thiết kế hệ thống điều khiển lôgic cho công nghệ khoan qua hai giai đoạn

Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

đồ án môn học điều khiển lôgic
I . Nhiệm vụ :
- Thiết kế hệ thống điều khiển lôgic cho công nghệ khoan qua hai giai đoạn nh ở
hình dới đây :
m
A

B

C

Trong đó :
Đờng nét liền
Chạy với vận tốc
V1
Đờng nét đứt
Chạy với vận tốc
V2

Với : V1>V2

D

II . Nội dung :
1. Thiết kế sơ đồ nguyên lý .
2. Tính chọ thiết bị điều khiển .
3. Thiết kế sơ đồ lắp giáp .
III . Thuyết minh và bản vẽ :
1. Một quyển thuyết minh .
2. Hai bản vẽ kỹ thuật khổ A0 cho sơ đồ nguyên lý và sơ đồ lắp giáp .

Trang 1


Đồ
án
mô
n
học

TT

Sinh viên

điề
u
khi
ển
lô

gi
c

P2 thiết kế

P2 mạch lực, mạch ĐK'
1
2

Hàm tác động

Hệ T- Đ

Công suất động cơ : P = 15 (kW)

lời nói đầu
Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc có thể nói 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 trớc hết phải nói đến đó là năng suất sản
xuất và chất lợng sản phẩm làm ra dới những thành công của việc áp dụng các
công nghệ có mức độ tự động hoá cao. Sự phát triển nhanh chóng của máy tính
điện tử , công nghệ thông tin và những thành tựu của lý thuyết điểu khiển tự
động đã làm cơ sở vững chắc và hỗ trợ kịp thời cho sự phát triển tơng xứng của
các ngành công nghiệp với lĩnh vực tự động hoá trong mỗi quốc gia.
ở nớc ta mặc dù là một nớc chậm phát triển nhng những năm gần đây cùng
với những đòi hỏi của sản xuất cũng nh 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 bớc phát triển mới tạo ra sản phẩm có hàm lợng chất
xám cao, thúc đẩy quá trình 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 trong

mọi lĩnh vực, vào trong tất cả các khâu của công nghệ trong quá trình tạo ra sản
phẩm . Một trong những trong những ứng dụng đó mà đồ án này thiết kế là điều
khiển tự động công nghệ khoan qua hai giai đoạn . Tự động hoá điều khiển công
nghệ khoan là quá trình thực hiện gia công tạo ra một lỗ thủng trên bề mặt chi
tiết có kích thớc và chiều sâu đợc định trớc . Quá trình khoan gồm hai giai
đoạn :
- Ban đầu khi khoan chuyển động đi xuống để thực hiện khoan vào chi
tiết đợc một đoạn xác định đã đợc tính toán trớc thì khoan dừng lại và
đi lên, sau đó lại tiếp tục hành trình khoan sâu xuống, cuối cùng nó lại
đi ngợc lên để chuẩn bị thực hiện khoan một lỗ khác .
Trang 2


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

Chất lợng lỗ khoan và năng suất làm việc của máy phụ thuộc rất nhiều vào
công nghệ điều khiển, quá trình làm việc đợc thực hiện theo một trật tự lô gíc,
theo trật tự thời gian xác định . Do đó để điều khiển đợc công nghệ ta phải tổng
hợp đợc hàm điều khiển cho hệ thống . Có rất nhiều phơng pháp để tổng hợp

hàm điều khiển, trong khuôn khổ đồ án này em sử dụng phơng pháp hàm tác
động . So với các phơng pháp khác thì phơng pháp hàm tác động có u 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 lỗ lực của bản thân cũng nh sự chỉ
bảo nhiệt tình của thầy giáo Lu Đức Dũng . Em đã hoàn thành bản đồ án đúng
thời hạn, tuy nhiên với một lĩnh vực thiết kế tơng đối khó và đòi hỏi độ chính
xác cao mà chỉ tiếp xúc trong khoảng thời gian ngắn, chắc chắn bản đồ ná này
còn nhiều điều thiếu sót . Em mong rằng tiếp tục nhận đợc ý kiến đóng góp của
thầy, cô giáo cùng bạn bè để đồ án của em đợc hoàn thiện hơn .
Qua đây cho phép em đợc gửi lời cảm ơn trân thành nhất tới tất cả các thầy, cô
giáo trong bộ môn tự động hoá và đặc biệt là thầy giáo Lu Đức Dũng, ngời đã
tận tình hớng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành bản đồ án này .

Trang 3


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

Chơng I : thiết kế sơ đồ nguyên lý

I . Khảo sát công nghệ . Trang 5
1. Giới thiệu chung về công nghệ .
2. Bố trí công nghệ .
3. Nguyên lý hoạt động .
4. Trang bị cơ, điện cho thiết bị

Trang 4


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

II . Xây dựng cấu trúc điều khiển . Trang 7
1. Các phơng pháp tổng hợp hàm điều khiển .
2. Cấu trúc hàm điều khiển .
III . Tổng hợp mạch điều khiển bằng phơng pháp hàm tác động . Trang 8
1. Xác định các biến điều khiển .
2. Tổng hợp mạch điều khiển .
IV . Xây dựng sơ đồ nguyên lý . Trang 13
1. Nhận xét chung về tốc độ máy khoan .

2. Yêu cầu của mạch điều khiển .
3. Lựa chọn phơng án .
4. Chọn các phần tử điều khiển .
5. Thuyết minh hoạt động của sơ đồ nguyên lý .
V . Chọn lựa phần tử bảo vệ cho hệ thống . Trang 16
1. Bảo vệ ngắn mạch .
2. Bảo vệ quá tải lâu dài .
3. Bảo vệ mất từ trờng .
4. Bảo vệ tốc độ tăng U&I cho mạch chỉnh lu .
5. Chọn các phần tử đóng cắt hệ thống .
Chơng II : tính toán lựa chọn các thiết bị cho hệ thống
I . Thiết bị động lực . Trang 17
1. Chọn động cơ .
2. Chọn bộ biến đổi TIRISTOR .
3. Cầu dao động lực .

Trang 5


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi

c

4. Công tắc tơ dóng cắt mạch lực .

II . Thiết bị điều khiển . Trang 18
1. Công tắc tơ điều khiển thuận - ngợc .
2. Công tắc tơ vận tốc V1, V2 .
3. Rơ le trung gian RTr .
4. Nút ấn M, D và nút nhấp .
5. Công tắc hành trình .
III . Thiết bị bảo vệ . Trang 19
1. Rơle điện áp RA .
2. Rơle thời gian RTh .
3. Rơle dòng cực đại 1RM, 2RM, 3RM .
Chơng III : thiết kế sơ đồ lắp ráp
I . Lập bảng bố trí thiết bị và bảng đấu dây . Trang 20
1. Bảng bố trí thiết bị .
2. Bảng đấu dây .
3. Sơ đồ lắp ráp .
II . Nhận xét . Trang 25

Trang 6


§å
¸n
m«
n
häc
®iÒ

u
khi
Ón
l«
gi
c

ch¬ng I :

thiÕt kÕ s¬ ®å nguyªn lý

I . Kh¶o s¸t c«ng nghÖ :
1 . Giíi thiÖu chung vÒ c«ng nghÖ :

Trang 7


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

- Khoan là phơng pháp gia công cơ khí tạo ra các lỗ trên bề mặt vật liệu, để
thực hiện một công việc của một quá trình lắp giáp cơ khí nào đó . Cũng nh các
phơng pháp gia công cơ khí khác, gia công bằng phơng pháp khoan đợc thực
hiện bằng cách bóc tách các phần thừa của chi tiết vứt bỏ đi tạo ra phoi . Do vậy
khi thực hiện quá trình khoan lỗ sâu tạo ra nhiều phoi thì ta phải có thêm công
đoạn thoát phoi bằng cách kéo mũi khoan ra khỏi lỗ khoan để phoi thoát đi, sau
đó lại tiếp tục đa mũi khoan xuống thực hiện khoan tiếp quá trình còn lại .
2 . Bố trí công nghệ :
Từ những đặc điểm của quá trình khoan ta có sơ đồ bố trí công nghệ nh sau :
m
A

B

C

D

1

5

2

4

1

6

10

7

9

3

8

Trang 8


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

sơ đồ công nghệ thực hiện một chu trình
Ký hiệu :
Đờng nét liền
Chạy với vận tốc V1

Đờng nét đứt
Chạy với vận tốc V2
Với : V1>V2
Mũi tên chỉ chiều chuyển động .
1,2,3 ... 10 : Các giai đoạn làm việc .
a, b, c, d: Các vị trí đặt thiết bị điều khiển .
3 . Nguyên lý hoạt động :
- Quá trình gia công chi tiết đợc chia làm các giai đoạn sau :
+ Giai đoạn 1 - 2 : Mũi khoan đi xuống với tốc độ V 1 ( Mũi khoan cha
khoan vào chi tiết )
+ Giai đoạn 2 - 3 : Mũi khoan đi xuống với tốc độ V 2 và thực hiện khoan
vào chi tiết .
+ Giai đoạn 3 - 4,5 : Mũi khoan chuyển động đi lên với tốc độ V 1 ( thực
hiện việc thoát phoi ) .
+ Giai đoạn 5 - 6 - 7 : Mũi khoan đi xuống với tốc độ V 1 ( thực hiện gia
công chi tiết sau khi đã thoát phoi )
+ Giai đoạn 7 - 8 : Mũi khoan chuyển động đi xuống với tốc độ V 2 ( thực
hiện quá trình gia công tiếp ) .
+ Giai đoạn 8 - 9 - 10 : Mũi khoan đi lên với tốc độ V 1 kết thúc một chu
trình .
+ Giai đoạn 10 - 1 : Quá trình sảy ra tơng tự nh trên .
4 . Trang bị cơ, điện cho thiết bị :
* Trang bị mạch động lực :

Trang 9


Đồ
án
mô

n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

Sử dụng hai động cơ ,
Đ1 thực hiện chuyển động quay mũi khoan .
Đ2 làm nhiệm vụ chuyển động lên xuống và tạo vận tốc V 1, V2 cho mũi
khoan .
* Trang bị mạch điều khiển :
- Sử dụng các công tắc hành trình đặt tại các vị trí A, B, C, D để cảm biến
chính xác các vị trí hoạt động của mũi khoan .
II . Xây dựng cấu trúc điều khiển :
1 . Các phơng pháp tổng hợp hàm điều khiển :
- Khi tiến hành tổng hợp một hệ thống điều khiển theo quy trình công nghệ đã
cho ( có thể bằng lời nói, chữ viết hoặc đồ thị công nghệ ... ) . Ngời ta biểu diễn
sự hoạt động của công nghệ theo đúng tuần tự thời gian tác động của các biến
đầu vào và ảnh hởng của nó tới các biến đầu ra để từ đó đa ra một quy luật điều
khiển phù hợp cho hệ thống .
- Để tổng hợp mạch điều khiển cho hệ thống ta có các phơng pháp tổng hợp
nh sau .
+ Tổng mạch điều khiển bằng phơng pháp ma trận trạng thái .
+ Tổng mạch điều khiển bằng phơng pháp hàm tác động .
+ Tổng mạch điều khiển bằng phơng pháp phân tầng .
+ Tổng mạch điều khiển bằng phơng pháp Grapcet .

- Khi mạch điều khiển tổng hợp đợc phải đáp ứng các chỉ tiêu sau :
Thực hiện đúng quy trình, tiến trình công nghệ đã đặt ra .
Độ tin cậy trong quá trình điều khiển cao và chính xác .
Đảm bảo gọn nhẹ, đơn giản và thuận tiện cho việc vận hành .
Có tính kinh tế và đáp ứng đợc về mặt mỹ thuật .
- Theo nhiệm vụ của thiết kế của bản đồ án này, để tổng hợp mạch ở đây ta sử
dụng phơng pháp hàm tác động .

Trang 10


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

- Nội dung cơ bản, chủ yếu của phơng pháp này là biểu diễn những ảnh hởng
của tác động đầu vào ( các biến đầu vào ) đối với từng trạng thái của hệ là ( các
biến đầu ra ) theo một trình tự thời gian của quá trình công nghệ, sau đó xác
định hàm điều khiển cho các biến ra và trong quá trình thực hiện phải kiểm lại
tra tính đúng đắn của hàm .
2 . Cấu trúc hàm điều khiển : ( phơng pháp hàm tác động )

- Hàm điều khiển bao gồm hàm đóng và hàm cắt .
+ Hàm đóng [ Fđ () ] : - Là tổ hợp của các biến vào tác động cho một biến
đầu ra nào đó hoạt động (làm việc ).
- Điều kiện là hàm đóng không đợc đổi trị trong suốt thời gian làm việc
của biến ra đó .
+ Hàm cắt [ Fc () ] : - Là tổ hợp của các biến vào tác động cho một biến
đầu ra nào đó ngừng hoạt động (nghỉ làm việc ) .
- Điều kiện là hàm cắt không đợc đổi trị trong suốt thời gian ngừng hoạt
động của biến ra đó .
- Nếu khi tổng hợp hàm đóng và hàm cắt thấy không thoả mãn điều kiện trên
thì phải đa thêm vào các biến phụ .
- Sau khi đã tổng hợp đợc hàm điều khiển thoả mãn, ta đi vào thiết kế cụ thể
cho công nghệ theo yêu cầu .
III . Tổng hợp mạch điều khiển bằng phơng pháp hàm tác động :
1 . Xác định các biến điều khiển :
- Ta chọn các biến điều khiển cho hệ nh sau :
a . Biến đầu vào :
A, B, C, D .
b . Các biến phụ đầu vào :
p1 .
c . Biến đầu ra :
- Biến đi lên : L
- Biến đi xuống : X
- Biến vận tốc : V1
- Biến vận tốc : V2
2 . Tổng hợp mạch điều khiển :
- Theo phơng pháp hàm tác động ta có :
F = ( + A L ) + X + V1 ( + B V1 ) + V2 ( + C X ) ( + L V2 ) + V1
+ B ( + A L ) + X + V 1 + B ( + C V 1 ) + V2 ( + D X ) ( + L V 2 ) +
V1+ C + B + A ...

Trang 11


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

- Từ hàm tác động ta thấy, trong một chu kỳ làm việc của công nghệ . Mỗi chu
kỳ làm việc của một biến đầu vào thì biến đầu ra có nhiều chu kỳ, từ đây ta có
một công thức tổng quát cho công nghệ là .
F ( K ) = Fdi ( K ) + Fci ( K ).

- Nhìn vào công thức tổng quát, từ đó ta lần lợt đi xét sự hoạt động của từng
biến trong một chu kỳ của công nghệ :
a . Đối với biến xuống X :

F ( X ) = Fdi ( X ) Fci ( X ) .
Fd 1 ( X ) = a l
Fd 2 ( X ) = a l

Với : a A ; l L ; c C và d D

Fc1 ( X ) = c

Fc 2 ( X ) = d

- Từ đây ta có :

F ( X ) = ( a l + a l )( c + d ) = a l c d

- Kiểm tra hàm đóng thấy không thoả mãn, vì a là tín hiệu xung, a có rồi mất
luôn x mất theo . Ta sử dụng biến phụ và dùng ngay biến đầu ra X là x làm
biến phụ .
F ( X ) = ( a + x) l c d .
- Nhận xét hàm cắt của biến X ta thấy cũng không thoả mãn vì khi gặp tín hiệu
c là khoan phải đi lên với mạch nh thế này thì không thể thực hiện khoan tiếp ở
hành trình thứ hai đợc . Vì vậy ta phải đa thêm vào biến phụ p1.
F ( X ) = ( a + x ) l (c + p1 ) d .
- Do biến phụ p1 không thể lấy ở biến đầu ra nào đợc . Vì thế khi đa vào ta
phải phân tích quá trình làm việc của biến phụ p 1 . Sau đó viết hàm tác động và
xác định hàm điểu khiển của biến p1 .
- Ta nhận thấy p1 phải làm việc khi khoan đi xuống gặp C lần một và phải nghỉ
việc khi đi xuống gặp D lần một của một chu kỳ làm việc .
- Xác định hàm điều khiển của biến p1 .
Fd ( p1 ) = c
Fc ( p1 ) = d



F ( p1 ) = c d

Trang 12


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

- Vì c là tín hiệu xung có rồi mất ngay p1 mất theo, dùng biến phụ Ta sử
dụng ngay biến p1 làm biến phụ để duy trì cho biến c .
F ( p1 ) = ( c + p1 ) d

b . Đối với biến lên L :

F ( L ) = Fdi ( L ) Fci ( L ) .
Fd 1 ( L) = c x
Fd 2 ( L ) = d x
Fc1 ( L ) = a

Với : x X .

Fc 2 ( L ) = a

F ( L ) = (c x + d x ) ( a + a ) = ( c + d ) x a
Kiểm tra hàm đóng ta thấy c, d là những tín hiệu xung xuất hiện rồi mất luôn
làm cho tín hiệu L mất theo Dùng biến phụ . Ta sử dụng ngay biến đầu ra L
là l làm biến phụ .
F ( L) = ( c + d + l ) x a

- kiểm tra hàm cắt Fc ( L ) ta thấy thoả mãn .
Vậy hàm điều khiển đúng đắn của biến đi lên là .
F ( L) = ( c + d + l ) x a

c . Đối với biến vận tốc V1 :
Fd 1 (V1 ) = x v 2
Fd 2 (V1 ) = l v 2

Fd 3 (V1 ) = x v 2

Với : v1 V1 ; v2 V2

Fd 4 (V1 ) = l v 2
Fc1 (V1 ) = b

Fc 2 (V1 ) = 0

Fd 3 (V1 ) = c

Fd 4 (V1 ) = 0

F (V1 ) = ( x v 2 + l v 2 + x v 2 + l v 2 ).( b + 0 + c + 0)

Hay : F (V1 ) = ( x + l ) v 2 b c
- Kiểm tra hàm đóng F(V1) thấy thoả mãn .

Trang 13


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

- Nhận xét : Hàm cắt Fc2(V1) = 0, Fc4(V1) = 0 là vì tín hiệu cho phép cắt vận
tốc V1 là a nhng nó cũng đồng thời là tín hiệu đóng cho biến vận tốc V 1 ở hành
trình đi xuống .
- Kiểm tra hàm cắt F(V1) ta nhận thấy ở hành trình chuyển động đi lên của
máy khoan khi mấu gạt tác động vào B, C thì máy khoan vẫn giữ nguyên vận tốc
V1. Do vậy hàm đóng của V1 không thoả mãn với yêu cầu của công nghệ Vì
thế ta phải hiệu chỉnh nh sau, sử dụng biến vận tốc chuyển động đi lên L làm
biến trung gian để duy trì cho biến vận tốc V1 trong hành trình đi lên của máy .
F (V1 ) = ( x + l ) (b c + l ) v 2

F (V1 ) = ( x b c + l ) v 2

Nhng ở hành trình chuyển động đi xuống trong công nguyên thứ hai của một
chu kỳ làm việc vận tốc V1 không thay đổi khi mấu gạt tác động vào B .
Hàm đóng không thoả mãn yêu cầu công nghệ vậy ta cần phải tiến hành hiệu
chỉnh bằng cách sử dụng thêm biến phụ trung gian
Ta nhận thấy rằng biến phụ p1 xuất hiện khi mấu gạt tác động vào C lần thứ
nhất và p1 mất đi khi mấu gạt tác động vào D trong một chu kỳ làm việc của máy
khoan . Do vậy biến phụ phù hợp với yêu cầu đặt ra của công nghệ .
- Lúc này hàm điều khiển cho biến vận tốc V1 là .
F (V1 ) = ( x (b + p1 ) c + l ) v 2

d . Đối với biến vận tốc V2 :
Fd 1 (V2 ) = b v1

Fd 2 (V2 ) = c v1
Fc1 (V2 ) = l

Fc 2 (V2 ) = l

F ( V2 ) = (b + c) v1 l
- Kiểm tra hàm đóng của biến vận tốc V2 ta thấy b và c là các tín hiệu xung
xuất hiện rồi mất luôn dẫn đến biến vận tốc V2 mất theo .
Dùng biến phụ, ta sử dụng ngay biến ra V2 làm biến phụ .
F ( V2 ) = (b + c + v2 ) v1 l
- Kiểm tra hàm cắt của biến vận tốc V2 ta thấy thoả mãn .
- Qua việc phân tích trên từ đây ta có thể tổng hợp toàn bộ hàm điều khiển
của hệ nh sau :

Trang 14

§å
¸n
m«
n
häc
®iÒ
u
khi
Ón
l«
gi
c

F ( X ) = ( a + x ) ⋅ (c + p1 ) ⋅ l ⋅ d
F ( L) = ( c + d + l ) ⋅ x ⋅ a

F (V1 ) = ( x ⋅ (b + p1 ) ⋅ c + l ) ⋅ v 2
F (V2 ) = ( b + c + v 2 ) ⋅ v1 ⋅ l
F ( p1 ) = ( c + p1 ) ⋅ d

- VËy ta cã s¬ ®å cÊu tróc ®iÒu khiÓn cña hÖ nh sau :

d

a
x
c

c

l

p1

F ( p1 )

p1
a

c

F( X )

F ( L)

x

d
l

x

b

c

p1

v2

F ( V1 )

l
l

b

c

c

F ( V2 )

v2
Trang 15


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

IV . Xây dựng sơ đồ nguyên lý :
1 . Nhận xét chung về tốc độ công nghệ :
- Theo đề tài thiết kế công nghệ của máy khoan thì tốc độ V 1 là tốc độ tịnh
tiến của mũi khoan trong quá trình chuyển động lên, xuống ở chế độ không cắt
gọt kim loại .
- Tốc độ V2 là tốc độ tịnh tiến của mũi khoan ở chế độ cắt gọt kim loại, chỉ
xuất hiện ở hành trình đi xuống và tốc độ này nhỏ hơn tốc độ V1 .
- Tốc độ V2 là tốc độ tịnh tiến của mũi khoan ở chế độ cắt gọt kim loại, chỉ
xuất hiện ở hành trình đi xuống và tốc độ này nhỏ hơn tốc độ V1 .

Trang 16


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

- Chuyển động đi xuống đợc thực hiện theo chiều quay thuận của động cơ,
chuyển động đi lên thì động cơ đảo chiều và quay ngợc .
- Trong hệ thống máy khoan ta sử dụng động cơ điện một chiều để làm dịch
chuyển lên, xuống của máy khoan. Điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp

đặt vào phần ứng của động cơ, Đảo chiều quay động cơ bằng cách đảo chiều cực
tính dòng điện phần ứng động cơ .
- Sử dụng phơng pháp này phù hợp với hệ thống động cơ công suất vừa và nhỏ,
tần số đảo chiều không cao .
2 . Yêu cầu của mạch điều khiển :
- Để vận hành máy cần phải có một số chức năng sau :
Các thiết bị bảo vệ phải đợc lắp đặt đầy đủ .
Khi dừng máy có hãm tái sinh .
Khi khoan đang làm việc mất điện thì động cơ dừng lại và không tự vận
hành trở lại nếu không có ngời vận hành ấn nút khởi động trở lại .
- Cùng với các chức năng trên ta còn phải đảm bảo các điều kiện sau :
Khi có tín hiệu xuống (X) thì không thể có tín hiệu lên (L) và ngợc lại .
Khi có tín hiệu V1 thì tín hiệu V2 xẽ mất và ngợc lại khi có tín hiệu V2 xẽ
không có tín hiệu V1 .
Mạch lực : - Mạch lực bao gồm bộ biến đổi chỉnh lu một chiều có điều
khiển sử dụng các van bán dẫn Tiristor . Động cơ một chiều 15 (Kw) .
3 . Lựa chọn phơng án :
- Trong thực tế có thể chọn hai phơng án để lắp đặt mạch điều khiển lôgic cho
hệ thống :
Sử dụng phần tử lôgic có tiếp điểm : Thờng đợc áp dụng cho các mạch
điều khiển đóng mở công suất lớn .
Sử dụng phần tử lôgic không tiếp điểm ( IC số ) .
- Trong khuôn khổ của đồ án này ta sử dụng phần tử điều khiển là phần tử có
tiếp điểm .
4 . Chọn các phần tử điều khiển :
- Từ sơ đồ cấu trúc ta có quy ớc các ký hiệu nh sau :
Tín hiệu a : Thay thế bằng công tắc hành trình 1KH .
Tín hiệu b : Thay thế bằng công tắc hành trình 2KH .
Tín hiệu c : Thay thế bằng công tắc hành trình 3KH .
Tín hiệu d : Thay thế bằng công tắc hành trình 4KH .

P1 Thay thế bằng Rơ le trunh gian RTr .

Trang 17


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

V1, V2 Thay thế bằng các công tắc tơ gia tốc 1G, 2G để điều khiển tốc
độ làm việc của máy khoan .
L, X Thay thế bằng các công tắc tơ đờng dây dùng để điều khiển các
hành trình thuận và ngợc của máy khoan ( T, N ).
- Để đảm bảo quá trình vận hành an toàn và sự cần thiết của việc bảo vệ các sự
cố xảy ra ta sẽ sử dụng thêm các khí cụ phụ trợ sau :
Một rơle điện áp thấp RA để làm nhiệm vụ bảo vệ điện áp cực tiểu và bảo
vệ điểm không .
Các rơle dòng điện cực đại 1RM, 2RM, 3RM để vừa làm nhiệm vụ bảo vệ
ngắn mạch lại vừa làm nhiệm vụ bảo vệ quá tải xung kích .
Rơle thời gian RTh .
- Từ các phân tích trên ta có sơ đồ nguyên lý của hệ thống nh sau .

a
CD

K

b

101

c

102

103

CC

32

111

ra

112

K

K

K

113

34

1rm

+e

40

vrt

v2

30

v1

28

121

122

36

2rm
42

38

3rm
44

123

bbd
+

26

24

18

x

l

l

x

20

22

d/c
+

ck

-

Trang 18


§å
¸n
m«
n
häc
®iÒ
u
khi
Ón
l«
gi
c

S¬ ®å m¹ch ®éng lùc

Trang 19


§å
¸n
m«
n

häc
®iÒ
u
khi
Ón
l«
gi
c

+

-

1Cd

2Cd
29

14
2CC

1CC
27 d

25

m

1

31

rth

3rm

16

ra

2

ra
4kh

3

1kh 5

3kh

l

4

x

rtr

x

3kh

6

7

rtr

rtr

1kh

9

3kh

11

x

8

l

4kh
l

x

13

2kh 15

3kh 17 v2 10

v1

rtr
l

l

19

2kh

21

v1

12

v2

3kh

S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn
v2

1rm

2rm

23

rth

Trang 20


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

5 . Thuyết minh sơ đồ nguyên lý :
- Để hệ thống hoạt động ta đóng cầu dao CD, ấn nút mở máy M . Công tắc tơ
RA có điện, tiếp điểm RA đóng lại duy trì điện cho toàn bộ mạch trong suốt quá
trình hoạt động của hệ thống . Đồng thời công tắc tơ K trên mạch động lực có
điện đóng tiếp điểm K cho mạc lực cấp điện cho động cơ .
- Tại A công tắc hành trình 1KH đóng công tắc tơ X có điện, tiếp điểm T
trên mạch động lực đóng, động cơ làm việc ở chế độ thuận ( mũi khoan dịch
chuyển đi xuống ). Đồng thời công tắc tơ vận tốc V 1 có điện, tiếp điểm V1 đóng

động cơ chạy thuận mũi khoan đi xuống với vận tốc V1 .
- Khi khoan đi xuống đến điểm B, công tắc hành trình 2KH tác động làm mất
vận tốc V1 và có vận tốc V2 Khoan vẫn đi xuống nhng với vận tốc là V2 .
- Tại C công tắc hành trình 3KH tác động, Làm mất điện công tắc tơ X và
công tắc tơ vận tốc V2 Khoan dừng chuyển động, đồng thời khi công tắc hành
trình 3KH tác động làm cho công tắc tơ L có điện, tiếp điểm N trên mạch lực
đóng lại động cơ đảo chiều đi lên với vận tốc V 1và Rơle trung gian RTr bắt đầu
hoạt động. Khi khoan chuyển động đi lên gặp B không làm thay đổi gì của hệ
thống, khoan vẫn đi lên với vận tốc V1 .
- Đến khi gặp A công tắc hành trình 1KH tác động làm thay đổi hành trình
hoạt động của khoan. Công tắc tơ L mất điện, công tắc tơ X có điện Động cơ
đi xuống với vận tốc V1 .
- Tại B công tắc hành trình 2KH tác động không làm ảnh hởng gì đến hành
trình của khoan, do lúc này Rơle trung gian RTr vẫn đang hoạt động nên mạch
vẫn đợc duy trì .
- Tại C công tắc hành trình 3KH tác động Làm thay đổi vận tốc của khoan,
khoan vẫn tiếp tục đi xuống nhng với vận tốc là V2 .
- Tại D công tắc hành trình 4KH tác động Làm cho công tắc tơ X & V2 mất
điện, khoan ngừng hoạt động tạm thời. Đồng thời lúc này công tắc tơ L & V1 có
điện ngay, Rơle trung gian RTr mất điện Khoan chuyển động đi lên với vận
tốc là V1 .
- Khi khoan lần lợt đi qua các vị trí B, C hành trình không có gì thay đổi . Nhng khi gặp A thì công tắc tơ L và công tắc tơ vận tốc V 1 mất điện, khoan dừng
hoạt động chờ để khoan lỗ tiếp theo và chu trình đợc thực hiện tuần tự nh lúc
đầu. Kết thúc một chu trình làm việc của công nghệ .
- Ngoài ra trong sơ đồ ta còn sử dụng thêm một số phần tử phụ trợ sau :

Trang 21


Đồ

án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

1RM, 2RM là các Rơle dòng điện cực đại dùng để bảo vệ quá tải ngắn
hạn xung kích, chế độ làm việc 2 pha vì vậy ta phải chỉnh định dòng điện
hút của nó phải nhỏ hơn dòng điện làm việc của 2 pha .
Rơle 3RM dùng để bảo vệ ngắn mạch, Rơle này có tiếp điểm loại không
tự phục hồi nên khi xảy ra sự cố về ngắn mạch Rơle tác động. Muốn mạch
trở lại hoạt động bình thờng ta cần phải ấn trả lại nút phục hồi cho 3RM.
RA là Rơle bảo vệ điện áp thấp có tác dụng bảo vệ điên áp cực tiểu và bảo
vệ điểm không .

V . Lựa chọn các phần tử bảo vệ cho hệ thống :
1 . Bảo vệ ngắn mạch :
- Trong hệ thống tự động điều khiển truyền động điện, bất kỳ một hiện tợng
ngắn mạch nào xảy ra trong hệ thống cũng đều gây nguy hiểm cho ngời vận
hành và hoạt động của các thiết bị. Cần phải có các thiết bị bảo vệ tác động
nhanh cắt hệ thống ra khỏi lới điện .
- Để bảo vệ lới điện có thể thực hiện bằng cách sử dụng Atomat. Atomat đợc
đặt tại phần ứng của động cơ trực tiếp tác động tới phần ứng động cơ khi có sự
cố. Giá trị chỉnh định dòng điện của cơ cấu nhả điện từ có giá trị nhỏ nhất nhng

vẫn bảo đảm không đợc tác động ở trờng hợp quá tải tạm thời do khởi động hay
do phụ tải đỉnh nhọn cho phép của công nghệ gây ra. Đối với động cơ điện một
chiều dòng chỉnh định có thể đợc tính theo công thức sau .
Icđ = 1,2 ữ 1,6 Ikđ
Ta chọn :
Icđ = 1,5 Ikđ = 1,5 x 4 Iđm

Icđ = 6 x 68 = 408 (A)
Trong đó :
Icđ - Dòng chỉnh định của cơ cấu .
Ikđ - Dòng khởi động của động cơ, ( Ikđ = 4Iđm )
2 . Bảo vệ quá tải lâu dài :
- Hiện tợng quá tải lâu dài vợt quá giá trị cho phép sẽ gây hiện tợng phát nóng
thiết bị làm nhiệt độ tăng lên vợt quá trị số cho phép đối với cách điện của nó
gây ra chập cháy máy điện. Bảo vệ ổn định nhiệt lâu dài đợc thực hiện bởi Rơle
nhiệt, Rơle nhiệt đợc chọn sao cho nó có đặc tính nhiệt giống đặc tính phát nhiệt
làm việc của động cơ .
3 . Bảo vệ mất từ trờng :
- Khi động cơ điện động cơ điện một chiều làm việc, bất kỳ một biến đổi nào
của dòng điện phần ứng không phải do điều khiển cũng đều ảnh hởng tới trạng
thái làm việc của động cơ. Đặc biệt nếu dòng kích từ bị mất sẽ gây ngắn mạch
Trang 22


Đồ
án
mô
n
học
điề

u
khi
ển
lô
gi
c

phần ứng, cần có biện pháp bảo vệ chống mất kích từ bằng Rơle dòng điện mắc
trên mạch kích từ nh H.vẽ .

D

Rpđ

CK
R

- Chọn : Rpđ = 5 Rk.từ = 581 = 400 ()
4 . Bảo vệ tốc độ tăng trởng điện áp và dòng điện trong mạch chỉnh lu :
- Do hiện tợng đóng cắt mạch điện và đóng cắt MBá ở lới điện sẽ gây ra hiện
tợng xuất hiện các xung đỉnh nhọn có tốc độ biến thiên rất lớn, gây đánh thủng
lớp tiếp giáp của các van bán dẫn. Vì vậy trong thiết bị chỉnh lu sử dụng mạch
RC mắc song song với các van để bảo vệ cho thiết bị .
Th

R

C

- Sử dụng các công thức đã biết sẽ tính toán đợc một cách chính xác các giá trị

của R & C. Tuy nhiên bằng kinh nghiệm ta có thể chọn :
R = 100 () ; C = 1 (àF)
5 . Chọn các phần tử đóng cắt hệ thống :

Trang 23


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

- Sử dụng công tắc tơ đóng cắt nguồn cung cấp cho hệ thống. Chọn loại công
tắc tơ 3 pha vị trí đặt tại phía nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lu ( xem
H.vẽ mạch động lực ) .

chơng II :

tính chọn các thiết bị
cho hệ thống

I . Thiết bị động lực :

1 . Chọn động cơ :
- Theo yêu cầu công suất thiết kế. Ta chọn động cơ loại M- 42 do liên xô sản
xuất có các thông số sau :
Loại động cơ điện 1 chiều M- 42 .

Trang 24


Đồ
án
mô
n
học
điề
u
khi
ển
lô
gi
c

Công suất định mức : Pđm = 15 ( kW ) .
Điện áp định mức : Uđm = 220 ( V ) .
Dòng điện định mức : Iđm = 68 ( A ) .
Tốc độ định mức : nđm = 15 ( kW ) .
Điện trở phần ứng : r = 0,168 ( ) .
Điện trở kích từ : rk.từ = 81 ( ) .
Chế độ kích từ độc lập .
2 . Chọn bộ biến đổi TIRISTOR :
- Dựa vào các thông số của động cơ đã chọn. Ta chọn các van bán dẫn

(Tiristor) do liên xô cũ sản xuất có các thông số sau :
Loại

I (A)

U (kV)

toff (às)

Ig (A)

Ug (V)

di/dt
(A/às)

du/dt
(V/às)

T - 150

150

0,05 ữ 1

25 ữ 200

0,3

7

10

20

3 . Chọn cầu dao động lực :
- Chọn cầu dao loại 4 cực có buồng dập hồ quang .
Điện áp định mức : Uđm = 500 ( V ) .
Dòng điện định mức : Iđm = 240 ( A ) .
Kích thớc ( dài x rộng ) : 100 x 140 (mm) .
4 . Chọn công tắc tơ đóng cắt mạch lực :
- Chọn công tắc tơ xoay chiều có các thông số :
Số tiếp điểm chính : 3
Số tiếp điểm phụ thờng đóng : 4
Số tiếp điểm phụ thờng mở : 4
Điện áp định mức : Uđm = 380 ( V )
Dòng điện định mức : Iđm = 70 ( A )
Điện áp điều khiển : Uđk = 220 ( V )
Công suât định mức : Pđm = 60 ( W )
II . Thiết bị điều khiển :
1 . Chọn công tắc tơ điều khiển thuận ngợc :
- Ta chọn công tắc tơ thuận, ngợc cùng loại là MEC ABH33b của LG có
các thông số sau :
Trang 25