Ứng dụng phần mềm Automation studio 5.0 để mô phỏng thiết kế quá trình điều khiển hệ thống thủy lực trên máy khoan ECM660-III

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008

39
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM AUTOMATION STUDIO 5.0 ĐỂ
MÔ PHỎNG THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ
THỐNG THUỶ LỰC TRÊN MÁY KHOAN ECM660 – III
THE APPLICATION OF SOFTWARE AUTOMATION STUDIO 5.0 FOR
SIMULATION, DESIGING THE CONTROLLING PROCESS OF HYDRAULIC
SYSTEM ON THE DRILLING MACHINE ECM660 – III

SVTH: PHẠM MINH MẬN (03C4B)
GVHD: ThS. NGUYỄN VĂN ĐÔNG

TÓM TẮT
Báo cáo giới thiệu việc ứng dụng phần mềm Automation Studio 5.0 để mô phỏng quá trình
thiết kế, tính toán kiểm nghiệm một số thông số của các phần tử trong quá trình điều khiển hệ
thống thuỷ lực trên máy khoan ECM660 – III. Từ đó ứng dụng vào mô phỏng thiết kế các quá
trình điều khiển của hệ thống thuỷ lực trên các máy công trình.
ABSTRACT
The report introduces the application of software Automation Studio 5.0 for simulation,
caculation and testing some specifications of components during the controlling process of
hydraulic system on drilling machines ECM660 – III. Since it can be appied to the designing
simulation for all control processes of hydraulic system on producers.

1. MỞ ĐẦU.
Hiện nay, việc xây dựng tính toán thiết kế hệ thống thuỷ lực của các loại máy trong
ngành công nghiệp gặp rất nhiều khó khăn, tốn nhiều thời gian và hiệu quả không cao. Làm
thế nào để khắc phục được các nhược điểm trên là một mối quan tâm lớn của tất cả các Kỹ sư
ngành động lực. Automation Studio 5.0 là phần mềm ứng dụng có thể tính toán thiết kế, mô
phỏng một cách trực quan quá trình động học của từng phần tử trong hệ thống thuỷ lực ở các
chế độ làm việc khác nhau khi có quá trình điều khiển bằng hệ thống thuỷ lực hay kết hợp.

Ngoài ra kết hợp các đường đặt tính và hình mô phỏng động xuất ra từ phần mềm khi điều
khiển, chúng ta có thể đánh giá được quá trình làm việc của từng máy. Trên cơ sở đó vận dụng
vào quá trình làm việc của nó trong thực tế.
2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.
2.1. Thư viện của các phần tử từ phần mềm Automation Studio 5.0.
Sau khi cài đặt chương trình, ta vào giao diện chính của Automation Studio 5.0 các
phần tử có sẵn trong thư viện chính, từ đó thiết kế thư viện riêng cho sơ đồ hệ thống thuỷ lực
cần mô phỏng như hình 2.1.

Hình 2.1.a

Hình 2.1.b
Hình 2.1.a.Giao diện thư viện chính.
Hình 2.1.b.Giao diện thư viện riêng.
A. Cửa sổ thư viện.
B. Mở thư viện.
C.Các mục trong thư viện.
D.Các phần tử thiết kế.
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008


40
Các phần tử trong thư viện thiết kế riêng được mô phỏng khi điều khiển một cách trực
quan ngay trên phần mềm cho người xem như: Xilanh thuỷ lực, bơm bánh răng, van
logic(OR), bộ lọc, van tràn, mô tơ,…

a

b

c
Hình 2.2.Vài phần tử
mô phỏng được thiết kế
trong thư viện
a. Xilanh.
b. Bơm bánh răng.
c. Van logic.
d. Bộ lọc.
e. Van tràn.
h. Môtơ.

d

e

h
2.2. Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống thuỷ lực của máy khoan ECM660 –III.
Hệ thống thuỷ lực là hệ thống điều khiển chính cho các chế độ làm việc của máy khoan
ECM660 – III. Hệ thống này có nhiều mạch, mỗi mạch gồm nhiều phần tử kết hợp như: Van
đảo chiều, xilanh lực, bơm chính, van tiết lưu,…Các phần tử đó tạo một thể thống nhất và là
hệ kín trong tất cả quá trình điều khiển hệ thống thuỷ lực. Hệ thống trên hình 2.3 là một điển
hình.
P1
P2 P3
S L
X
B
P1
P2
T

T
P1P2 T
A
B
P2 P1
A
B
B
A
B
A
A
D
B
T
T
P1
P2
T
P1P2 T
B
A
P T
A
B
T
B
A
P
P

T
P1
P2
A B
P1
P1
P2
T
P T
P
T
P1 T
BA A B A B A B A B
A
B A B
P1
BA
P2
P1
T
P
B2
A2A1
B1 B1
A1 A2
B2
P
T
T
P2

P1
AB
AB
A
BA
B
A
BAB
T
P2
P1
1
2
3
4
5 6
P2
T
P1
ABABB A
1
2
3
4
5
6
7

Hình2.3.Sơ đồ hệ thống thuỷ
lực máy khoan ECM 660 – III.

1.Cụm van và bơm chính.
2.Van điều khiển áp suất.
3.Cụm định vị ngoài cabin.
4.Cụm định vị trong cabin.
5.Cụm van và xilanh thay
cần khoan tự động.
6.Cụm van điều khiển
bộ phận xử lý bụi.
7.Cụm van điều khiển hệ
thống di chuyển.

2.3. Mô phỏng quá trình điều khiển búa khoan của máy khoan ECM660 – III trên phần
mềm Automation Studio 5.0.
Sau khi xây dựng các phần tử trong thư viện riêng, ta có thể thực hiện mô phỏng động
học tất cả các quá trình làm việc của máy. Ở đây ta mô phỏng điển hình quá trình làm việc khi
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008

41
điều khiển ở chế độ dẫn tiến, tạo sự va đập và quay búa khoan. Quá trình điều khiển được mô
phỏng như hình 2.4.

Hình 2.4. Mô phỏng quá trình điều khiển búa khoan
2.4. Kết quả tính toán kiểm nghiệm một số phần tử.
Tính toán kiểm nghiệm bơm chính P1 và bơm tăng cường P2, P3 trên phần mềm
Automation Studio 5.0 để thấy rõ được một số thông số được xuất ra sau khi tính toán một
cách nhanh chóng. Sau khi dựa vào các thông số đã cho trên bảng 2.1, ta tính toán kiểm
nghiệm lại được kết quả như bảng 2.2.
Bảng 2.1: Các thông số đã cho theo lý thuyết của bơm P1, P2, P3.
Các thông số đã cho Bơm P1 Bơm P2 Bơm P3
Lưu lượng lý thuyết của bơm: Qlt(L/phút) Q

1lt
= 131 Q
2lt
= 67 Q
3lt
= 35
Số vòng quay: n(vòng/phút) n
1
= 2300 n
2
= 2300 n
3
=2300
Áp suất: P(kG/cm
2
) p
1
= 230 p
2
= 210 p
3
= 250
Thể tích:V(L) V
1
= 0,06 V
2
=0,028 V
3
=0,016
Bảng 2.2: Các thông số sau khi tính toán của bơm P1, P2, P3.

Các thông số Bơm P1 Bơm P2 Bơm P3
Lưu lượng riêng của bơm q (Cm3/ vòng) 56,956 29,13 15,22
Lưu lượng thực tế của bơm Q
tt
(L/phút) 125,76 61,64 32,2
Công suất thực tế của bơm N
tt
(kW) 47,26 21,151 13,154
Công suất động cơ cung cấp cho bơm P(kW) 56,446 27,599 17,164
2.5. Đồ thị đặc tính xuất ra từ phần mềm của một số phần tử.
Sau khi tính toán và mô phỏng quá trình làm việc của hệ thống thì từ phần mềm xuất ra
được các đường đặc tính và hình động mô phỏng của nhiều phần tử. Sau đây là một vài phần
tử minh hoạ thể hiện trong quá trình mô phỏng.
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008


42

Hình 2.5. Đường đặc tính và hình mô phỏng của bơm bánh răng P1
Trên các đường đặc tính này tuỳ theo từng phần tử mà ta thể hiện mối quan hệ với thời
gian thông qua các đường như: Lưu lượng , áp suất, gia tốc,…

Hình 2.6. Đồ thị đặc tính và hình mô phỏng của piston dẫn tiến búa khoan
3. Kết luận và hướng phát triển
Qua việc nghiên cứu và mô phỏng thiết kế hệ thống thuỷ lực của máy khoan ECM660
–III. Ta thấy Automation Studio 5.0 là phần mềm phù hợp cho việc giảng dạy cũng như trong
học tập trong trường về các hệ thống thủy lực, khí nén… của tất cả các máy liên quan. Việc sử
dụng phần mềm phải nhập rất nhiều thông số của thiết bị làm cho quá trình mô phỏng sát với
thực tế. Giúp cho chúng ta có thể đề xuất các phương án khai thác khác một cách hiệu quả.
Do thời gian nghiên cứu quá ngắn nên việc ứng dụng phần mềm chưa triệt để, hơn nữa

đòi hỏi người sử dụng phải có kiến thức tin học và kiến thức chuyên ngành tổng hợp để khai
thác hết khả năng của phần mềm. Với đề tài nghiên cứu này, nếu có thời gian em sẽ cố gắng
ứng dụng vào cho tất cả quá trình điều khiển hệ thống thuỷ lực của các máy một cách thực tế
nhất. Đặc biệt là các máy trong công nghiệp hiện nay.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Đinh Ngọc Ái, Đặng Huy Chi, Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Nhuận (1972). Thuỷ
lực và máy thuỷ lực (Tập II), Nhà Xuất Bản Đại Học và THCN, Hà Nội.
[2] Nguyễn Ngọc Phương, Huỳnh Nguyễn Hoàng(1999). Hệ thống điều khiển bằng thuỷ
lực, Nhà Xuất Bản Giáo Dục, Hà Nội.
[3] Trần Doãn Đỉnh, Nguyễn Ngọc Lê, Phạm Xuân Mão, Nguyễn Thế Thưởng (1984).
Truyền dẫn thuỷ lực trong chế tạo máy, Nhà Xuất Bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[4] Catalog kỹ thuật về máy khoan ECM660 – III.
[5]