thiết kế môn học điều khiển logic

thiết kế môn học điều khiển logic

Thiết kế môn học: điều khiển lôgic

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

II Thuyết minh và bản vẽ

4 Một quyển thuyết minh

5 Hai bản vẽ kỹ thuật khổ A0 cho sơ đồ nguyên lý, lắp ráp

Yêu cầu thiết kế:

III Phơng pháp thiết kế : Phân tầngPhơng pháp điều khiển, mạch lực : Động cơ một chiều, phần tử không tiếp

D

X

C

cở sở và hỗ trợ cho sự phát triển tơng xứng của lĩnh vực tự động hoá.

ở nớc ta mặc dầu 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 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

nhữnh ứng dụng đó mà đồ án này thiết kế là điều khiển công nghệ khoan Tự

động hoá điều khiển công nghệ khoan là quá trình tạo ra một lỗ thủng trên bề mặt vật thể có kích thớc chiều sâu định trớc Trong công việc thiết kế, tự động hoá

điều khiển đợc thể hiện qua hai quá trình sau:

- Tự động hoá điều khiển công việc đa vật thể vào vị trí định trớc (xác định

vị trí lỗ khoan)

- Tự động hoá đa mũi khoan vào khoan vật thể sau đó quay về vị trí cũ đễ

đảm bảo cho quy trình tiếp theo

Chất lợng mũi khoan và năng suất làm việc phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ điều khiển Quá trình làm việc đợc thực hiện theo một trật tự logic, theo trình 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 nhng ở đây ta sử dụng phơng pháp ma trận trạng thái So với các phơng pháp khác thì phơng pháp ma trận trạng thái

có u điểm đơn giản và dễ hiệu chỉnh

MụC LụC trang

Chơng 1: Giới thiệu công nghệ 4

Chơng 2: Xây dựng sơ đồ nguyên lý 12

Chơng 3: Tính chọn các thiết bị 16

Chơng 4: Sơ đồ lắp ráp và bảng đấu dây 19

Theo công nghệ yêu cầu: Sau khi ấn nút mở máy động cơ sẽ làm mũi khoan

đi xuống với vận tốc v1, hành trình này kéo dài từ A → B Khi mũi khoan

đến B (gặp vật liệu) cần giảm tốc độ khoan xuống vận tốc v2 để khoan vật liệu tiếp Khi gặp C lỡi khoan nhấc lên tháo phoi chuẩn bị cho giai đoạn khoan thứ hai

Quá trình đi lên đợc bắt đầu với vận tốc V1,quá trình kéo dài từ C→ A Khi gặp A khoan đảo chiều đi xuống với vận tốc V1 bắt đầu giai đoạn hai Khi gặp C(gặp phôi) bắt đầu khoan xuống với vận tốc V2 cho đến khi gặp D

D

X

C

khoan hết một lỗ khoan đợc nhấc lên với vận tốc V1 Đi lên gặp A thì dừng lại kết thúc quá trình khoan.

Sau khi kết thúc một chu kì mũi khoan sẽ tự động dừng lại ở đầu quá trình

đi xuống của chu kì mới Muốn thực hiện các lần khoan tiếp theo phải ấn nút mở máy Muốn dừng hoàn toàn trạng thái làm việc của hệ thống thì ấn nút dừng, dừng ở vị trí A; tức là đầu hành trình thuận

Từ việc mô tả yêu cầu công nghệ ở trên ta thấy rằng việc thực hiện có thể

sử dụng điều khiển theo nguyên tắc hành trình Bằng việc đặt tại các vị trí

Chi tiết việc thiết kế cấu trúc mạch điều khiển và cấu trúc mạch lực sẽ

đợc trình bày dới đây

II Trình tự các b ớc xây dựng cấu trúc điều khiển.

Theo yêu cầu của đề tài, dới đây xin trình bày việc tổng hợp mạch điều khiển bằng phơng pháp trạng thái

1 Xác định các tín hiệu điều khiển & các tín hiệu chấp hành.

Từ phân tích ở trên, ta đã xác định nguyên tắc điều khiển chuyển động lên xuống của khoan máy là nguyên tắc hành trình Vì vậy, các tín hiệu điều khiển

a, b, c ,d xác nhận vị trí của mũi khoan tại A, B, C, D trong mỗi chu kỳ chuyển

động lên xuống

Quy ớc các trạng thái của các tín hiệu điều khiển nh sau:

+ a =1: Nếu mũi khoan qua A & ra lệnh điều khiển mũi khoan đi xuống với vận tốc V1 (nếu mũi khoan đang đứng yên tại A)

+ a =0: Khi mũi khoan rời khỏi A

+ b =1: Xác nhận mũi khoan ở tại B Ra lệnh mũi khoan tiếp tục chuyển động xuống với V2 nếu trớc đó mũi khoan chuyển động xuống với V1; còn ra lệnh

cho mũi khoan đảo chiều đi xuống với vận tốc V1, nếu trớc đó mũi khoan đang chuyển động lên với vận tốc V1.

+ b =0: Khi mũi khoan rời khỏi vị trí B

+ c =1: Xác nhận mũi khoan qua C Ra lệnh cho mũi khoan tăng tốc từ V2 lên

V1 và chuyển động đi lên, nếu trớc đó mũi khoan chuyển động xuống với V2; còn nếu trớc đó đang chuyển động lên với V1 thì tiếp tục duy trì trạng thái cũ.Ra lệnh cho mũi khoan chuyển động xuống với vận tốc V2 nếu trớc đó chuyển động xuống với vận tốc V1

+ c =0: Khi mũi khoan rời khỏi C

+ d=1: Xác nhận mũi khoan ở tại D Ra lệnh cho mũi khoan chuyển động đi lên với V1

+ d =0: Khi mũi khoan rời khỏi D

Nh vậy, các tín hiệu a, b, c, d là các tín hiệu xung

Các tín hiệu chấp hành (tín hiệu ra) là: L,X, V1, V2

Các tín hiệu chấp hành sẽ xuất hiện khi một tổ hợp nhất định của các tín hiệu

điều khiển tác động nhằm điều khiển mũi khoan chạy đúng ý đồ thiết kế

2 Xác định các trạng thái có thể có của hệ thống.

Từ công nghệ ta thấy các trạng thái có thể có của hệ thống trong một chu kỳ

nh sau:

S1 : là trạng thái mũi khoan đi xuống với vận tốc V1 từ A → B

S2 : là trạng thái mũi khoan đi xuống với vận tốc V2 từ B → C

S3 : là trạng thái mũi khoan đi lên với vận tốc V1 từ C → B

S4 : là trạng thái mũi khoan đi xuống với vận tốc V1 từ B → C

S5 : là trạng thái mũi khoan đi xuống với vận tốc V2 từ C → D

S6 : là trạng thái mũi khoan đi lên với vận tốc V1 từ D→ C

S7 : là trạng thái mũi khoan đi lên với vận tốc V1 từ C→ B.

S8 : là trạng thái mũi khoan đi lên với vận tốc V1 từ B→A

3 Lập lu đồ chuyển trạng thái.

Ký hiệu:

2

1V XLV abcd

Từ hoạt động của hệ thống ta mô tả trạng thái của hệ thống bằng lu đồ chuyển trạng thái trong mỗi chu kỳ hoạt động nh sau:

Từ Graphcep trạng thái trên ta có bảng trạng thái MI nh sau:

0010 0

1 1 0

0100 0 1 0 1

0 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 0

1 1 0 0

1 1 0 1

1 0 0 1

1 0 1 1

1 0 1 0

8

01100100

7

0110

0010

01100001

3

01100010

2

10010100

4

10100100

5

10010010

Theo điều kiện nhập hàng thì hai hàng có thể nhập lại thành một hàng khi trên cùng một cột chúng có cùng kí hiệu.Do đó ta có thể nhập hàng 1với hàng 2,hàng 4với hàng 5,hàng 6với hàng 7 với hàng 8 Vì vậy ta có bảng trạng thái rút gọn nh sau:

d c

p

Hàm đối với L :

pq

pq

q

p

4.Kiểm tra và hiệu chỉnh sơ đồ cấu trúc.

+ Giả thiết, ban đầu a=1 ⇒ có X,V1 , không có P,không có Q→q=p = 0

+ Đến B: b =1 Vẫn không có P,Q Vẫn còn X Lúc này, do p=1, b=1) ⇒ có

V2,đồng thời mất V1

+ Đến C: c = 1 Do trớc đấy p= 1 nên sẽ có Q ⇒ q=1 ⇒ mất V2 & lại có V1

đồng thời có L (do vẫn cha có P và đã có Q)

+ Đến B(hành trình lên lần 1): b = 1 ⇒ mất L,vẫn có V1,có X do vẫn còn Q

có P(do lúc này đã có Q)

+ Đến C (trong hành trình xuống lần 2) ⇒ c = 1 Vẫn có P, Q ⇒ có V2và có X,đồng thời mất V1

+ Đến D ⇒ d=1, a=b=c= 1 → mất Q ⇒ Vẫn có P, nhng mất V2 ,có V1 đồng thời có L

+ Đến C(trong trình lên lần 2): c = 1 Vẫn có P và vẫn mất Q,vẫn có Lvà V1.+ Đến B(trong trình lên lần 2): b =1 Vẫn có P,vẫn mất Q Vẫn còn Lvà V1 + Đến A: a =1 lúc này thì mất P,Q vẫn cha có

Nh vậy sơ đồ cấu trúc nh trên thoả mãn công nghệ đặt ra

Qua việc phân tích trong quá trình kiểm tra, ta nhận thấy rằng:

+ Trong phân tích các trạng thái trên ta coi rằng A có khi mũi khoan đến A và

A mất khi mũi khoan rời khỏi A và đã đến B.Thực tế khi mũi khoan rời khỏi A

và cha đến B thì đã mất A,do đó để thoả mãn công nghệ ta phải hiệu chỉnh ,ta thay a bằng a'

b a a

a'=( '+ ). + Tơng tự, cho biến B,C ta có:

c a b b

b'=( '+ ).

d b c c

c'=( '+ ).

Đối với D không ảnh hởng đến sơ đồ cấu trúc nên ta không cần hiệu chỉnh Vậy sơ đồ cấu trúc điều khiển đợc hiệu chỉnh lại nh sau:

Chơng II

Xây dựng sơ đồ nguyên lý

Quá trình tổng hợp mạch điều khiển ở chơng I đã đa ra đợc một cấu trúc điều khiển về cơ bản đã đáp ứng đợc yêu cầu của công nghệ Tuy vậy, nếu đem ngay cấu trúc này vào lắp ráp thì thực tế là không đáp ứng đợc các yêu cầu về bảo vệ các sự cố ( ngắn mạch, quá tải ngắn hạn, dài hạn …) Để hoàn thiện mạch điều khiển ta sẽ bổ xung thêm vào cấu trúc điều khiển đã có một số mạch phụ trợ phục vụ mục đích bảo vệ và nâng cao độ tin cậy của sơ đồ

I Các mạch bảo vệ

1 Bảo vệ ngắn mạch.

Ta đã biết dòng ngắn mạch lớn hơn nhiều lần dòng điện bình thờng, gây các tác hại to lớn là làm hỏng dộng cơ, các thiết bị điều khiển

Yêu cầu của thiết bị bảo vệ là phải tác động cắt nhanh hệ thống ra khỏi lới

điện trớc khi dòng ngắn mạch kịp phá huỷ thiết bị điện

Có thể thực hiện bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì hoặc rơ-le dòng cực đại tác

động nhanh hoặc áptômát

Đối với trờng hợp động cơ mũi khoan chuyển động lên xuống hoạt động theo chế độ chu kỳ ( chế độ ngắn hạn lặp lại) ta có thể dùng rơ-le dòng cực đại vừa làm nhiệm vụ bảo vệ ngắn mạch & vừa làm nhiệm vụ bảo vệ sự cố quá tải xung kích

2 Bảo vệ quá tải ngắn hạn xung kích.

Hiện tợng quá tải xung kích tuy tồn tại trong thời gian ngắn, tác dụng phá huỷ

về nhiệt là thứ yếu, nhng dòng xung kích lớn có thể gây nên lực điện động lớn, làm h hỏng các bộ phận của máy nh các bối dây, cổ góp, làm hỏng cơ cấu cơ khí có liên quan khác

Để bảo vệ cắt trong trờng hợp này ta dùng rơ-le dòng cực đại hay áptômát có cơ cấu tác động nhanh

Nh đã đề cập ở trên, ta sẽ sử dụng rơ-le dòng cực đại để vừa bảo vệ ngắn mạch vừa bảo vệ quá tải xung kích

3 Bảo vệ cực tiểu và bảo vệ điểm không.

Khi điện áp lới bị mất hoặc giảm thấp dới trị số cho phép, thì phải cắt mối liên

hệ giữa nguồn và động cơ, phòng trờng hợp khi có lại điện thì hệ thống không thể hoạt động không theo ý muốn của ngời vận hành

Để thực hiện bảo vệ cực tiểu hoặc bảo vệ điểm không, ta sử dụng rơ-le điện áp thấp kiểu điện từ Cuộn dây của rơ-le đợc mắc vào điện áp lới, còn tiếp điểm của nó đóng nguồn cung cấp cho mạch điều khiển động cơ.

4.Bảo vệ mất từ trờng :Đối với động cơ một chiều kích từ độc lập hoặc kích

từ song song khi xảy ra mất từ trờng có thể gây ra dòng điện phần ứng tăng vọt ,do đó ta phải có các biện pháp để bảo vệ.Ta dùng 1 Rơle dòng điện RTT

II Xây dựng sơ đồ nguyên lý

Từ sơ đồ cấu trúc ta có quy ớc các ký hiệu nh sau:

+ a _ thay thế bằng công tắc hành trình 1KH

+ b _ thay thế bằng công tắc hành trình 2KH

+ c _ thay thế bằng công tắc hành trình 3KH

+ d _ thay thế bằng công tắc hành trình 4KH

+ P & Q _ thay thế bằng các rơ-le trung gian 1RTr và 2RTr

+A',B',C' _ thay thế bằng các rơ-le trung gian 3RTr,4RTr và 5RTr

+Ngoài ra ta dùng thêm 1 Rơle trung gian 6RTr để điều khiển các tiếp điểm của công tắc hành trình KH3

+ V1, V2 _ thay thế bằng các công tắc tơ gia tốc V1,V2 điểu khiển tốc độ làm việc của động cơ

+ L, X _ thay thê bằng các công tắc tơ đờng dây điều kiển các hành trình lên

& xuống (L, X)

Từ phân tích sự cần thiết của việc bảo vệ các sự cố ở trên, ta sẽ sử dụng thêm các khí cụ phụ trợ gồm

+ Một rơ-le điện áp thấp RA hoặc một công tắc tơ đờng dây Dg để làm nhiệm

vụ bảo vệ cực tiểu và điểm không

+ Một rơ-le dòng điện RTT để làm nhiệm vụ bảo vệ mất từ trờng

+ Rơ-le dòng cực đại RM để vừa làm nhiệm vụ bảo vệ ngắn mạch lại vừa làm nhiệm vụ bảo vệ quá tải xung kích

Ngoài ra, dùng thêm các nút ấn mở máy M, nút ấn dừng máy D

1 Vẽ sơ đồ nguyên lý mạch động lực & mạch điều khiển.

Xem hình vẽ H3.2

2 Thuyết minh hoạt động của sơ đồ

Sơ đồ đã tổng hợp thực hiện điều khiển chuyển động lên xuống của một máy khoan Hết một hành trình mũi khoan sẽ tự động dừng lại ở đầu hành trình xuống Muốn làm tiếp một hành trình thì phải nhấn lại nút mở máy M

Trớc hết, muốn thực hiện một hành trình, ta nhấn nút mở máy M để đóng điện cho mạch điều khiển Rơ-le điện áp RA sẽ duy trì điện áp cấp cho mạch điều khiển chừng nào điện áp đạt trị số cho phép Do ban đầu bàn máy đã ở hành trình thuận, nên tiếp điểm của công tắc hành trình 1KH (13,35) sẽ đóng điện cho 3RTr (30,2),sau đó Rơle 3RTr sẽ tự duy trì cho đến khi 2KH đóng lại → tiếp điểm 3RTr (13,16) đóng lại,cấp điện cho cuộn hút X,đóng các tiếp điểm x trên mạch động lực nên động cơ sẽ đợc đóng điện để làm mũi khoan đi xuốngkhi Rơle 3RTr có điện sẽ đóng tiếp điểm 3RTr(13,20) lại ,cấp điện cho cuộn hút công tắc tơ V1 (20,2) có điện, đóng các tiếp điểm trên mạch động lực đa

điện trở R1 vào → mũi khoan sẽ chuyển động xuống với vận tốc V1

Đến B: 2KH (13,40) đóng lại ngắt điện 3TRr, đóng điện cho 6RTr (40,2), tiếp

điểm 6RTr(37,13)đóng lại cấp điện cho cuộn hút 4RTr(32,2) sau đó 4RTr sẽ

tự duy trì đến khi 3KH đóng.4RTr có điện sẽ đóng tiếp điểm 4RTr(13-23),do

đó đóng điện cho cuộn hút V2 (do 1RTr cha có điện) →tiếp điểm v2 16)trên mạch điều khiển đóng lại cấp điện cho cuộn hút X,đồng thời tiếp điểm

(13-v2 trên mạch động lực cũng đóng lại đa điện trở R2 vào mạch do đó mũi khoan chuyển động xuống với V2

Đến C: 3KH (13,39)đóng lại ,cắt điện 4RTr→ cắt điện V2,X đồng thời đóng

điện cho 5RTr(36,2),sau đó 5RTr sẽ tự duy trì đến khi 2KH đóng lại

5RTr đóng sẽ đóng tiếp điểm 5RTr(31,28) do đó đóng điện cho cuộn hút 2RTr

→tiếp điểm 2RTr(17,18)đóng lại cấp điện cho cuộn hút L,nên sẽ đóng các tiếp

điểm l trên mạch động lực đóng điện làm mũi khoan đi lên,đồng thời tiếp điểm l(13,20)đóng cấp điện cho cuộn hút V1⇒ bàn máy chuyển động lên với V1

Đến B: 2KH đóng lại, cắt điện của 5RTr (36,2) ,đồng thời đóng điện cho 6RTr (40,2), tiếp điểm 6RTr(37,13)đóng lại cấp điện cho cuộn hút 4RTr(32,2)→ tiếp điểm 4RTr(27,26) đóng lại,cấp điện cho 1RTr →tiếp điểm 1RTr(17,13)mở ra → cắt điện của L (18,2); đồng thời 1RTr (21,20) đóng lại→duy trì V1,tiếp điểm 4RTr (15,16) đóng →đóng điện cho X Do đó động cơ đi xuống với vận tốc v1

Đến C: 3KH đóng lại ,cắt điện 4RTr,đóng điện 5RTr

4RTr mất điện sẽ làm tiếp điểm 4RTr(13,25) đóng →cấp điện cho cuộn hút V2

→tiếp điểm v2 (13,16) đóng cấp điện cho X →động cơ đi xuống với vận tốc v2

Đến D: 4KH đóng lại , đóng điện RTh(sau đó RTh tự duy trì)→tiếp điểm RTh(10-12)mở chậm

Khi 4KH đóng lại cũng cắt điện 5RTr→cắt điện 2RTr →tiếp điểm

2RTr(22,24) mở ra do đó cắt V2→v2(13,16) mở →cắt điện X.Khi 5RTr bị cắt

điện cũng làm cho cuộn hút 2RTr bị cắt điện →tiếp điểm 2RTr(19,18)đóng lại

cấp điện cho cuộn hút L , tiếp điểm l(13,20) đóng lại cấp điện cho V1→mũi khoan đi xuống với vận tốc v1.

Đến A:1KH đóng lại Nhng khi mũi khoan đến A là lúc tiếp điểm RTh mở ra hoàn toàn →cắt điện cuộn hút RA →tiếp điểm RA(5,7)mở ra →cắt điện mạch

điều khiển,kết thúc một chu trình Muốn tiếp tục làm việc các chu trình khác

ta phải ấn nút mở máy M

+RM để bảo vệ ngắn mạch,đồng thời cũng để bảo vệ quá tải xung kích Rơ-le này có tiếp điểm loại không tự phục hồi Vì vậy, khi xảy ra sự cố ngắn mạch,

ta cần phải nhấn nút ấn phục hồi cho RM thì mạch mới làm việc đợc

+ RA là rơ-le điện áp thấp có tác dụng bảo vệ cực tiểu và bảo vệ không

+ RTT để bảo vệ mất từ trờng cuộn kích từ

P I

I mmmax = 2,5.dm = 2,5.68,2 = 170,5

- Đối với động cơ công suất nhỏ thế này có thể sử dụng phơng pháp mở máy trực tiếp không cần qua điện trở hạn chế

- Đối với mạch bảo vệ ta chọn phơng án bảo vệ rơle dòng cực đại

- Khi đảo chiều thực hiện hãm ngợc bằng tất cả các điện trở tham gia trong mạch phần ứng theo nguyên tắc dòng điện bởi rơle dòng điện cực

đại RH.Còn khi kết thúc một quá trình dùng hãm động năng để hãm cho

động cơ dừng