lên – sang phải- xuống/lên – đi vào - xuống/lên- sang
trái- xuống/lên – đi ra . Đây là hệ thống tuần hoàn, khi hết 1 chu trình khoan 1 chi
tiết sẽ lặp lại với chi tiết tiếp theo. Hệ thống sẽ chạy liên tục tới khi ấn nút stop n.
Khi đó hệ thống sẽ chạy hết quy trình hiện thời và dừng lại ở cuối chu trình. Ta đặt
tên cho các quy trình này như sau:

Quy trình

Ký hiệu
5


Đi xuống
Đi lên
Sang phải
Sang trái
Đi vào
Đi ra

A+
AB+
BC+
C-

Khi tiến hành tổng hợp một hệ điều khiển theo quy trình công nghệ đã cho
(có thể bằng lới nói, chữ viết, đồ thị công nghệ... ) người ta biểu diễn sự hoạt động
của công nghệ theo đúng tuần tự thời gian tác động của các biến vào và ảnh hưởng
của nó tới các biến ra để tự đó đưa ra một quy luật điều khiển cho hệ thống.
Để tổng hợp mạch điều khiển cho hệ thống ta có các phương pháp sau :
• Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp ma trận trạng thái .
• Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp Grafcet.
• Tổng hợp mạch điều khiển dựa vào lưu đồ.
Một mạch điều khiển tổng hợp phải thỏa mãn các điều kiện sau :
• Thực hiện đúng quy trình và tiến trình công nghệ đã được đặt ra
• Có độ tin cậy điều khiển cao

• Đảm bảo gọn nhẹ, đơn giản và thuận tiên cho việc vận hành
• Có tính kinh tế và đáp ứng về mặt kỹ thuật
Với yêu cầu của đề bài, ta tiến hành bằng phương pháp Grafcet , MTTT.

6


1.2. Các thiết bị điều khiển và thiết bị chấp hành
1.2.1. Van phân phối điên- khí nén 7/5/2 (7 lỗ vào /ra, 5 đường ống và 2
trạng thái )
Đây là loại van dùng để phân phối khí nén vào xilanh mục đích đảo chiều
chuyển động của Xilanh.
Nguyên lí làm việc :
Nếu ta cấp điện cho van sao cho A- = 1, A+= 0 , dưới tác dụng của cuộn hút
A- kéo trục của van dịch chuyển sang trái làm cho

Nếu A- = 0, A+= 0 =>
Nếu ta cấp điện cho van sao cho A- = 0, A += 1, dưới tác dụng của cuộn hút
A+ kéo trục của vạn dịch chuyển sang trái làm cho

Van chuyển trạng thái từ “0” lên “1”
Nếu A- = 0, A+ = 0 => S=0, =1; Trạng thái “1” được duy trì

7


1.2.2. Xilanh kép
a) Cấu tạo : Gồm 2 thành phần chính
Xy lanh: là ống trụ tròn dài, làm bằng vật liệu chịu lực tốt, chứa pitton bên
trong, trên thân Xilanh có 2 lỗi vào /ra của dòng khí nén để ghép nối với van điều

khiển
Pitton : là một thanh trụ đặc làm bằng vật liệu chịu lực, đặt đòng trục với
Xilanh, có thể di chuyển tịnh tiến trong Xilanh tùy thuộc áp lực dòng khi tác dụng
vào má nào của pitton
b)Nguyên li hoạt động :
Nếu cho khí nén vào cửa 4 của Xilanh , dưới tác dụng của áp suất khí nén
pitton chuyển động sang phải mang theo cầu Xilanh và phụ tải chuyển động sang
phải

8


Muốn đổi chiều chuyển động của Pitton ta cắt nguồn khí cấp vào cửa 4 đồng
thời cấp nguồi khí vào cửa 5 dưới tác dụng của khí nén pitton lúc này lại chuyển
động theo chiều ngược lại từ phải qua trái

9


CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ MẠCH
2.1. Phương pháp Grafcet
2.1.1. Thiết lập hàm logic
a) Ta lập được grafcet tổng quan của hệ thống như sau:

b) Chọn sơ bộ thiết bị điều khiển và chấp hành :
Chọn thiết bị chấp hành để điều khiển quá trình chuyển động 3 bậc tự do của
máy khoan là các Xilanh kép :

+ Xilanh X1 điều khiển quá trình chuyển động lên/xuống của đầu mũi khoan
+ Xilanh X2 điều khiển quá trình chuyển động sang phải / trái của mũi khoan

+ Xilanh X3 điều khiển quá trình chuyển động đi vào/ra của đầu mũi khoan

10


Trong đó các xilanh đựoc cấp nguồn khí nén bới các van phân phối Điện- khí
nén 7/5/2 áp suất thích hợp :

Chọn thiết bị điều khiển mạch lực :

Dùng các cặp cảm biến ( công tắc ) hành trình : a0, a1, b0, b1, c0, c1 trong đó
+ a0 giới hạn quá trình chuyển động xuống của đầu mũi khoan
+ a1 giới hạn quá trình chuyển động lên của đầu mũi khoan
+ b0 giới hạn quá trình chuyển động sang phải của đầu mũi khoan
+ b1 giới hạn quá trình chuyển động sang trái của đầu mũi khoan
+ c0 giới hạn quá trình chuyển động vào trong của đầu mũi khoan
+ c1 giới hạn quá trình chuyển động ra ngoài của đầu mũi khoan
Từ đó ta lập được grafcet cụ thể của hệ thống:

Từ Grafcet ta thành lập được các hàm điều khiển như sau

11


12


2.1.2. Mạch lực và mạch điều khiển
Mạch lực với thiết bị chấp hành là Xilanh khí nén :

Để điều khiển ta sử dụng PLC có 8 đầu vào 8 đầu ra với đầu vào là các công tắc
hành trình và nút bấm còn đầu ra là các Rơ le đóng cắt tương ứng với các tiếp điểm
S0 đến S6 (Chú ý S1 tương ứng với A+, S2 là A-, S3 là B+, S4 là C+, S5 là B-, S6
là C-)

13


14


Phân cổng vào ra cho PLC:
IN0
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7

IN
m
n
a0
a1
b0
b1
c0
c1

OUT0
OUT1
OUT2
OUT3
OUT4
OUT5
OUT6
OUT7

OUT
S0
S1 (A+)
S2 (A-)
S3 (B+)
S4 (C+)
S5 (B-)
S6 (C-)
Dự trữ

PLC được lập trình bằng ngôn ngữ Ladder dựa vào phân cổng vào ra và hàm logic
của các biến đầu ra.

15


2.1.3. Thuyết minh hoạt động của sơ đồ:
Ấn nút mở máy m để bắt đầu quá trình làm việc, lúc này cảm biến vị trí , ,
đã đóng do máy đang ở vị trí chuẩn bị. Cuộn hút của công tắc tơ S1 có điện -> các
tiếp điểm S1(101-103) trên mạch động lực đóng lại. Van khí nén V1 khởi động tác

động đến Xylanh X1 để máy thực hiện hành trình đi xuống A+.

16


Quá trình A+ diễn ra thì bị ngắt, và vẫn được duy trì.

Kết thúc quá trình đi xuống A+, được tác động đóng lại (đồng thời và được đóng
từ trước) nên S2 có điện -> các tiếp điếm S2(105-107) trên mạch động lực đóng lại
-> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi xuống A-

17


Quá trình A- diễn ra thì bị ngắt, và vẫn được đóng.

Kết thúc quá trình đi lên A-, được tác động đóng lại (đồng thời và được duy trì từ
trước) nên S3 có điện -> các tiếp điểm S3(109-111) trên mạch động lực đóng lại ->
Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi sang phải B+.

18


Quá trình B+ diễn ra thì bị ngắt, và vẫn được đóng.

Kết thúc quá trình đi sang phải B+, được tác động đóng lại (đồng thời và được
đóng từ trước) nên S1 có điện -> các tiếp điểm S1(101-103) trên mạch động lực
đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi xuống A+ lần thứ
2.
19

Quá trình A+ lần thứ 2 diễn ra thì bị ngắt, và vẫn được duy trì.
Kết thúc quá trình đi xuống A+ lần thứ 2, được tác động đóng lại (đồng thời và
được duy trì từ trước) nên S2 có điện -> các tiếp điếm S2(105-107) trên mạch động
lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi lên A- lần thứ
2.

Quá trình đi lên A- lần thứ 2 diễn ra thì bị ngắt, và vẫn được duy trì.
Kết thúc quá trình đi lên A- lần thứ 2, được tác động đóng lại (đồng thời và
được duy trì từ trước) nên S4 có điện -> các tiếp điểm S4(113-115) trên mạch động
lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi vào C+.

20


Quá trình đi vào C+ diễn ra thì bị ngắt, và vẫn được đóng.
Kết thúc quá trình đi vào C+, được tác động đóng lại (đồng thời và được đóng từ
trước) nên S1 có điện -> các tiếp điểm S1(101-103) trên mạch động lực đóng lại ->

21


Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi xuống A+ lần thứ 3.

Quá trình A+ lần thứ 3 diễn ra thì bị ngắt, và vẫn được duy trì.
Kết thúc quá trình đi xuống A+ lần thứ 3, được tác động đóng lại (đồng thời
và được duy trì từ trước) nên S2 có điện -> các tiếp điếm S2(105-107) trên
mạch động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi
lên A- lần thứ 3.

22


Quá trình đi lên A- lần thứ 3 diễn ra thì bị ngắt, và vẫn được duy trì.
Kết thúc quá trình đi lên lần thứ 3 A-, được tác động đóng lại (đồng thời và
được duy trì từ trước) nên S5 có điện -> các tiếp điểm S5(117-119) trên mạch
động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi sang
trái B-

23


Quá trình sang trái B- diễn ra thì bị ngắt, và vẫn được đóng.
Kết thúc quá trình đi sang trái B-, được tác động đóng lại (đồng thời và
được đóng từ trước) nên S1 có điện -> các tiếp điểm S1(101-103) trên mạch
động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi xuống
A+ lần thứ 4

Quá trình A+ lần thứ 4 diễn ra thì bị ngắt, và vẫn được duy trì.
Kết thúc quá trình đi xuống A+ lần thứ 4, được tác động đóng lại (đồng thời
và được duy trì từ trước) nên S2 có điện -> các tiếp điếm S2(105-107) trên
mạch động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi
lên A- lần thứ 4.

24


Quá trình đi lên A- lần thứ 4 diễn ra thì bị ngắt, và vẫn được duy trì.
Kết thúc quá trình đi lên A- lần thứ 4, được tác động đóng lại (đồng thời và

được duy trì từ trước) nên S6 có điện -> các tiếp điểm S6(121-123) trên mạch
động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi từ
trong ra C-.

25