Điều khiển bàn máy bào giường

--------------------------------------------------------------------------------------------------------
LỜI 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 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
những ứng dụng đó mà đồ án này em thiết kế là “Điều khiển bàn máy bào
giường”. Tự động hoá điều khiển bàn máy bào giường là quá trình điều khiển
bàn máy chạy thuận ,chạy ngược và cắt đi lớp kim loại trên bề mặt vật liệu có
chiều dày theo yêu cầu .
Chất lượng 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 em sử dụng phương pháp Hàm tác động. 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.
Qua một thời gian thực hiện cùng với sự nỗ lực của bản thân cũng như sự
chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Tuy nhiên
với một lĩnh vực tương đối khó và đòi hỏi độ chính xác cao mà chỉ tiếp xúc trong
thời gian ngắn chắc chắn báo cáo này còn nhiều điều thiếu sót, em mong rằng tiếp
tục nhận được ý kiến đóng góp của thầy giáo và các bạn để đồ án được hoàn thiện

hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PHAN CUNG người đã trực tiếp, tận tình
giúp đỡ em hoàn thành đồ án này..
Em xin chân thành cảm ơn thầy!
Hà Nội, ngày 2 tháng 1 năm 2008
Sinh viên thực hiện
BÙI ĐỨC THÀNH
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
I.Giới thiệu về công nghệ
Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt
bớt các lớp kim loại thừa ,để sau khi gia công chi tiết có hình dáng gần đúng yêu
cầu (gia công thô) hoặc thoả mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất
định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh).
Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi phương pháp gia công
,dạng dao ,đặc tính chuyển động ...,các máy cắt được chia thành các máy cơ bản
:tiện ,phay ,bào ,khoan –doa, mài và các nhóm máy khác như gia công răng
,ren ,vít ...
Do yêu cầu của đề bài là thiết kế cho máy bào giường nên dưới đây là những
giới thiệu sơ qua về đặc điểm công nghệ của máy:
Máy bào giường là máy có thể gia công các chi tiết lớn,chiều dài bàn có thể
từ 1,5 đến 12m.Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có thể phân máy bào
giường thành ba loại :
-Máy cỡ nhỏ :chiều dài bàn L
b
<3m,lực kéo F
k
=30÷50 kN
-Máy cỡ trung bình : L

b
=4÷5m , F
k
=50÷70 kN
-Máy cỡ nặng : L
b
>5m ,F
k
>70kN
Chi tiết gia công được kẹp chặt trên bàn máy chuyển động tịnh tiến qua
lại .Dao cắt được kẹp chặt trên bàn dao đứng .Bàn dao đươch kẹp chặt trên xà
ngang cố định khi gia công. Trong quá trình làm việc ,bàn máy di chuyển qua lại
theo các chu kỳ lặp đi lặp lại ,mỗi chu kỳ gồm hai hành trình thuận và ngược .ở
hành trình thuận ,thực hiện gia công chi tiết ,nên gọi là hành trình cắt gọt .ở hành
trình ngược bàn máy chạy về vị trí ban đầu ,không cắt gọt ,nên gọi là hành trình
không tải .Cứ sau khi kết thúc hành trình ngược thì bàn dao lại chuyển theo chiều
ngang một khoảng gọi là lượng ăn dao s (mm/hành trình kép).Chuyển động tịnh
tiến qua lại của bàn máy gọi là chuyển động chính .Dịch chuyển của bàn dao sau
mỗi một hành trình kép là chuyển động ăn dao .Chuyển động phụ là di chuyển
nhanh của xà ,bàn dao ,nâng đầu dao trong hành trình không tải .
--------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 1. Đồ thị tốc độ của bàn máy
Trong thực tế còn có nhiều dạng đơn giản hoặc phức tạp hơn .Giả thiết bàn
máy đang ở đầu hành trình thuận và được tăng tốc độ đến tốc độ V
1
=5 ÷15 m/ph
(tốc độ vào dao )trong khoảng thời gian t
1
.Sau khi chạy ổn định với tốc độ V

1
trong
khoảng thời gian t
2
thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp để
tránh sứt dao hoặc chi tiết ).Bàn máy tiếp tục chạy ổn định với tốc độ V
1
cho đến
hết thời gian t
3
thì lại tăng tốc độ đến V
2
(tốc độ cắt gọt ).Hết thời gian t5 bàn máy
giảm tốc độ xuống V
1
.Trong thời gian t
6
bàn máy chuyển động với tốc độ V
1
và
thực hiện gia công chi tiết .Gần hết hành trình thuận bàn máy đảo chiều sang hành
trình ngược đến tốc độ V
3
> V
1
thực hiện hành trình không tải ,đưa bàn dao về vị trí
ban đầu (khi đó dao đã được đưa ra khỏi chi tiết ).Gần hết hành trình ngược bàn
máy giảm tốc độ sơ bộ đến V
1
,đảo sang hành trình thuận thực hiện một chu kỳ

khác.Bàn dao được di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình
ngược sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trước khi dao cắt vào chi tiết .
Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời
gian :
ngthck
ttT
n
+
==
11
(1-1)
trong đó :
T
ck
–thời gian của một chu kỳ làm việc của bàn máy ,[s]
t
th
– thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận [s]
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
II.nội dung của phương pháp hàm tác động :
-Dùng các chữ cái ở đầu bảng chữ cái để chỉ các tín hiệu vào độc lập của hệ
thống xét
VD: A,B,C,D...
Lấy dấu (+) hoặc (-) đứng trước các ký hiệu của tín hiệu (A,B,C...)để chỉ rõ
tín hiệu đó xuất hiện hoặc bị mất do các yếu tố điều khiển từ ngoài (có thể do công
nghệ).những tín hiệu vào chỉ xuất hiện thì được hiểu rằng những tín hiệu đó là
những tín hiệu xung chỉ xuất hiện một giai đoạn ngắn trong quá trình làm việc của
hệ (như việc ấn tay vào nút ấn rồi lại thả tay ra).Dấu trừ (-) đứng trước là những tín
hiệu thế chỉ rõ sự xuất hiện của nó phụ thuộc chặt chẽ vào yếu tố điều khiển bên
ngoài .

-Dùng các chữ cái ở cuối bảng chữ cái để chỉ các tín hiệu ra của hệ thống xét
VD: X,Y,Z,T,U,V...
Tín hiệu ra thường là tín hiệu dạng thế .Dấu (+) đứng trước phần tử chỉ rõ
phần tử đó được đưa vào hoạt động nhờ sự hoạt động hoặc ngưng hoạt động của
tín hiệu đứng sát trước nó,dấu trừ (-) đứng trước phần tử nào thì phần tử đó bị
ngưng hoạt động gây nên do phần tử dứng sát trước nó .Có trường hợp một biến cố
có thể gây nên việc chuyển đồng thời các trạng thái của một số phần tử
VD: +A(+Y,-Z)
Có nghĩa biến A xuất hiện làm cho Y và Z cùng chuyển trạng thái (Y hoạt
động, Z ngừng hoạt động )
-Dùng các chữ cái ở giữa bảng chữ cái để chỉ các biến trung gian cần
thiết bổ xung vào
VD :P,Q,M,N...
Khoảng tồn tại từ +X đến -X gọi là chu kỳ hoạt động của biến X
Đối với mỗi phần tử là đối tượng điều khiển ,hàm logic của nó thể hiện mối
quan hệ đóng f
đ
để đưa phần tử đó vào hoạt động và mối quan hệ cắt để buộc phần
tử đó ngừng làm việc
hàm f
đ
(M) là một tổ hợp của các tín hiệu mà sao cho khi f
đ
=1 thì M=1
hàm f
c
(M) là một tổ hợp của các tín hiệu mà sao cho khi f
c
=1 thì M=0
Vậy để hàm có thể chấp nhận giá trị logic 1 nó cần phải thỏa mãn hai điều

kiện:Hàm đóng f
đ
tồn tại (f
đ
=1)và hàm cắt không tồn tại để (
1
=
−
c
f
nghĩa là f
c
=0)
Vậy hàm tác động của biến M là : f(M)=f
đ
(M).
1(M)f
c
=
−
Nếu biến có nhiều chu kỳ hoạt động f
1
(M),f
2
(M) ...thì hàm điều khiển chung
của phần tử đó trong suốt công nghệ là :
∑
=
=
n

i
i
MfMf
1
)()(
Sau khi thành lập được f
đ
,f
c
ta phải tiến hành kiểm tra
* Kiểm tra hàm đóng của phần tử thường xảy ra hai trường hợp :
-Nếu f
đ
không thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của phần tử thì biểu thức
f
đ
lập được đã thỏa mãn yêu cầu của hàm.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
-Nếu f
đ
thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của phần tử thì cần phải
thêm một biến phụ p
1
thì khi đó hàm đóng mới có tác dụng
f
đ
’
=f
đ
+p

1
trong trường hợp xét thấy hành vi điều khiển và trạng thái của hệ thống như
hành vi của phần tử xảy ra thì có thể lấy biến ra làm biến phụ .Khi đó hàm điều
khiển sẽ là :
f
’
=(f
đ
+p
1
).p
1
*Kiểm tra hàm cắt của phần tử cũng xảy ra hai trường hợp :
-Nếu f
c
không thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của phần tử thì f
c

thu được đã thỏa mãn yêu cầu .
-Nếu f
c
thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng của phần tử thì cần phải
thêm một biến phụ p
2

f
c
’
=f
c

.p
2
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
CHƯƠNG II
XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN
I.Mô tả và phân tích công nghệ
Mục đích của đồ án là xây dựng cấu trúc điều khiển chuyển động thuận
nghịch của máy bào giường.
Theo công nghệ yêu cầu: Sau khi ấn nút mở máy động cơ sẽ kéo bàn máy
chuyển động thuận với vận tốc V
1
( vận tốc nhỏ), hành trình này kéo dài từ A → B.
Khi bàn máy đến B, cần phải gia tốc để bàn máy chuyển động với vận tốc V
2
> V
1
,
nhằm thực hiện chuyển động ăn dao (cắt gọt vật liệu, chi tiết).Đến C cần giảm tốc
để bàn máy chuyển động với vận tốc V
1
. Đến D, sau khi đã làm xong công việc thì
đảo chiều quay của động cơ, kéo bàn máy chuyển động theo hành trình ngược. Để
tăng năng suất, yêu cầu trong hành trình ngược, điều khiển bàn máy chạy với vận
tốc V
3
. Khi đến E của hành trình ngược, sẽ giảm vận tốc của bàn máy từ V
3
xuống V
1
nhằm phục vụ cho trạng thái bắt đầu hành trình thuận tiếp theo. Đến A

bàn máy đảo chiều quay và chuyển động thuận với vận tốc V
1
bắt đầu một chu kì
mới.
Bàn máy sẽ tự động làm việc Muốn dừng hoàn toàn trạng thái làm việc của
hệ thống thì ấn nút dừng, dừng ở vị trí A; tức là đầu hành trình thuận.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Từ việc mô tả yêu cầu công nghệ ở trên ta thấy rằng việc thực hiện có thể sử
dụng điều khiển theo nguyên tắc hành trình. Bằng việc đặt tại các vị trí A, B, C,
D,E các cảm biến vị trí, thực tế là sử dụng các công tắc hành trình, ta sẽ thực hiện
được trình tự đóng cắt mạch điều khiển một cách hợp lý, đáp ứng được yêu cầu
công nghệ.
Ngoài việc cơ bản dùng nguyên tắc hành trình để điều khiển ta có thể sử
dụng thêm các nguyên tắc điều khiển khác, như : nguyên tắc thời gian, nguyên tắc
dòng điện … để có thể hoàn thiện cấu trúc điều khiển.
Chi tiết việc thiết kế cấu trúc mạch điều khiển và cấu trúc mạch lực sẽ được
trình bày dưới đây.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
II.Trình tự các bước xây dựng cấu trúc điều khiển.
Theo yêu cầu của đề bài, dưới đây xin trình bày việc tổng hợp mạch điều
khiển bằng phương pháp hàm tác động.
1.Xác định các tín hiệu điều khiển & các tín hiệu chấp
hành:
Từ phân tích ở trên, ta đã xác định nguyên tắc điều khiển chuyển động thuận
– nghịch của bàn máy là nguyên tắc hành trình. Vì vậy tại các vị trí A, B, C, D ta
đặt các công tắc hành trình a,b,c,d để lấy tín hiệu điều khiển quá trình làm việc
của công nghệ.
Quy ước các trạng thái của các tín hiệu điều khiển (tín hiệu vào) như sau:
+ a =1: Nếu bàn máy qua A & ra lệnh điều khiển bàn máy chạy thuận với
vận tốc V

1
(nếu bàn máy đang đứng yên tại A).
+ a =0: Khi bàn máy rời khỏi A.
+ b =1: Xác nhận bàn máy ở tại B. Ra lệnh bàn máy tiếp tục chuyển động
thuận với V
2
nếu trước đó bàn máy chuyển động thuận với V
1
+ b =0: Khi bàn máy rời khỏi vị trí B.
+ c=1: Xác nhận bàn máy ở tại C. Ra lệnh cho bàn máy chạy thuận với vận
tốc V
1
+ c =0: Khi bàn máy rời khỏi C.
+ d=1: Xác nhận bàn máy ở tại D. Ra lệnh cho bàn máy chạy ngược với vận
tốc V
3
.
+ d =0: Khi bàn máy rời khỏi D.
+e=1:Xác nhận bàn máy ở tại E. Ra lệnh cho bàn máy giảm tốc độ từ V
2
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Xuống V
1
+)e=0:khi máy rời khỏi E

Như vậy, các tín hiệu a, b, c, d,e là các tín hiệu xung.
Các tín hiệu chấp hành (tín hiệu ra) là: T, N, V
1
, V
2

, V
3
.
Trong đó:
T _ là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm để bàn máy chạy thuận.
N _ là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm để bàn máy chạy ngược.
V
1
_ là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm để bàn máy chuyển động với vận
tốc V
1
.
V
2
_ là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm để bàn máy chuyển động với vận
tốc V
2
.
V
3
_ là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm để bàn máy chuyển động với vận
tốc V
3
.
Các tín hiệu chấp hành sẽ xuất hiện khi một tổ hợp nhất định của các tín
hiệu điều khiển tác động nhằm điều khiển bàn máy chạy đúng ý đồ thiết kế.
2.Lập dãy biến cố công nghệ:
Với các tín hiệu vào và các tín hiệu ra như đã chọn ở trên ta có dãy biến cố
công nghệ biểu diễn truyền động bàn cho máy bào giường có công nghệ như yêu
cầu như sau:

F = ( +A –N ) +T +V
1
( +B –V
1
) +V
2
(+C –V
2
)+V
1
+(D-T)+(N-V
1
)+V
3
+(E-
V
3
)+V
1
+A....
3.Tìm hàm điều khiển của các biến T,N,V
1
,V
2
,V
3
*Biến T:
f
đ
( T ) = a.

n
f
c
( T ) = d
Do a là tín hiệu xung, nên hàm f
đ
( T ) ở trên sẽ bị thay đổi giá trị trong giai
đoạn đóng của biến chạy thuận T . Vì vậy, để hàm thoả mãn công nghệ thì cần
thêm biến phụ để duy trì trạng thái ra khi mất tín hiệu xung cho đến khi có tín hiệu
làm cho hàm cắt tác động thì mới chuyển trạng thái. f’
đ
( T ) = (a + t).
n
vậy hàm điều khiển của biến T là : f( T ) = f’
đ
( T ).
(T)f
c
=(a + t).
n
.
d
*Biến N:
tương tự như biến T ta có
f
đ
( N ) = d.
t
f
c

( N ) = a