đồ án môn học điều khiển logic thiết kế cần trục rải liệu

Lêi Më ®Çu Trong mäi ngµnh s¶n xuÊt hiÖn nay, c¸c c«ng nghÖ tiªn tiÕn, c¸c d©y chuyÒn vµ thiÕt bÞ hiÖn ®¹i ®ang tõng ngµy, tõng giê ®¬­îc øng dông vµo n­¬íc ta. Víi chÝnh s¸ch më cöa cña §¶ng vµ Nhµ n¬­íc ta hiÖn nay, ch¾c ch¾n nÒn kü nghÖ tiªn tiÕn vµ hiÖn ®¹i cña thÕ giíi sÏ ngµy cµng ®­¬îc ¸p dông hiÖu qu¶ vµo ViÖt Nam víi quy m«, sè l¬­îng, chÊt l­¬îng mét c¸ch nhanh chãng. T¸c dông cña c¸c c«ng nghÖ míi vµ d©y chuyÒn s¶n xuÊt hiÖn ®¹i ®• gãp phÇn thóc ®Èy sù nghiÖp C«ng nghiÖp ho¸ - HiÖn ®¹i ho¸ ®Êt n¬­íc mµ NghÞ quyÕt §¹i héi §¶ng toµn quèc lÇn thø VIII ®• ®Ò ra.

Đồ án môn học ĐKLG

Đề tài thiết kê môn học điều khiển logic

Nhiệm vụ : thiết kế hệ thống điều khiển công nghệ cho ở hình vẽ sau:

Trong đó :

m : tín hiệu khở động

P : chuyển động sang phải

T : chuyển động sang trái

L : chuyển động lên

X : chuyển động đi xuống

Phơng pháp thiết kế GRAPCET

Phơng pháp mạch lực điều khiển :điện khí nén

Cán bộ hớng dẫn :

Lu đức dũng

Mục lục

Trang

Mở đầu 3

P

T m

Đồ án môn học ĐKLG

Chơng1 : Giới thiệu về hệ thống cần trục rải liệu 4

I Gới thiệu về công nghệ và chức năng 4

II Mô tả công nghệ 4

III Lựa chọn công nghệ 5

CHUƠNG2 : Thiết kế hệ thống điều khiển cần trục rải liệu bằng phơng pháp GRAPCET 6

I Grapcet – công cụ để mô tả mạch trình tự trong công nghiệp công cụ để mô tả mạch trình tự trong công nghiệp .6

II Thiết lập Grapcet hệ thống 6

1 Grapcet I 6

2 Grapcet II 6

3 Phơng trình trạng thái và hàm điều khiển 7

5 Thuyết minh nguyên lý hoạt động của sơ đồ điều khiển 9

CHƯƠNG 3 : Giới thiệu công nghệ khí nén và điện khí nén 11

CHƯƠNG 4 : Tính chọn thiết bị điều khiển 14

Lời Mở đầu

Trong mọi ngành sản xuất hiện nay, các công nghệ tiên tiến, các dây chuyền và thiết bị hiện đại đang từng ngày, từng giờ đợc ứng dụng vào nớc ta Với chính sách

mở cửa của Đảng và Nhà nớc ta hiện nay, chắc chắn nền kỹ nghệ tiên tiến và hiện

đại của thế giới sẽ ngày càng đợc áp dụng hiệu quả vào Việt Nam với quy mô, số l-ợng, chất lợng một cách nhanh chóng Tác dụng của các công nghệ mới và dây chuyền sản xuất hiện đại đã góp phần thúc đẩy sự nghiệp Công nghiệp hoá - Hiện

đại hoá đất nớc mà Nghị quyết Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ VIII đã đề ra

Sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ giới hoá và tự động hoá các quá trình sản xuất Với vai trò là mũi nhọn của kỹ thuật hiện đại, lĩnh vực tự động hoá đang phát triển với tốc độ ngày càng cao Những thành tựu của lý thuyết Điều khiển tự động, Tin học công nghiệp, Điện tử công suất, Kỹ thuật đo lờng đã và đang đợc triển khai trên quy mô rộng lớn, tạo nên những thiết bị và dây chuyền công nghiệp sản xuất tự động với năng suất cao và chất lợng tốt Trong quá trình sản xuất, việc tự động hoá một dây chuyền sản xuất

đóng vai trò rất quan trọng Nó là cầu nối giữa các hạng mục sản xuất, giữa các

Đồ án môn học ĐKLG

khiển hoạt động của các dây chuyền hiện đại, tiên tiến cũng ngày càng đa dạng và phức tạp

Một trong những hoạt động rất cần thiết của một nhà máy công nghiệp nặng hiện

đại là hệ thống cần trục rải liệu Cần trục là một thiết bị vận chuyển và nâng bốc hàng trong nhà máy, nơi có nhiều ngời và máy móc, mặt khác, năng suất của cần trục ảnh hởng rất lớn đến đến năng suất chung của nhà máy Vì vậy, các thiết bị

điện và hệ thống điều khiển của cần trục phải đảm bảo việc tiện lợi, có năng suất cao, vận hành an toàn và thao tác đơn giản Việc tự động hoá quá trình công nghệ rải liệu sẽ làm giảm các thao tác trong quá trình rải liệu, tiết kiệm nhân công, nâng cao hiệu suất lao động và độ tin cậy sản xuất Mục tiêu của việc tự động hoá sản xuất đòi hỏi việc thiết kế hoạt động của cần trục phải đảm bảo tính tiện lợi về mặt

sử dụng và dễ điều khiển cũng nh đáp ứng đầy đủ các đặc điểm, yêu cầu công nghệ của hệ thống

Trong hệ thống rải liệu, các thiết bị và máy móc hoạt động theo một trình tự logic chặt chẽ nhằm đảm bảo chất lợng sản phẩm và an toàn cho ngời vận hành và thiết bị Cấu trúc làm việc trình tự của dây chuyền đã đa ra yêu cầu cho điều khiển

là điều khiển sự hoạt động thống nhất chặt chẽ của cần trục Khi thiết kế hệ thống phải tính đến các phơng thức làm việc khác nhau để đảm bảo an toàn và xử lý kịp thời các h hỏng của hệ và phải luôn luôn có phơng án can thiệp trực tiếp của ngời vận hành đến việc dừng máy khẩn cấp, xử lý tắc nghẽn vật liệu và các hiện tợng

nguy hiểm khác Phơng pháp thiết kế hệ thống bằng Grapcet là công cụ rất hữu ích

để thiết kế và thực hiện đầy đủ các yêu cầu của hệ tự động hoá các quá trình rải liệu

Sinh viên Nguyễn Quyết Tiến

chơng i giới thiệu về hệ thống cần trục rải liệu tự động

I Giới thiệu về công nghệ và chức năng của cần trục

Cần trục là thiết bị dùng để nâng bốc vận chuyển hàng hoá thiết bị dùng trên công trờng xây dựng, trong nhà máy công nghiệp luyện kim, cơ khí lắp ráp, trong hải cảng Theo chức năng, cần trục đợc chia ra làm hai loại:

- Cần trục vận chuyển đợc dùng rộng rãi với yêu cầu chính xác không cao

- Cần trục lắp ráp dùng nhiều trong các nhà máy cơ khí để lắp ghép các chi tiết máy móc với yêu cầu chính xác cao

Cần trục rải liệu đợc xếp vào loại cần trục vận chuyển Nó có thể di chuyển phụ tải theo hai phơng: phơng nằm ngang và phơng thẳng đứng nhờ vào hệ thống truyền

động đặt trên cần trục

Chế độ làm việc của các cơ cấu cần trục đợc xác định từ các yêu cầu của quá trình công nghệ, chức năng của cần trục trong dây truyền sản xuất Nhìn chung, các thiết bị điện cần trục làm việc trong chế độ ngắn hạn lặp lại, dễ bị quá tải nhiều, tần

số đóng cắt lớn,

II Mô tả công nghệ

Sơ đồ công nghệ của hệ thống cần trục rải liệu

Đồ án môn học ĐKLG

I :Vị Trí lấy liệu

II,III,IV :Vị trí rải liệu

Nhìn vào sơ đồ công nghệ ta có thể mô tả công nghệ nh sau:

Đầu tiên hệ thống lấy liệu từ vị trí I ở bên trên,sau đó chuyển động sang phải ,khi đến vị trí II,thiết bị đi xuống ,gặp a1 thiết bị dừng chuyển động và rải liệu tại vị trí này sau đó lại đi lên.Hành trình cứ nh vậy ch đến khi quay lên ở vị trí IV thì thiết bị chuyển động sang trái và về vị trí ban đầu.Tại đây thiết bị đợc nạp liệu

và lại bắt đầu chu trình làm việc mới

III Lựa chọn công nghệ

- Mạch lực ta dùng hệ thông khí nén gồm hai hệ Pittông - Xi lanh Hệ pittông

- Xi lanh một điều khiển quá trình lên xuống của cần trục Hệ Pittông -Xi lanh thứ hai điều khiển quá trình sang trái và sang phải của cần trục

- Các Pittông đợc điều khiển bằng hệ thống điện khí nén

- Bộ cảm biến vị trí: các công tắc hành trình tự phục hồi bo,b1,b2,b3,a0,a1 trong

đó ba cảm biến bo,b1,b2,b3 định vị chuyển động theo phơng ngang còn cảm biến a0,a1 định vị chuyển động theo phơng thẳng đứng

- Mạch điều khiển: các thiết bị đóng cắt có tiếp điểm để điều khiển cung cấp

điện cho các cuộn hút của van khí

Mô tả chu trình sản xuất

Đồ án môn học ĐKLG

chơng ii thiết kế hệ thống điều khiển cho cần trục rải liệu

bằng phơng pháp grafcet

I Grafcet - công cụ để mô tả mạch trình tự trong công nghiệp

Grafcet (Graphe Fonctionel de Commande Etape Transition) 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 và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái chuyển biến từ trạng thái này sang trạng thái khác Grafcet cho một quá trình luôn là một đồ hình khép kín từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối

II Thiết lập grafcet hệ thống

1 Grafcet I

Grafcet I là một đồ hình trạng thái mà trên các trạng thái, ngời ta giải thích chi tiết những hành vi xảy ra ở hệ thống theo công nghệ yêu cầu

0

1

2

3

4

Trạng thái ban đầu

Trạng thái sang phải

Trạng thái xuống

Trạng thái lên

Trạng thái sang trái

Xác lập trạng thái ban đầu

Đ ở trạng thái ban đầuã ở trạng thái ban đầu

Đ ở trạng thái sang phảiã ở trạng thái ban đầu

Đ ở trạng thái xuốngã ở trạng thái ban đầu

Đ ở trạng thái lênã ở trạng thái ban đầu

Đ ở trạng tháiã ở trạng thái ban đầu

sang trái

Grafcet I của hệ thống điều khiển

2 Grafcet II

Trớc hết phải chọn thiết bị chấp hành ( tín hiệu ra), thiết bị điều khiển ( tín hiệu vào) và dựa vào thiết bị đó, ngời ta ký hiệu cho tên các thiết bị đó để phù hợp với công nghệ và thay thế các chữ viết mô tả công nghệ ở Grafcet I bằng những ký hiệu

Chọn thiết bị chấp hành là hai hệ Piston- Xilanh, thiết bị điều khiển có tiếp điểm, các cảm biến vị trí là loại công tắc hành trình tự phục hồi

Đồ án môn học ĐKLG

Grafcet II của hệ thống

3 Phơng trình trạng thái và hàm điều khiển:

1 S ) 4 S 0 b (g 0 S 0 S ) 0 (S c f ).

0 (S d f ) 0

f(S 1

S

0

S

o

g

o

S

































2 S ) 3 S ) 2 b 1 (b 0 a 0 S ) 0 a ((m 1 S 1 S ) 1 (S c f ).

1 (S d f ) 1

f(S 2

S

1

S ) 2 b 0 a 1 0 (a o S )

o

a

(m

1

S









































3 S 1 S ) 3 2 b 1 (b 2 S 2 S ) 2 (S c f ).

2 (S d f ) 2

f(S 3

S

2

S ) 3 2

b

1

(b

2

S





































1 4 S ) 2 S (a ) 1 4 (S ) 2 S (a 3 S 3 ) 3 (S c f ).

3 (S d f ) 3

f(S 1

4

S

3

S

a

3

S































































0 S ) 3 S 0 (b 4 S 4 S ) 4 (S c f ).

4 (S d f ) 4

f(S o

S

4

S

0

4

S

4 Dựa vào các hàm điều khiển của các trạng thái và sau một vài bớc hiệu chỉnh ta có thể xây dựng sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống.

Đồ án môn học ĐKLG

5 Thuyết minh nguyên lý hoạt động của sơ đồ điều khiển

Đồ án môn học ĐKLG

+ Trớc khi mở máy ,các vấu của Piston 1 và Piston 2 đang ở vị trí a0 và b0 Nh vậy ở trạng thái ban đầu, các cảm biến vị trí a0 và b0 đang bị tác động khiến các tiếp

điểm a0(6,7), b0(7,8), a0(6,10) và a0(6,11) đợc nối kín

+ Khi ấn nút mở máy m, cuộn dây của Rơle điện áp RA cos điện Khi nó đạt

điện áp hút thì tiếp điểm RA(3,4) đóng lại tự duy trì cho Rơle hoạt động trong suốt quá trình và tiếp điểm RA(1,6) đóng lại cấp điện cho mạch điều khiển

+ Đồng thời với lúc đó, do các tiếp điểm a0(6,7) và b0(7,8) đang đóng do đó Rơle thời gian 1RTH có điện Tiếp điểm thờng mở đóng chậm 1Rth(10,13) bắt đầu tính thời gian đóng chậm Thời gian này đợc chỉnh định bằng thời gian nạp liệu tại

vị trí a0,b0 Khi hết thời gian chỉnh định, tiếp điểm này đóng lại , cùng với tiếp điểm

a0(6,10) đang đóng do đó cuộn hút công tắc tơ S1 có điện, tiếp điểm S1(6,13) đóng lại tự duy trì cho S1 làm việc Lúc này tiếp điểm thờng đóng S1(8,90 mở ra cắt

điện Rơle thời gian 1RTH Khi S1 có điện tiếp điểm S1 trên mạch lực đóng lại, cấp

điện cho cuộn hút B+ của van khí, Piston 2 thực hiện hành trình B+ đi sang phải + Khi đang chuyển động sang phải, Piston 2 chạm vào cảm biến vị trí b1 cộng với tiếp điểm S1(15,16) đang đóng do đó cung cấp điện cho cuộ hút của công tắc tơ S2 hoạt động đồng thời tiếp điểm thờng đóng S2(13,14) mở ra ngắt điện của S1 Tiếp điểm S1 trên mạch lực ngắt ra làm cho Piston 2 dừng lại ở vị trí b1 Khi S2 có

điện , tiếp điểm S2 trên mạch lực đóng lại, cấp điện cho cuộn hút của van khí A+

làm cho Piston 2 thực hiện hành trình A+ chuyển động xuống dới

+ Khi Piston 1 đang chuyển động đi xuống gặp cảm biến vị trí a1, tiếp điểm

a1(6,18) đóng lại công với tiếp điểm S2(18,19) đang đóng sẽ cung cấp điện cho Rơle thời gian 2RTH (do các tiếp điểm S4(19,20) và S1(20,21) đang đóng) Rơle thời gian 2RTH có điện, tiếp điểm 2Rth(6,19) đóng lại tự duy trì cho 2RTH hoạt

động đồng thời tiếp điểm thờng mở đóng chậm của Rơle thời gian này 2Rth(6,22) bắt đầu tính thời gian đóng chậm Thời gian này đợc chỉnh định bằng thời gian rải liệu tại vị trí b1, a1 Khi hết thời gian chỉnh định, tiếp điểm này đóng lại, cấp điện cho cuộn hút công tắc tơ S3 đồng thời tiếp điểm thờng đóng S3(16,17) mở ra kết thúc hành trình A+ đồng thời tiếp điểm S3 trên mạch lực đóng lại Piston 1 thực hiện hành trình A- đi lên

+ Khi đang ở hành trình đi lên, Piston 1 gặp cảm biến vị trí a0, tiếp điểm

a0(6,11) đóng lại cộng với tiếp điểm b1(11,12) và S3(12,13) đang đóng sẽ cấp điện cho công tắc tơ S1 Tơng tự nh đã giải thích ở phần trên , Piston 2 thực hiện hành trình sang phải B+

+ Khi sang phải Piston2 gặp cảm biến vị trí b2, tiếp điểm b2(6,15) đóng cộng với S1(15,16) và S3(16,17) đang đóng do đó cấp điện cho cuộn hút công tắc tơ S2, Piston 1 thực hiện hành trình đi xuống A+

+ Khi đi xuống , Piston 1 gắp cảm biến vị trí a1, tiếp điểm a1(6,18) đóng lại cộng với tiếp điểm S2(18,19) và các tiếp điểm S4(19,20) và S1(20,21) đang đóng sẽ cung cấp điện cho Rơle thời gian 2RTH Rơle này bắt đầu tính thời gian đóng chậm đối với tiếp điểm thờng mở đóng chậm 2Rth(6,19) Khi tiếp điểm này đóng, S3 có điện Piston 1 thực hiện hành trình đi lên A-

+ Khi đi lên Piston 1 gặp cảm biến vị trí a0, tiếp điểm a0(6,11) đóng lại cộng với b2(11,12) và S3(12,13), S2(13,14) đang đóng nên cuộn hút công tắc tơ S1 có

điện , Piston 2 thực hiện hành trình sang phải B+

+ Khi sang phải, Piston 2 gặp cảm biến vị trí b3, tiếp điểm b3(6,15) đóng lại cộng với S1(15,16) và S3(16,17) đang đóng cấp điện cho cuộn hút công tắc tơ S2 Tiếp điểm trên mạch lực S2 đóng lại cấp điện cho cuộn hút công tắc tơ A+, Piston 1 thực hiện hành trình đi xuống A+

+ Khi đi xuống Piston 1 chạm vào cảm biến vị trí a1, tiếp điểm a1(6,18) đóng lại cộng với S2(18,19),S4(19,20) và S1(20,21) đang đóng do đó cấp điện cho Rơle thời gian 2RTH Tiếp diểm thờng mở đóng chậm bắt đầu tính thời gian đóng chậm Thời gian này đợc chỉnh định bằng thời gian rải liệu tại vị trí b3, a1 Hết thời gian này tiếp điểm đó đóng lại cấp điện cho công tắc tơ S3, tiếp điểm trên mạch lực

đóng lại cấp điện cho cuộn hút A-, Piston 1 thực hiện hành trình đi lên A-

+ Khi đi lên, Piston 1 gặp cảm biến vị trí a0, tiếp điểm a0(6,23) đóng lại cộng

Đồ án môn học ĐKLG

điểm S4 trên mạch lực đóng lại cấp điện cho cuộn hút của công tắc tơ B-, Piston 2 thực hiện hành trình sang trái B

-+ Khi Piston 2 chuyển động sang trái nếu nó chạm vào các cảm biến vị trí b2,

b1thì không làm cho công tắc tơ S1 có điện để thực hiện hành trình đi xuống vì: Khi chạm b1, hoặc b2 thì các tiếp điểm a0(6,11), b1(11,12) và b2(11,12) đóng lại nhng trớc đó S3 đã bị cắt nên tiếp điểm S3(12,13) không đóng do đó S1 không thể có điện

+ Khi Piston 2 đi về bên trái mà gắp cảm biến b0, các tiếp điểm a0(6,7) và

b0(7,8) đóng lại và 1RTH lại có điện Chu trình nạp liệu tại a0,b0, chuyển động sang phải, xuống , rải liệu, lên v.v lại tiếp tục Quá trình cứ tự động lặp đi lặp lại khi nào ta ấn nút dừng Dg

+ Khi nào cả hai Piston đã ở vị trí ban đầu ta ấn nút dừng Dg(1,3) Hệ thống

sẽ dừng hoạt động do Rơle điện áp RA mất điện nên tiếp điểm RA(1,6) mở ra ngắt

điện mạch lực

Chơng III

Giới thiệu công nghệ khí nén và điện khí nén

A ẹaởt vaỏn ủeà:

Khoõng khớ chung quanh ta nhieàu voõ keồ vaứ noự laứ moọt nguoàn naờng lửụùng raỏt lụựn maứ con ngửụứi ủaừ bieỏt sửỷ duùng chuựng tửứ trửụực Coõng nguyeõn Tuy nhieõn sửù phaựt trieồn vaứ ửựng duùng khớ neựn luực ủoự coứn raỏt haùn cheỏ do sửù phoỏi hụùp giửừa caực ngaứnh vaọt lyự ,cụ hoùc v.v

Vaứo khoaỷng theỏ kyỷ 17 caực nhaứ baực hoùc Blaise Pascal, Denis Papin, Otto von Guerike ủaừ xaõy dửùng neàn taỷng cho vieọc ửựng duùng cuỷa khớ neựn

Cuứng vụựi sửù phaựt trieồn cuỷa khớ neựn, naờng lửụùng ủieọn ủaừ phaựt trieồn maùnh meừ trong nhieàu lúnh vửùc laứm cho ửựng duùng cuỷa khớ neựn giaỷm Nhửng khoõng vỡ ủieàu ủoự maứ sửù phaựt trieồn vaứ ửựng duùng cuỷa khớ neựn maỏt ủi

B Taàm quan troùng vaứ ửựng duùng cuỷa khớ neựn:

Trong thụứi kyứ caựch maùng coõng nghieọp noồ ra, sửù phaựt trieồn veà ủieàu khieồn baống khớ neựn khoõng ngửứng dieón ra

Caực ửựng duùng cuỷa khớ neựn ủeồ ủieàu khieồn nhử: phun sụn, gaự keùp chi tieỏt v.v

Caực ửựng duùng cuỷa khớ neựn trong truyeàn ủoọng nhử maựy vaởn vớt, caực moto khớ neựn, maựy khoan, caực maựy va ủaọp duứng trong ủaứo ủửụứng, heọ thoỏng phanh oõtoõ v.v

ệu nhửụùc ủieồm cuỷa khớ neựn:

ệu ủieồm:

§å ¸n m«n häc §KLG

+Không gây ô nhiễm môi trường

+Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học của khí nén nhỏ, tổn thất trên dọc đường thấp

+Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo

Nhược điểm:

+Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi

+Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn

C Giíi thiƯu vỊ khÝ nÐn

Máy nén khí – Thiết bị phân phối khí nén:

I Máy nén khí:

1 Khái niệm:

Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng

2 Phân loại:

a Theo áp suất:

 Máy nén khí áp suất thấp: p  15 bar

 Máy nén khí áp suất cao: p  15 bar

 Máy nén khí áp suất rất cao: p  300bar

b Theo nguyên lý hoạt động:

 Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu pittông, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít

 Máy nén khí tuabin: máy nén khí ly tâm và máy nén khí theo chiều trục

II Bình trích chứa khí nén:

Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộ phận lưu trữ để sử dụng Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước

Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng: ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn

Ký hiệu :