điều khiển công nghệ khoan bốn lỗ

Đồ án điều khiển Logic_Công nghệ khoan 4 lỗ
Lời Nói Đầu
Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước,một trong
những tiêu chí để đánh giá sự phát triển công nghiệp của mỗi quốc gia là
mức độ tự động hoá trong các quá trình sản xuất. 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 cơ sở và hỗ trợ cho sự phát triển tương
xứng của lĩnh vực tự động hoá.
Nước ta mặc dù còn 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 hóa điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào
nhiều lĩnh vực,trong tất cả các khâu của quá trình sãn xuất.Một trong những
ứng dụng đó mà đồ án này thiết kế là điều khiển công nghệ khoan bốn lỗ.
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 điều khiển công việc đưa vật thể vào vị trí định trước
+Tự động đưa mũi khoan vào khoan vật thể sau đó quay về vị trí cũ để
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 Grafcet.
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Công Nghĩa_Lớp TĐH4 K50
1
Đồ án điều khiển Logic_Công nghệ khoan 4 lỗ
MỤC LỤC

Đề bài………………………………………………………………………3
ChươngI:Giới thiệu về công nghệ………………………………..4
I)Giới thiệu chung về công nghệ khoan……………………………….....4
1)Khoan cơ khí………………………………………………………………
II)Giới thiệu sơ đồ công nghệ khoan chuyên dùng……………………...5
III)Các thiết bị điều khiển và thiết bị chấp hành………………………..6
1)Van phân phối điện-khí nén 7/5/2………………………………………….
2)Xylanh kép…………………………………………………………………
Chương II:Thiết kế mạch điều khiển……….…………………….9
I)Phương pháp Grafcet…………………………………………………...9
II)Lập Grafcet cho hệ thống……………………………………………...9
1)Lập Grafcet1………………………………………………………………
2)Chọn sơ bộ thiết bị điều khiển và chấp hành……………………………..
3)Lập Grafcet2………………………………………………………………
4)Xác định các hàm điều khiển……………………………………………..
5)Mạch điều khiển…………………………………………………………14
III.Thuyết minh hoạt động của sơ đồ…………………………………...15
ChươngIII :Tính chọn thiết bị cho hệ thống………..……………17
I.Thiết bị chấp hành ……………………………………………………..17
II. Thiết bị điều khiển…………………………………………………….18
III )Thiết bị bảo vệ ……………………………………………………….22
Chương IV: Lắp ráp hệ thống..…………………………………...23
I) Sơ đồ lắp ráp………………………………….………………………..23
II)Bảng đấu dây …………..……………………………………………...24
Tài liệu tham khảo:…………………………………………………….…28
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Công Nghĩa_Lớp TĐH4 K50
2
Đồ án điều khiển Logic_Công nghệ khoan 4 lỗ
Đề bài:
I)Nhiệm vụ: thiết kế hệ thống điều khiển cho máy khoan chyên dụng có

công nghệ như ở hình vẽ dưới đây:
II)Nội dung:
1.Thiết kế sơ đồ nguyên lý
2)Tính chọn thiết bị điều khiển với công suất truyền động P=15 KW
3.Thiết kế sơ đồ lắp ráp
III)Thuyết minh và bản vẽ:
1.Một quyển thuyết minh
2.Hai bản vẽ A
0
cho sơ đồ nguyên lí và sơ đồ lắp ráp
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Công Nghĩa_Lớp TĐH4 K50
Sơ đồ công nghệ khoan 4 lỗ
CHI TIẾT
m
3
Đồ án điều khiển Logic_Công nghệ khoan 4 lỗ
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ
I)Giới thiệu chung về công nghệ khoan:
1)Khoan cơ khí
Máy để khoan lỗ trên phôi kim loại và các vật liệu khác, MK 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,
vv.
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 MK thành: máy vạn năng, máy chuyên môn hoá và
máy chuyên dùng. MK vạn năng có: khoan đứng, khoan cần. MK chuyên
môn hoá có: MK tổ hợp, MK tự động... MK chuyên dùng có: MK tâm, MK
lỗ sâu và MK nhiều trục chính. MK còn được chia theo cách bố trí trục

chính và số lượng trục như MK đứng, MK ngang, MK cần hướng kính, MK
khoảng cách trục chính cố định, MK một trục chính và nhiều trục chính.
HÌNH MỘT MÁY KHOAN CƠ KHÍ
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Công Nghĩa_Lớp TĐH4 K50
4
Đồ án điều khiển Logic_Công nghệ khoan 4 lỗ
Cấu tạo cơ bản của một máy khoan bàn khoan di chuyển 2 chiều:
8
6
9
11
10
7
5
4
3
2
1
Thông thường,khi tiến hành khoan trên một đối 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,đó là chính mũi khoan
sẽ di chuyển đến những vị trí cần khoan lỗ,sau đó tự nó cũng thực hiện hành
trình lên/xuống để khoan lỗ như như bình thường.Phương pháp này áp dụng
cho những đối tượng có kích thước lớn ,cồng kềnh phức tạp việc di chuyển
nó sẽ gây khó khăn đồng thời việc di chuyển mũi khoan thuận lợi hơn.
II)Giới thiệu sơ đồ công nghệ khoan chuyên dùng:
Với sơ đồ công nhệ khoan như trong đồ án 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.
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Công Nghĩa_Lớp TĐH4 K50
5
1- Thân máy
2- Động cơ dẫn động trục Z
3- Vit- đai ốc bi & bàn trượt trục Z
4- Động cơ khoan
5- Bàn máy
6- Vit- đai ốc bi & bàn trượt trục Y
7- Động cơ dẫn động trục Y
8- Vit-đai ốc bi & bàn trượt trục X
9- Động cơ dẫn động trục X
10- Con lăn đỡ
11- Đế máy

Đồ án điều khiển Logic_Công nghệ khoan 4 lỗ
Khi tiến hành tổng hợp một hệ điều khiển theo quy trình công nghệ đã
cho (có thể bằng lời 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 từ 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 hàm tác động.
+)Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp phân tầng.
+)Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp Grafcet.
Một mạch điều khiển tổng hợp phải thoả 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 tiện cho việc vận hành.
+)Có tính kinh tế và đáp ứng về mặt kỹ thuật.
Với yêu cầu của đề tài,ta tiến bằng phương pháp Grafcet
III)Các thiết bị điều khiển và thiết bị chấp hành
1)Van phân phối điện-khí nén 7/5/2(7lỗ vào/ra,5đường ống và 2trạng thái )
Đây là loại van dùng để phân phối khí nén vào xilanh mục đích đảo
chiều chuyển động của Xylanh.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
S=E=0
S=P=1



Nếu A-=0,A+=0 =>
S
=0,S=1:Trạng thái “0” được duy trì.
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Công Nghĩa_Lớp TĐH4 K50
m
A+ A-
C-
C+
B+
B-
A+
A+
A+
A-
A-

6
Đồ án điều khiển Logic_Công nghệ khoan 4 lỗ
-Nếu ta cấp điện cho van sao cho A-=0,A+=1,dưới tác dụng của cuộn hút
A+ kéo trục của van dịch chuyển sang trái làm cho
S=E=0
S=P=1



Van chuyển trạng thái từ “0” lên “1”.
Nếu A-=0,A+=0 =>S=0,
S
=1:Trạng thái “1” được duy trì.
Kí hiệu của van điện/khí nén 7/5/2 trên sơ đồ:
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Công Nghĩa_Lớp TĐH4 K50
7
1- Thân van 2- Hệ thống ngăn xếp E:Cửa xả
A+,A-:Cửa vào,cung cấp tín hiệu điều khiển (dòng điện)vào điều khiển
S,S-:Cửa ra,cung cấp tín hiệu ra(dong khí nén) P:Nguồn cung cấp khí nén
.
Đồ án điều khiển Logic_Công nghệ khoan 4 lỗ
2)Xylanh kép:
a)Cấu tạo :gồm 2 thành phần chính
+)Xylanh:là ống trụ tròn dài,làm bằng vật liệu chịu lực tốt,chứa pitton bên
trong,trên thân Xylanh có 2 lỗ 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 đồng trục với
Xylanh,có thể di chuyển tịnh tiến trong Xylanh tùy thuộc áp lực dòng khí tác
dụng vào má nào của Gioăng pitton
b)Nguyên lí hoạt động:

Nếu cho khí nén vào cửa 4 của Xylanh,dưới tác dụng của áp suất khí
nén pitton chuyển động sang phải mang theo cầu Xylanh và phụ tải chuyển
động sang phải
Muốn đổi chiều chuyển động của Pitton ta cắt nguồn khí cấp vào cửa 4
đồng thời cấp nguồn khí vào cửa 5 thì dưới tác dụng của khí nén pitton lúc
này lại chuyển động theo chiều ngược lài từ phải qua trái
Xylanh kép có nhũng ưu điểm so với Xylanh đơn:
+)Công suất lớn,chiều dài hành trình dài hơn(có thể lên tới 2 m)
+)Điều khiển tự động bằng điện với cả 2 chiều chuyển động
+)Ứng dụng trong những hệ thống nhỏ và trung bình
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Công Nghĩa_Lớp TĐH4 K50
8
Đồ án điều khiển Logic_Công nghệ khoan 4 lỗ
ChươngII: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
I)Phương pháp Grafcet
Công nghệ của một máy hay của một nhóm máy thường làm việc
theo tuần tự thời gian từ trạng thái đầu tiên cho đến trạng thái cuối cùng theo
một chu kỳ lặp đi lặp lại và để chuyển trạng thái làm việc thường có những
tác nhân kích thích.Phương pháp Grafcet (Graphe Fonctionel de Commande
Etape Transitions) là công cụ mô tả bằng hình học cho phép biểu diễn hoạt
động của một hệ thống tuần tự là đồ hình chức năng cho phép mô tả các
trạng thái làm việc (hành vi làm việc, các tác nhân kích thích) và biểu diễn
quá trình điều khiển với các trạng thái chuyển biến từ trạng thái này sang
trạng thái khác (hướng chuyển trạng thái). Grafcet cho một quá trình luôn là
một đồ hình khép kính từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối.
II)Lập Grafcet cho hệ thống
1)Lập Grafcet1:
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Công Nghĩa_Lớp TĐH4 K50
9
Đồ án điều khiển Logic_Công nghệ khoan 4 lỗ

2)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 Xylanh kép:
+)Xylanh X1điều khiển quá trình chuyển động lên/xuống của đầu mũi khoan
+)Xylanh X2 điều khiển quá trình chuyển động sang phải/trái của mũi khoan
+) Xylanh X3điều khiển quá trình chuyển động đi vào /ra của đầu mũi khoan
Trong đó các xylanh được cấp nguồn khí nén bởi các van phân phối
Điện_khí nén 7/5/2 áp suất thích hợp:
_Chọn thiết bị diều khiển mạch lực:

Dùng các cặp cảm biến (công tắc) hành trình :a
0
,a
1
,b
0
,b
1
,c
0
,c
1
,trong đó
+) a
0
để điều khiển quá trình chuyển động xuống của đầu mũi khoan
+ )a
1
để điều khiển quá trình chuyển động lên của đầu mũi khoan
+) b

0
để điều khiển quá trình chuyển động sang phải của đầu mũi khoan
+) b
1
để điều khiển quá trình chuyển động sang trái của đầu mũi khoan
+) c
0
để điều khiển quá trình chuyển động vào trong của đầu mũi khoan
+) c
1
để điều khiển quá trình chuyển động ra ngoài của đầu mũi khoan
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Công Nghĩa_Lớp TĐH4 K50
10
Đồ án điều khiển Logic_Công nghệ khoan 4 lỗ
3)Lập Grafcet2 :
4)Xác định các hàm điều khiển dựa vào Grafcet trên:
Từ GRAFCET2 ta thành lập được các hàm điều khiển như sau:
+
0 0 6
0 d 0 c 0 0 6 1
-
0 1
S =g+c S
f(S )=f (S ).f (S )=(g+c S ).S
S =S

⇒


+

1 0 0 0 0 1 3 1 4 0 5
1 2
S =(m+a b c )S +b S +c S +b S
S =S
−



[ ]
1 d 1 c 1 1 1 0 0 0 0 1 3 1 4 0 5 2
f(S ) f (S ).f (S ) S .S (m a b c ).S b S c S b S .S
+ −
⇒ = = = + + + +
+
2 1 1
+ --
2 d 2 c 2 2 2 1 1 3 4 5 6
--
2 3 4 5 6
S =a S
f(S )=f (S ).f (S )=S .S =a .S .S .S .S .S
S =S +S +S +S

⇒


+
3 0 0 0 2
+ -
3 d 3 c 3 3 3 0 0 0 2 1

--
3 1
S =a .b .c .S
f(S )=f (S ).f (S )=S .S =a .b .c .S .S
S =S

⇒


+
4 0 1 0 2
+ -
4 d 4 c 4 4 4 0 1 0 2 1
-
4
S =a .b .c .S
f(S )=f (S ).f (S )=S .S =a .b .c .S .S
S

⇒


+
5 0 1 1 2
+ -
5 d 5 c 5 5 5 0 1 1 2 1
-
5 1
S =a .b .c .S
f(S )=f (S ).f (S )=S .S =a .b .c .S .S

S =S

⇒


+
6 0 0 1 2
+ -
6 d 6 c 6 6 6 0 0 1 2 0
-
6 0
S =a .b .c .S
f(S )=f (S ).f (S )=S .S =a .b .c .S .S
S =S

⇒


Sinh viên thực hiện:Nguyễn Công Nghĩa_Lớp TĐH4 K50
11
Đồ án điều khiển Logic_Công nghệ khoan 4 lỗ
5)Hiệu chỉnh mạch điều khiển:
*Xác định các hàm điều khiển sau khi đã hiệu chỉnh:
Từ Grafcet2 sau hiệu chỉnh,thành lập được các hàm điều khiển như sau:
+
1 0 6 1 3 1 4 0 5
1 2
S =m+c S +b S +c S +b S
S =S
−




[ ]
1 d 1 c 1 1 1 0 6 1 3 1 4 0 5 2
f(S ) f (S ).f (S ) S .S (m c S b S c S b S ) .S
+ −
⇒ = = = + + + +
+
2 1 1
+ --
c
5
2 2 2 2 2 1 1 3 4 6
d
--
5
2 3 4 6
S =a S
f(S )=f (S ).f (S )=S .S =a .S .S .S .S .S
S =S +S +S +S





⇒
+
3 0 0 0 2
+ -

3 d 3 c 3 3 3 0 0 0 2 1
--
3 1
S =a .b .c .S
f(S )=f (S ).f (S )=S .S =a .b .c .S .S
S =S

⇒


+
4 0 1 0 2
+ -
4 d 4 c 4 4 4 0 1 0 2 1
-
4
S =a .b .c .S
f(S )=f (S ).f (S )=S .S =a .b .c .S .S
S

⇒


+
5 0 1 1 2
+ -
5 d 5 c 5 5 5 0 1 1 2 1
-
5 1
S =a .b .c .S

f(S )=f (S ).f (S )=S .S =a .b .c .S .S
S =S

⇒


+
6 0 0 1 2
+
6 d 6 c 6 6 6 0 0 1 2 1
6 1
S =a .b .c .S
f(S )=f (S ).f (S )=S .S =a .b .c .S .S
S =S
−
−

⇒


.
Khi thực hiện sơ đồ điều khiển ta có một số hiệu chỉnh sau:
+)Cần sử dụng thêm các Rơle(Công tắc tơ) trung gian cho các công tắc
hành trình a
0
,b
0
,c
0
,b

1
,c
1
.
+)Bỏ qua được trạng thái S
0
,sau trạng thái S
6
hệ thống làm việc với S
1
ngay
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Công Nghĩa_Lớp TĐH4 K50
12