đồ án kỹ thuật cơ khí kế hệ thống điều khiển lôgic cho công nghệ khoan qua hai giai đoạn.DOC

lời nói đầu Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc có thể nói trong nhữngtiêu chí để đánh giá sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia là mức độ tự độnghoá trong các quá tr

đồ án môn học điều khiển lôgic

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

lời nói đầu

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc có thể nói trong nhữngtiêu chí để đánh giá sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia là mức độ tự độnghoá trong các quá trình sản xuất, mà trớc hết phải nói đến đó là năng suất sảnxuất và chất lợng sản phẩm làm ra dới những thành công của việc áp dụng cáccông 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 củacác 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 vớinhững đòi hỏi của sản xuất cũng nh sự hội nhập vào nền kinh tế thế giới thì việc ápdụng các tiến bộ khoa học, kỹ thuật mà đặc biệt là sự tự động hoá các quá trình sảnxuất đã có bớc phát triển mới tạo ra sản phẩm có hàm lợng chất xám cao, thúc đẩyquá 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 trongmọi lĩnh vực, vào trong tất cả các khâu của công nghệ trong quá trình tạo ra sảnphẩm Một trong những trong những ứng dụng đó mà đồ án này thiết kế là điềukhiển tự động công nghệ khoan qua hai giai đoạn Tự động hoá điều khiển côngnghệ khoan là quá trình thực hiện gia công tạo ra một lỗ thủng trên bề mặt chitiết 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 chitiết 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

Chất lợng lỗ khoan và năng suất làm việc của máy phụ thuộc rất nhiều vàocông 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 tổnghợp đợc hàm điều khiển cho hệ thống Có rất nhiều phơng pháp để tổng hợphàm 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 đơngiản 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 nh sự chỉbảo nhiệt tình của thầy giáo Lu Đức Dũng Em đã hoàn thành bản đồ án đúngthời hạn, tuy nhiên với một lĩnh vực thiết kế tơng đối khó và đòi hỏi độ chínhxác cao mà chỉ tiếp xúc trong khoảng thời gian ngắn, chắc chắn bản đồ ná nàycòn nhiều điều thiếu sót Em mong rằng tiếp tục nhận đợc ý kiến đóng góp củathầy, 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, côgiáo trong bộ môn tự động hoá và đặc biệt là thầy giáo Lu Đức Dũng, ngời đãtận tình hớng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành bản đồ án này

Hà Nội, Ngày 25 Tháng 03 Năm 2004

Sinh viên :

phụ lục Chơng I : thiết kế sơ đồ nguyên lý

I Khảo sát công nghệ

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

II Xây dựng cấu trúc điều khiển

1 Các phơng pháp tổng hợp hàm điều khiển

2 Cấu trúc hàm điều khiển

III Tổng hợp mạch điều khiển bằng phơng pháp ma trận trạng thái

1 Xác định các biến điều khiển

2 Tổng hợp mạch điều khiển

IV Xây dựng sơ đồ nguyên lý

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

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

II Thiết bị điều khiển

1 Công tắc tơ điều khiển thuận - ngợc

3 Sơ đồ lắp ráp

II Nhận xét

Chơng I : thiết kế sơ đồ nguyên lý

I Khảo sát công nghệ :

1 Giới thiệu chung về công nghệ :

- Khoan là phơng pháp gia công cơ khí tạo ra các lỗ trên bề mặt vật liệu, đểthực hiện một công việc của một quá trình lắp giáp cơ khí nào đó Cũng nh cácphơng pháp gia công cơ khí khác, gia công bằng phơng pháp khoan đợc thựchiện bằng cách bóc tách các phần thừa của chi tiết vứt bỏ đi tạo ra phoi Do vậykhi 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

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 V1 ( Mũi khoan chakhoan vào chi tiết )

+ Giai đoạn 2 - 3 : Mũi khoan đi xuống với tốc độ V2 và thực hiện khoanvào chi tiết

+ Giai đoạn 3 - 4,5 : Mũi khoan chuyển động đi lên với tốc độ V1 ( thựchiện việc thoát phoi )

+ Giai đoạn 5 - 6 - 7 : Mũi khoan đi xuống với tốc độ V1 ( thực hiện giacông chi tiết sau khi đã thoát phoi )

+ Giai đoạn 7 - 8 : Mũi khoan chuyển động đi xuống với tốc độ V2 ( thựchiện quá trình gia công tiếp )

+ Giai đoạn 8 - 9 - 10 : Mũi khoan đi lên với tốc độ V1 kết thúc một chutrình

+ 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 :

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 V1, V2 cho mũikhoan

* Trang bị mạch điều khiển :

- Sử dụng các công tắc hành trình đặt tại các vị trí A, B, C, D để cảm biếnchính 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 đãcho ( 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 điềukhiển 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

 0110 0001

các trạng thái có thể có của công nghệ này

Gọi  là trạng thái đi xuống với vận tốc V1 lần thứ 1

Gọi  là trạng thái đi xuống với vận tốc V2 lần thứ 1

Gọi  là trạng thái đi lên với vận tốc V1 lần thứ 1

Gọi  là trạng thái đi xuống với vận tốc V1 lần thứ 2

Gọi  là trạng thái đi xuống với vận tốc V2 lần thứ 2

Gọi  là trạng thái đi lên với vận tốc V1 lần thứ 2

Tín hiệu vào: a,b,c,d

Tín hiệu ra: X (Mũi khoan đi xuống)

L (Mũi khoan đi lên)

V1 V2 (Vân tốc mũi khoan)Giản đồ chuyển đổi trạng thái của công nghệ

Bảng 1: Bảng chuyển đổi trạng thái thứ nhất

0 0

1 0

0 1

6 (4) (5)

1

0 0

1 0

0 1

Còn 4 trạng thái: (1) (2)

(3)(4) (5)(6)Màu đỏ viết theo tín hiệu ra là (2) và (5)

Chọn 2 biến trung gian k, p

Mã hoá các trạng thái theo ma trận

Tín hiệu ra: (2), (5)

Ma trận các nô của các trạng thái

Màu xanh viết cho biến trung gian

Màu đỏ viết cho biến ra

(3) (3) 4

c p d K k

Hiệu chỉnh lại sơ đồ cấu trúc

Bổ sung thêm tín hiệu mở máy ban đầu

2rm 3rm ra

42 38

44

111 112 113

- 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 dịchchuyển 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 cựctính 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 khoan đang làm việc mất điện thì động cơ dừng lại và không tự vậnhành 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 xẽkhông có tín hiệu V1

 Mạch lực : - Mạch lực bao gồm bộ biến đổi chỉnh lu một chiều có điềukhiển sử dụng các van bán dẫn Tiristor Động cơ một chiều 10 (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 cótiếp điểm

P & K đợc thay thế bằng công tắc tơ P & K

V1, V2 – Thay thế bằng các công tắc tơ gia tốc V1, V2 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 cáchành 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

Sơ đồ mạch động lực

x

l 4kh

3kh

rtr x

l

3kh

2kh l

2rm

rth 1rm

-29

2 14

- 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 quátrình hoạt động của hệ thống Đồng thời công tắc tơ K trên mạch động lực có

điện đóng tiếp điểm K cho mạch lực cấp điện cho động cơ

- Tại A công tắc hành trình 1KH đóng  công tắc tơ X có điện, tiếp điểm Ttrên mạch động lực đóng, động cơ làm việc ở chế độ thuận ( mũi khoan dịchchuyển đi xuống ) Đồng thời công tắc tơ vận tốc V1 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 mấtvận 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 vàcông tắc tơ vận tốc V2  Khoan dừng chuyển động, đồng thời khi công tắc hànhtrình 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 V1 Khi khoan chuyển động đi lêngặp 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 trìnhhoạt 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 hànhtrình của khoan

- 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  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

Nh-ng khi gặp A thì côNh-ng tắc tơ L và côNh-ng tắc tơ vận tốc V1 mất điện, khoan dừnghoạt 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 :

 1RM, 2RM là các Rơle dòng điện cực đại dùng để bảo vệ quá tải ngắnhạn xung kích, chế độ làm việc 2 pha vì vậy ta phải chỉnh định dòng điệnhút 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 Muốnmạch trở lại hoạt động bình thờng ta cần phải ấn trả lại nút phục hồi cho3RM

 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 vậnhành và hoạt động của các thiết bị Cần phải có các thiết bị bảo vệ tác độngnhanh 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 nhngvẫn 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 mộtchiều dòng chỉnh định có thể đợc tính theo công thức sau

Icđ = 1,2  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 = 4Iđm )

2 Bảo vệ quá tải lâu dài :

- Hiện tợng quá tải lâu dài vợt quá giá trị cho phép sẽ gây hiện tợng phát nóngthiết bị làm nhiệt độ tăng lên vợt quá trị số cho phép đối với cách điện của nógây ra chập cháy máy điện Bảo vệ ổn định nhiệt lâu dài đợc thực hiện bởi Rơlenhiệt, Rơle nhiệt đợc chọn sao cho nó có đặc tính nhiệt giống đặc tính phát nhiệtlàm 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 trạngthái làm việc của động cơ Đặc biệt nếu dòng kích từ bị mất sẽ gây ngắn mạchphần ứng, cần có biện pháp bảo vệ chống mất kích từ bằng Rơle dòng điện mắctrên mạch kích từ nh H.vẽ

- Chọn : Rpđ = 5 Rk.từ = 581 = 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 hiệntợng xuất hiện các xung đỉnh nhọn có tốc độ biến thiên rất lớn, gây đánh thủnglớp 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

- Sử dụng các công thức đã biết sẽ tính toán đợc một cách chính xác các giá trịcủa R & C Tuy nhiên bằng kinh nghiệm ta có thể chọn :

R = 100 () ; C = 1 (F)

5 Chọn các phần tử đóng cắt hệ thống :

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