thiết kế hệ thống điều khiển công nghệ chuyển động thuận ngược với 3 vận tốc v1,v2,v3 bằng phương pháp phân tầng với mạch động lực dùng thiết bị khí nén và mạch điều khiển dùng thiết bị điện

Nhiệm vụ thiết kế Thiết kế hệ thống điều khiển công nghệ chuyển động thuận ngợc với 3 vận tốc v1, v2, v3 có sơ đồ nh hình vẽ bằng phơng pháp phân tầng với mạch động lực dùng thiết bị khí

Trang 1

đồ án môn học Sinh viên : Phạm Gia Điềm

1 Nhiệm vụ thiết kế

Thiết kế hệ thống điều khiển công nghệ chuyển động thuận ngợc với 3 vận tốc v1, v2, v3 có sơ đồ nh hình vẽ bằng phơng pháp phân tầng với mạch động lực dùng thiết bị khí nén và mạch điều khiển dùng thiết bị điện

2 Nội dung

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý

- Tính chọn thiết bị điều khiển

- Thiết kế sơ đồ lắp ráp

3 Thuyết minh và bản vẽ

- 1 quyển thuyết minh

- 2 bản vẽ kỹ thuật khổ A1 cho sơ đồ nguyên lý và lắp ráp

cán bộ hớng dẫn

lu đức dũng

mục lục

Lời nói đầu

Chơng II: Thiết kế sơ đồ nguyên lý

1 Phơng pháp phân tầng

- 1 -

Trang 2

2 Xác định các tín hiệu vào ra

3 xác địng các trạng thái

4 chu trình chuyển trạng thái

5 xác định các trạng thái nớc đôi và biến trung gian

6 đa ra sơ đồ

7 sơ đồ biến trung gian

8 Xác định hàm điều khiển biến trung gian và biến ra

9 sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển

10 kiểm tra sơ đồ cấu trúc

11 sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển

Chơng III: Tính chọn và thiết kế mạch lắp ráp

1 chọn các phần tử logic

2 chọn công tắc hành trình

3 Chọn rơle trung gian và bộ khuếch đạI tín hiệu

4 Chọn Van phân phối

5 Chọn thiết bị chấp hành

SƠ Đồ LắP RáP

1 Lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị

2 Sơ đồ lắp ráp của mạch điều khiển công nghệ

Kết luận

mở đầu

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 l ợng 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 phân xởng trong nhà máy, giữa các máy công tác trong một dây chuyền Việc điều khiển hoạt động của các dây chuyền hiện đại, tiên tiến cũng ngày càng đa dạng và phức tạp.

Công nghệ chuyển động thuận ngợc với ba vận tốc đợc sử dụng rất nhiều trong công nghiệp Năng suất làm việc của công nghệ phụ thuộc rất nhiều vào quá trình điều khiển Vì vậy, các thiết bị điện và hệ thống điều khiển của máy khoan 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 sẽ làm giảm các thao tác trong quá trình, 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 công nghệ 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.

- 2 -

Trang 3

Trong hệ thống công nghệ, 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 các cơ cấu chấp hành trong công nghệ Khi thiết kế hệ thống phải tính đến các ph ơng 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

ph-ơng án can thiệp trực tiếp của ngời vận hành đến việc dừng máy khẩn cấp Phph-ơng pháp thiết kế hệ thống bằng phơng pháp phân tầng là công cụ rất hữu ích để thiết kế và thực hiện đầy đủ các yêu cầu của hệ tự động hoá quá trình chuyển động Vì vậy, sử dụng công cụ ma trận trạng thái để thiết

kế hệ thống điều khiển công nghệ theo yêu cầu công nghệ đã đề ra là phơng pháp thiết kế cho độ chính xác và độ tin cậy cao.

Trong quá trình thiết kế, với sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn và của các bạn, công với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành đợc bản đồ án này Tuy nhiên, do sự hiểu biết về thực tế và trình độ chuyên môn còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đợc sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn.

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo Lu Đức Dũng và các thầy cô giáo khác trong Bộ môn

Sinh viên : Phạm Gia Điềm

- 3 -

D C

B A

T,

3

v

1

v

hình 2

v1

v2

v1

v3

v1

hình 1

Trang 4

Hình trên đây vẽ sơ đồ công nghệ đợc cho trong bài toán, hoạt động của sơ

đồ nh sau:

- ở trạng thái ban đầu: ở đầu hành trình thuận khi có tín hiệu khởi

động, cơ cấu chuyển động của công nghệ ( là một pittông ) chuyển động thuận với vận tốc V1 ( T,V1) Đến B có tín hiệu b, làm cho cơ cấu tăng tốc độ từ vận tốc V1 lên vận tốc V2 Đến điểm C có tín hiệu c, làm cho cơ cấu giảm vận tốc từ V2 xuống V1

Đến điểm D có tín hiệu d, kết thúc hành trình thuận bắt đầu hành trình ngợc

- ở hành trình ngợc cơ cấu chuyển động ngợc với vận tốc V3 (N, V3 ) Khi đi qua điểm C cơ cấu vẫn chuyển động ngợc với vận tốc V3 ( N, V3 ) Khi đến

điểm B, có tín hiệu b cơ cấu giảm vận tốc từ V3 xuống V1 Đến điểm A, có tín hiệu

a kết thúc hành trình ngợc và bắt đầu chu kỳ tiếp theo

1 Phơng pháp Phân tầng:

_Khi gặp những đối tợng công nghệ mới, ngời đặt hàng thờng chỉ nêu những yêu cầu của đối tợng cần phải thoả mãn Những yêu cầu đó thể hiện các trạng thái của

hệ thống cần có theo công nghệ Vì vậy một trong những cách để thực hiện cầu của

hệ thống tốt nhất và ít sai sót nhất là vẽ lại chu trình của công nghệ trong đó mỗi trạng thái của công nghệ đợc cho bởi các biến vào và các biến ra theo sự sắp xếp hợp lí, khoa học Đó là phơng pháp phân tầng, nó thể hiện mối quan hệ giữa các tín hiệu đầu vào và các trạng thái đầu ra

Sau đây ta tổng hợp công nghệ bằng phơng pháp phân tầng

2 Xác định các tín hiệu vào ra

a) Xác định các tín hiệu vào cần phải có:

Tại A, B, C, D, có các tín hiệu logic dạng xung a, b, c, d Tín hiệu logic này xuất hiện khi cơ cấu chuyển động tác động lên điểm đó và mất đi khi cơ cấu

ra khỏi điểm đó

b) Xác định các tín hiệu ra:

Gọi T là tín hiệu chứng tỏ cơ cấu chuyển động chạy thuận

Gọi N là tín hiệu chứng tỏ cơ cấu chuyển động chạy ngợc

Gọi V1 là tín hiệu chứng tỏ cơ cấu chuyển động chạy với vận tốc V1

3 Xác định các trạng tháI

- 4 -

6 3 2

1 là trạng thái cơ cấu chuyển động chạy thuận với vận tốc v1

là trạng thái cơ cấu chuyển động chạy thuận với vận tốc v2

là trạng thái cơ cấu chuyển động chạy thuận với vận tốc v1

là trạng thái cơ cấu chuyển động chạy ngợc với vận tốc v3 Gọi

Trang 5

4 Chu trình chuyển trạng thái

Chu trình chuyển trạng thái của công nghệ:

10100

1000

10010

0100

10100

0010

01001

0001

01001

0010

01100 0100

5 Xác định các trạng tháI nớc đôI và các biến trung gian

a) Các trạng thái nớc đôi:

B và C là hai vị trí nớc đôi

Các trạng thái nớc đôi:

b) Các biến trung gian và mã hoá các biến trung gian:

Để tách các trạng thái nớc đôi ta phải sử dụng các biến trung gian

Các biến trung gian: p và q

Phân vùng và mã hoá các biến trung gian:

7 đa ra sơ cho các biến trung gian

- 5 -

và 6

1 2

5

6

p p

pq

b

a

6

c

q

Q

p

P

c

q

p

q

p

q

p

Trang 6

8 xác định hàm đIều khiển các biến trung gian và biến ra

Từ sơ đồ phân tầng ta có

a) Hàm cho các biến trung gian:

P+ = p q b

Q+ = p q a

b q p

d q p

b) Hàm cho các biến ra:

 T f  T f  T f  T

= p q  p q  p q c

q p q

p 



= q

 N f  N f  N f  N

q p c q p q



q p q

p 



= p

 V1 f1 V1 f3 V1 f6 V1

q p c q p q



p c q



V2 f2V2

q p



 V3 f4 V3 f5 V3

c q p q

p 



q p



9 sơ đồ cấu trúc mạch đIều khiển

Để tạo tín hiệu trung gian ta sử dụng phần tử một trạng thái: hai đầu vào ( ghi và xoá ), hai đầu ra ( nghịch và đảo )

- 6 -

a

b

n

q

Trang 7

Sơ đồ cấu trúc các biến ra:

10 Kiểm tra lạI sơ đồ Cấu trúc

_Giả sử đang ở trạng thái p = 0, p  1, q  1, q = a: lúc này có: N và V1 ( bàn máy chạy ngợc với vận tốc v1 )

_Có tín hiệu a ( đi hết hành trình ngợc ) có Q+ = 1, P không đổi trạng thái

có q = 1, q  0

p = 0, p  1( cũ ) Vậy mất N, có T vẫn có v1 ( bàn máy chạy thuận với vận tốc v1 )

_Có tín hiệu b ( chạy thuận đến điểm B ) có P  1, Q không đổi trạng thái

có p = 1, p  0

q = 1, q  0 ( cũ )

Vậy vẫn có T, mất v1 có v2 ( bàn máy chạy thuận với vận tốc v2 )

_Có tín hiệu C ( chạy thuận đến điểm C ) có P, Q không đổi trạng thái

có p = 1, p  0

q =1, q  0

Vậy có v1, việc có v1 làm mất v2 (hiệu chỉnh) (bàn máy chạy thuận với vận tốc v1) _Có tín hiệu d ( bàn máy chạy hết hành trình thuận ) có Q  = 1, P không đổi

có q = 0, q  1

- 7 -

q p

p

p q

q

c

N T

q

2

V

3

V 1

V

Trang 8

p = 1, p  0( cũ ) Vậy mất T có N và mất V1 có V3 ( bàn máy chạy ngợc với vận tốc v3 )

_Có tín hiệu C ( chạy ngợc đến điểm C ) có P, Q không đổi trạng thái

có q = 0, q  1

p =1, p  0

Vậy còn N, vẫn còn V3 ( vẫn chạy ngợc với vận tốc v3 )

_Có tín hiệu b ( chạy ngợc đến điểm B ) có P  1, Q không đổi trạng thái

có p = 0, p  1

1

q  , q = 0 ( cũ ) Vậy vẫn có N mất V3, có V1 ( bàn máy chạy ngợc với vận tốc v1 )

_ Có tín hiệu a ( chạy hết chu trình ngợc ) Quá trình lặp lại nh cũ

Vậy công nghệ hoàn toàn thoả mãn.

11 Sơ đồ nguyên lý mạch đIều khiển

Đóng cầu dao ta có:

_ấn nút mở máy M, rơ le trung gian R có điện Các tiếp điểm ( 5 - 7 ) và ( 31 -

32 ) đợc hút lại mạch điều khiển đợc cấp điện Giả sử cơ cấu chuyển động đang ở

đầu hành trình, tín hiệu lôgic a = 1, b = 0, c = 0, d = 0, cuộn hút rơle trung gian RT

và RV1 có điện làm cho tiếp điểm ( 5 - 13 ) và ( 5 - 15 ) CT1 đợc mở ra, khí từ va phân phối đợc đi qua CT1 làm cho phần tử chấp hành chuyển động thuận với vận tốc

v1

_ Khi cơ cấu chuyển động thuận qua điểm b có tín hiệu logíc b = 1, lúc này cuộn hút RT vẫn có điện Cuộn hút RV1 mất điện, đồng thời cuộn hút RV2 có điện làm cho tiếp điểm ( 5 - 13 ) vẫn đóng, tiếp điểm ( 5 - 15 ) mở ra đồng thời tiếp điểm ( 5 - 16 ) đóng lại ( CT1 đợc đóng lại, CT2 đợc mở ra ) khí đi từ van phân phối đợc đi qua CT2 làm cho phần tử chấp hành chuyển động thuận với vận tốc v2

_Khi cơ cấu chuyển động thuận đi qua điểm c có tín hiệu logic c = 1, lúc này cuộn hút RT vẫn có điện Cuộn hút RV2 mất điện, đồng thời cuộn hút RV1 có điện làm cho tiếp điểm ( 5 - 13 ) vẫn đóng, tiếp điểm ( 5 - 16 ) mở ra đồng thời tiếp điểm ( 5 - 15 ) đóng lại ( CT2 đợc đóng lại, CT1 đợc mở ra ) khí đi từ van phân phối đợc đi qua CT1 làm cho phần tử chấp hành chuyển động thuận với vận tốc v1

_Khi cơ cấu chuyển động thuận đi qua điểm d có tín hiệu logic d = 1, lúc này cuộn hút RT, RV1 mất điện Đồng thời cuộn hút RN, RV3 có điện làm cho tiếp điểm ( 5 - 13 ) và ( 5 - 15 ) mở ra đồng thời tiếp điểm ( 5 - 14 ) và ( 5 - 18 ) đóng lại ( CT1 đợc đóng lại, CT3 đợc mở ra ) khí đi từ van phân phối đợc đi qua CT4 làm cho phần tử chấp hành chuyển động ngợc với vận tốc v3

- 8 -

VTL 4

VTL 3

VTL 2

VTL 1

p

+ P

p

q

+ Q

-q

Reset

RV 1

RV 2

RV 3

6 2

-4

1 3 5

7 R

RN RT

11 12

33

van phân phối VPP

T D

CD

CC

+

31

RT

RV 2

RV 1

13

R 32

M

R

24

N 34

RN RV 1 RV 3

14 23

16 VMC 1

25

CT 1

15

VMC 2

30 29

27

26 28

CT 3

CT 2 17 CT 4 18

a b 20 19

c d

21 22

Trang 9

_ Khi cơ cấu chuyển động ngợc đi qua điểm c có tín hiệu logic c = 1, lúc này cuộn hút RN, RV3 vẫn có điện khí đi từ van phân phối đợc vẫn đi qua CT4 làm cho phần tử chấp hành chuyển động ngợc với vận tốc v3

_Khi cơ cấu chuyển động ngợc đi qua điểm b có tín hiệu logic b = 1, lúc này cuộn hút RN vẫn có điện cuộn hút RV4 mất điện đồng thời cuộn RV3 có điện làm cho tiếp điểm ( 5 - 13 ) vẫn đóng, tiếp điểm ( 5 - 18 ) mở ra đồng thời tiếp điểm ( 5

- 17 ) đóng lại ( CT3 đợc đóng lại, CT4 đợc mở ra ) khí đi từ van phân phối đợc đi qua CT3 làm cho phần tử chấp hành chuyển động ngợc với vận tốc v1

_Khi cơ cấu chuyển động thuận đi qua điểm a có tín hiệu logic a = 1, lúc này cuộn hút RN, mất điện, đồng thời cuộn hút RT có điện làm cho tiếp điểm ( 5 - 14 )

mở ra đồng thời tiếp điểm ( 5 - 13 ) đóng lại Cơ cấu chuyển động thực hiện chu kỳ tiếp theo

Muốn dừng máy ta ấn nút dừng máy

Chơng III

Tính chọn và thiết kế mạch lắp ráp

1 chọn các phần tử logic

Trong sơ đồ nguyên lý ta sử dụng phần tử logic sau:

a) Phần tử AND:

_ Sáu phần tử AND 3 đầu vào:

Ta sử dụng hai mạch tích hợp 7415 để thực hiện 6 phần

AND 3 đầu vào

IC 7415 chứa 3 phần tử AND 3 đầu vào

Kí hiệu các chân của IC 7415 nh hình bên

Nguồn nuôi VCC = + 5V  5% ( VCC_14 )

GND = 0V ( GND_7 )

Dải nhiệt độ: 0  700C

_ Một phần tử AND 2 đầu vào:

AND 2 đầu vào

IC 7408 chứa 4 phần tử AND 2 đầu vào

GND = 0V ( GND_7 )

b) Phần tử OR

Hai phần tử OR 2 đầu vào:

OR 2 đầu vào

IC 7408 chứa 4 phần tử OR 2 đầu vào

- 9 -

1 2 3 4 5 6

7 8 9 10 11 12 13

14 1A

1B 2A 2B 2C 2Y GND 3Y

3A 3B 3C 1Y 1C VCC

7415

4 3

1 2

7 6

5 2B

GND 2Y

2A 1Y 1B 1A

3B 10 3A 3Y 7408 8 9

4B 4A 4Y

14 13 12 11

4B 4A 4Y VCC

3Y 3A

3B 2B 5 10

GND 2Y

7432 7

6 8 9

1B

2A 1Y

1A 2

4 3

1 13

11 12 14

Trang 10

GND = 0V ( GND_7 )

c) Phần tử NOT

Hai phần tử NOT 2 đầu vào:

OR 2 đầu vào

IC 7404 chứa 4 phần tử NOT 2 đầu vào

GND = 0V ( GND_7 )

d) Các transistor khuếch đại chọn loại C388 đợc nuôi bởi nguồn 12V

e) Hệ thống đợc thiết kế 2 phần tử hai trạng ( hai D FlipFlop ) Ta dùng IC

74109 có chứa hai FlipFlop JK

Các vi mạch này đợc lắp trên bo mạch và đợc hàn chân theo sơ đồ nguyên lý tạo thành một khối với các chân tín hiệu vào, ra

2 Chọn rơle trung gian và bộ khuếch đại tín hiệu

Vì các rơle RT, RN, RV1, RV2, RV3 , R chỉ thực hiện việc đóng mở để cấp

điện cho cuộn hút dây nam châm điện đầu van, nhờ đó đóng mở van để phân phối khí nên ta có thể chọn các rơle này cùng một loại ở đây ta chọn loại rơle G40 của hãng OMRON (Nhật Bản), các thông số của rơle đợc cho dới đây:

3 Chọn Van phân phối

Ta chọn van phân phối loại CPE18-M2H-5J-1/4 (có hình vẽ dới) của hãng Festo (Đức) Đây là loại van 5/2 với đầu nối (1) là đầu vào khí nén, các đầu nối (2) và (4) là các đầu ra của khí nén còn các đầu nối (3) và (5) là các đầu xả khí Các thông số của thiết bị đợc cho trong bảng dới đây:

- 10 -

7404

14

12 11

13 1

3 4

2 1A

2A 2Y 1Y

9 8

6 7

3Y GND

4A 4Y

VCC

5A 6Y 6A

Trang 11

4 Chọn thiết bị chấp hành

Trong cơ cấu truyền động, ta sẽ sử dụng 1 pittông hai chiều tác dụng DNU-100-500PPV-A (có hình vẽ dới) của tập đoàn Festo (Đức) Các thông số cơ bản của thiết bị nh sau:

5 công tắc hành trình

Công tắc hành trình là loại D4A-N của hãng OMRON (Nhật Bản), trong hệ thống ta sử dụng 4 công tắc hành trình Các thông số của công tắc đợc cho dới đây:

Các tín hiệu a, b, c, d ở đầu ra của nút chính là các tín hiệu đa vào vi mạch

Ta quy ớc Vcc=5V ứng với mức logic “1” và GND=0V ứng với mức logic “0”

6 chọn van tiết lu

- 11 -

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	744 KB