thiết kế hệ thống điều khiển cho máy soi rãnh tự động bằng phương pháp GRAFCET

Më ®Çu Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, ®Êt n­íc ta ®• cã nh÷ng b­íc ph¸t triÓn nhanh chãng mäi mÆt. Tõ nghÞ quyÕt cña ®¶ng trong §¹i héi §¶ng toµn quèc kho¸ VIII lµ c«ng nghiÖp ho¸ vµ hiÖn ®¹i ho¸ ®Êt n­íc cïng víi sù héi nhËp nÒn kinh tÕ quèc tÕ, trong mäi ngµnh s¶n xuÊt hiÖn nay c¸c c«ng nghÖ míi ,c¸c d©y truyÒn s¶n xuÊt hiÖn ®¹i ®ang tõng ngµy, tõng giê ®­îc øng dông vµo n­íc ta víi quy m«, sè l­îng, chÊt l­îng ngµy cµng t¨ng. Trong sù nghiÖp c«ng nghiÖp ho¸, hiÖn ®¹i ho¸ ®Êt n­íc, cã thÓ nãi mét trong nh÷ng tiªu chÝ ®Ó ®¸nh gi¸ sù ph¸t triÓn kinh tÕ cña mçi quèc gia lµ møc ®é tù ®éng ho¸ trong c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt mµ tr­íc hÕt ®ã lµ n¨ng suÊt s¶n xuÊt vµ chÊt l­îng s¶n phÈm lµm ra. Sù ph¸t triÓn rÊt nhanh chãng cña m¸y tÝnh ®iÖn tö , c«ng nghÖ th«ng tin vµ nh÷ng thµnh tùu cña lý thuyÕt §iÒu khiÓn tù ®éng, §o l­êng ®• lµm cë së cho sù ph¸t triÓn cña lÜnh vùc tù ®éng ho¸.

Mở đầu Trong những năm gần đây, đất nớc ta đã có những bớc phát triển nhanh chóng mọi mặt Từ nghị quyết của đảng trong Đại hội Đảng toàn quốc khoá VIII là công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nớc cùng với sự hội nhập nền kinh tế quốc tế, trong mọi ngành sản xuất hiện nay các công nghệ mới ,các dây truyền sản xuất hiện đại đang từng ngày, từng giờ đợc ứng dụng vào nớc ta với quy mô, số lợng, chất lợng ngày càng tăng Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc, 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 trớc hết đó là năng suất sản xuất và chất lợng 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, Đo lờng

đã làm cở sở cho sự phát triển của lĩnh vực tự động hoá

ở nớc ta mặc dầu là một nớc chậm phát triển, nhng 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 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 thiết kế là máy soi rãnh tự động Máy soi rãnh tự động là thiết bị tự động tạo ra trên các sản phẩm các rãnh có

độ rộng và độ sâu xác định trớc với sự chính xác cao

I Mô tả công nghệ :

Khi có phôi đợc đa vào, phôi sẽ tiếp xúc với nút P Quá trình sẽ đợc bắt đầu:

Pittông A sẽ đi vào kẹp chặt lấy phôi Pittông A đợc gắn liền với giá đỡ trên

Sau đó mũi khoan M sẽ thực hiện hành trình đi xuống (với công nghệ này mũi khoan luôn luôn ở trạng thái quay) Khi M dừng lại pittông B sẽ chuyển

động sang đẩy cả giá trên đi Kết thúc hành trình đi , nó lại kéo trở về vị trí

đầu Pittông B đợc gắn liền với giá dới Tiếp theo pittông C sẽ hoạt động đẩy giá dới và toàn bộ hệ thống trên dó sang bên trái Sau hành trình đi và về nữa của pittông B, pittông C sẽ kéo giá trở về vị trí đầu Sau đó mũi khoan

M đợc kéo lên, pittông A sẽ đợc kéo về nhả phôi ra và chờ một quá trình tiếp theo

II Sơ đồ công nghệ :

Từ những mô tả trên ta rút ra đợc sơ đồ công nghệ:

Chơng II: thiết kế hệ thống điều khiển cho máy

soi r nh tự động bằng phãnh tự động bằng ph ơng pháp grafcet

Grafcet là một đồ hình chức năng cho phép mô tả các trạng thái làm việc của

hệ thống và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái chuyển biến từ trạng thái này sang trạng thái khác, đó là một graphe định hớng, khép kín từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối và từ trạng thái cuối đến trạng thái đầu

I 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

Ta có Grafcet 1 của hệ thống nh sau:

A

-C+

C

-A+

-c

0

a

1

a

0

b

0

b

1

m

p

2 Chọn thiết bị sơ bộ và thiết bị:

Mạch lực ta dùng hệ thống khí nén gồm 3 hệ Pittông - Xi lanh Hệ pittông

- Xi lanh 1 điều khiển quá trình ép vào nhả ra của A Hệ Pittông -Xi lanh

2 điều khiển quá trình sang trái và sang phải của B Hệ Pittông -Xi lanh 3

điều khiển quá trình đẩy vào kéo ra của C

- Các Pittông đợc điều khiển bằng hệ thống điện

- Bộ cảm biến vị trí: các công tắc hành trình tự phục hồi a0, a1, b0, b1, c0,

c1 để điều khiển các xi lanh

A+: quá trình kẹp vào của pittông A, a0 điều khiển kẹp vào

A-: quá trình nhả ra của pittông A, a1 điều khiển nhả ra

B+: quá trình đi vào của pittông B, b0 điều khiển đi vào

B-: quá trình đi ra của pittông B, b1 điều khiển đi ra

C+: quá trình đi vào của pittông C c0 điều khiển đi vào

C-: quá trình đi ra của pittông C c1 điều khiển đi ra

g

Trạng thái ban đầu

Đã ở trạng thái ban đầu Trạng thái A kẹp vào

Đã ở trạng thái A kẹp vào Trạng thái B đẩy vào Đã ở trạng thái B đẩy vào Trạng thái B kéo về

tr

Đã ở Trạng thái B kéo về

đầu trạng thái C đẩy sang

Đã ở trạng thái C đẩy sang

Đã ở trạng thái B về lần 2 Trạng thái C kéo về

Đã ở trạng thái C kéo về Trạng thái A nhả ra

Đã ở trạng thái A nhả ra

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

cung cấp điện cho các cuộn hút của van khí

- Chọn nút ấn M để thực hiện lệnh khởi động

- Chọn nút ấn G để xác định trạng thái ban đầu của hệ

- Chọn nút ấn X để dừng đột ngột quá trình

3.Lập Grafcet 2:

Từ Grafcet 1 ta thay các ghi chú, chữ viết mô tả hành vi của hệ thống

bằng các ký hiệu của thiết bị mà ta vừa chọn

4.Xác định hàm điều khiển và xây dựng sơ đồ:

1 S ) (

0 S 0 S ) 0 (S c f )

0

(S d f ) 0

S

S

g a

S

S0

0 6 1

0

0

6































2 S ) (

1 S 1 S ) 1 (S c f ).

1 (S d f ) 1 f(S 2

S

1

S1

S

m p.S c b a m

S p.

.c b

a

0 0 0 0 0

0 0

0

























3 S (

2 S 2 S ) 2 (S c f ).

2 (S d f ) 2 f(S 3

S

2

S2

S

) c S a S c

S a

S

1 4 1 1 1

4 1

1

























5 S 4 S ) 2 S 1 ( ) 5

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

3 (S d f ) 3

f(S S

4

S

3

S 2

S

1

3

S

5



































g

A- B- C

-A+

a

0.b

0.c

0 p, m

a

1

B+ b

1

c

1

c

1

c

0

B

-A

-a

0

c

0.b

0

c

1.b

0



























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

4 (S d f ) 4

f(S 2

S

4

S

3 S

.

0

.

0

c

4

S





























6 ) 3 0 1 c ( 4 S 4 ) 4 (S c f ).

4 (S d f ) 4

f(S 6

5

S

3 S

0

b

.

1

c

5

S





























0

S ) 5 S 0 c ( 4 S 4 S ) 4 (S c f ).

4 (S d f ) 4

f(S 0

S

6

S

.

0

c

6

S

Từ hàm điều khiển ta có sơ đồ sau:

Thuyết minh sự hoạt động:

Để điều khiển hoạt động của công nghệ ta dùng phơng pháp Điện – Khí nén Phần tử khí nén là xilanh có tiếp điểm tự duy trì ( Khi mất tác động đầu vào nó vẫn duy trì trạng thái đã có ) và van đảo chiều 5/2

Khi cha có điện tiếp của các xilanh đều ở vị trí lần lợt là : a0, b0, c0 -Khi đóng M cấp điện cho hệ thống Nếu điện áp nguồn lớn hơn điện áp hút của cuộn Ra thì tiếp điểm Ra 1-2 đóng cấp điện cho hệ thống

Đồng thời khi M đóng thì S0 đóng (lúc Ra1-2 đã đóng) tiếp điểm S02-5 cung cấp điện cho cuộn S0 để đảm bảo tiếp điểm S0 10-11 sẽ đóng chắc cho mạch hoạt động

Khi đa phôi vào , chạm nút P làm cho P2-7 đóng, nếu các pittông đang ở vị trí ban đầu thì các tiếp điểm a0,b0, c0 đóng => cuộn S1 hút Khi đó S1 6-3

mở cắt điện S0

Để duy trì trạng thái đóng của S1 16-14 chuẩn bị cho cuộn S2 đóng thì ta phải

có thêm S1 2-11 để duy trì cung cấp điện cho S1.Tiếp điểm S1 trên mạch lực

đóng lại cấp điện cho cuộn hút của van khí A+ Pittông A thực hiện hành trình A+, kết thúc hành trình mấu gạt chạm a1

-Tiếp điểm a12-16 đóng, S1 14-16 đang đóng => S2 có điện

S2 12-3 mở ra ngắt điện S1 Tiếp điểm S2 trên mạch lực đóng lại cấp điện cho cuộn hút của van khí B+

Pittông B thực hiện hành trình B+ kết thúc hành trình mấu gạt chạm b1 Tơng tự chức năng của S1 2-11 ta có thêm S2 2-14 để chuẩn bị mở rơle S3.

- Khi đó Tiếp điểm b12-17 đóng, S2 17-18 đang đóng => S3 có điện

S3 15-3 mở ra ngắt điện S2 Tiếp điểm S3 trên mạch lực đóng lại cấp điện cho cuộn hút của van khí B-.Pittông B thực hiện hành trình B- quay ngợc trở lại kết thúc hành trình mấu gạt chạm b0

Tiếp điểm S3 2-18 đảm bảo có điện cho S3 để chuẩn bị mở S4 thông qua S3

22-23

-Khi pittông B về tới b0 => b021-22 và b0 25-26 đóng nhng do c0 đang đóng (Pittông C ở c0) do vậy chỉ có S4 đợc cấp điện

S4 19-20 mở ra ngắt điện S3 đồng thời Tiếp điểm S4 trên mạch lực đóng lại cấp điện cho cuộn hút của van khí C+, pittông C thực hiện hành trình C+, kết thúc hành trình pittông chạm c1 S4 2-23 duy trì trạng thái đóng của S4

13-14

-Khi mấu gạt C chạm c1 thì c12-13 đóng, S4 13-14 đang đóng => S2 có điện Pittông B thực hiện lần thứ 2 hành trình B+ và sau đó tơng tự lần 1 nó thực hiện tiếp hành trình B- đi về Lúc này pittông C đang ở c1 =>c1 2-25 đóng

a 0

A

-A +

a1

-Khi mấu gạt chạm b0 thì b025-26 đóng rơle S5 Tiếp điểm S5 trên mạch lực

đóng lại cấp điện cho cuộn hút của van khí C- điều khiển pittông C thực hiện hành trình C- quay trở về trạng thái đầu

S5 2-27 đảm bảo S529-30 đóng để chuẩn bị cấp điện cho S6

-Khi mấu gạt chạm c0 thì c0 2-29 đóng cấp điện cho S6 Pittông A thực hiện hành trình A- đi về trạng thái ban đầu S6 2-30 duy trì điện cho S6 để chuẩn

bị cấp điện cho S0 Về tới a0 thì a0 2-4 đóng S0 lại có điện đòng thời S0 31-3

mở cắt điện S6

-Nếu trong quá trình hoạt động nếu xảy ra sự cố làm gián đoạn quy trình công nghệ (ví dụ nh hệ thống bị mất điện ) khi đó các pittông cha về trạng thái ban đầu (vị trí a0, b0, c0) Khi đó khởi động lại hệ thống sẽ không hoạt

động đợc do S0 không đợc cấp điện

Để khắc phục hiện tợng trên ta hiệu chỉnh thêm các nhánh mạch để có thể

đa hệ thốn trở lại trạng thái ban đầu để tiếp tục làm việc Đó là các nhánh : +) S0 2-32 và b132-18 để đa pittông B về trạng thái ban đầu khi gặp sự

cố khi khởi động mà B cha ở vị trí ban đầu b0

+) S0 2-33 và b133-27 để đa pittông C về trạng thái ban đầu khi gặp sự

cố khi khởi động mà C cha ở vị trí ban đầu c0

+) S1 2-34 và b134-30 để đa pittông A về trạng thái ban đầu khi gặp sự

cố khi khởi động mà Acha ở vị trí ban đầu a0

Sơ đồ mạch lực có dạng nh sau:

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

S

6

S

1

A

S

3

S

2

B

S

5

S

4

C

+

Cùng với sự phát triển của khí nén, năng lượng điện đã phát triển mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực làm cho ứng dụng của khí nén giảm Nhưng không vì điều đó mà sự phát triển và ứng dụng của khí nén mất đi

B Tầm quan trọng và ứng dụng của khí nén:

Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp nổ ra, sự phát triển về điều khiển bằng khí nén không ngừng diễn ra

Các ứng dụng của khí nén để điều khiển như: phun sơn, gá kẹp chi tiết v.v

Các ứng dụng của khí nén trong truyền động như máy vặn vít, các moto khí nén, máy khoan, các máy va đập dùng trong đào đường, hệ thống phanh ôtô v.v

Ưu nhược điểm của khí nén:

Ưu điểm:

+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 :

III Mạng đường ống dẫn khí nén:

Mạng đường ống dẫn khí nén là thiết bị truyền dẫn khí nén từ máy nén khí đến bình trích chứa rồi đến các phần tử trong hệ thống cơ cấu chấp hành

Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân thành 2 loại:

 Mạng đường ống được lắp ráp cố định (mạng đường ống trong nhà máy)

 Mạng đường ống được lắp ráp di động (mạng đường ống trong dây chuyền hoặc trong máy móc thiết bị) Trong bộ thí nghiệm, đường ống dẫn khí nén được trang bị cho phép tháo lắp dễ dàng và nhanh chóng Nối hệ thống đến các thiết bị bằng cách đơn giản là đẩy ống vào cổng vào (in-let) hay cổng ra (out-let) Tháo ống ra bằng cách một tay đè vào vành tỳ, tay kia kéo ống ra

-D

M

Ra

Ra

1

2

5

So

S1

S2

S3

S4

S5

S6

S 1

S 2

S 3

S 4 S 5

S 2

S 6

S 0

3

a1 S 6

S 0

S 0

S 0

S 0

p a0 b0 c0

S 1

S 4

c1

S 1

a1

S 2

b1 S 2

S 3

b1

c0 b0 S 3

S 4

c1 b0 S 3

S 5

c1

c0 S 5

S 6

S 1 a1

+

K

R N1 R N2

Ra

M

K K

K

3C C

C D

RN1

RN2