ĐIỀU KHIỂN LOGIC

ĐIỀU KHIỂN LOGIC

THIẾT KẾ MÔN HỌC: ĐIỀU KHIỂN LOGIC

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

II Nội dung:

1 Thiết kế sơ đồ nguyên lí

2 Tính chọn thiết bị điều khiển

3 Thiết kế sơ đồ lắp ráp

III Thuyết minh và bản vẽ

1 Một quyển thuyết minh

2 Hai bản vẽ A2 cho sơ đồ nguyên lí và sơ đồ lắp ráp

thiết kế

Phương án mạch lực, điều khiển

1 Nguyễn Công Hoàng Grapcet Điện-Điện

2

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày nay có càng nhiều các nhà máy xí nghiệp nổi lên với các thiết bị hiện đại, các quá trình tự động hóa, các dây chuyền với độ chính xác theo yêu cầu Từ đó thì nhiệm vụ của nhà thiết kế trong đó có các kỹ sư tự động hóa là ngày càng cần thiết

Đối với các quy trình công nghệ đã nói ở trên thì vai trò của các cảm biến là rất quan trọng Dựa trên sự tác động của các cảm biến và việc đóng mở các van là một trong những đặc điểm nổi bật của điều khiển logic Cũng từ đó mà có thể thấy điều khiển logic xuất hiện trong rất nhiều các quy trình công nghệ, có mặt ở mọi nơi trong nhà máy Nhiệm vụ thiết kế dựa trên kiến thức điều khiển logic là việc làm không thể thiếu

Trong nhiều nhà máy lớn hiện nay, ví dụ như nhà máy xi măng thì các khâu sử dụng cân định lượng ngày càng được yêu cầu cao hơn Trong đồ án này em xin trình bày về thiết kế cân định lượng trong các nhà máy

Mặc dù đã rất cố gắng, tuy nhiên đây là lần đầu tiên em làm đồ án điều khiển logic do đó khó tránh khỏi những sai sót Em mong các thầy góp ý để đồ án này ngày càng hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của thầy: Phan Cung đã giúp em hoàn thành đồ án này.

Sinh Viên

Nguyễn Công Hoàng

Chương 1:

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ

Các van A, B, C là các van đóng mở cho nguyên liệu từ buồng trên trút xuống buồng dưới Buồng phía dưới nhận nhiên liệu trong một giới hạn cho phép nhờ cảm biến khối lượng d1 Khi nhiên liệu đã đủ ở các buồng D, E, F thì các van D, E, F sẽ được điều khiển mở ra, nhiên liệu trút xuống buồng trộn và được trộn đều nhờ động cơ quay M Động cơ M quay sau một thời gian sẽ dừng lại Cuối cùng cửa xả G được điều khiển mở ra để trút nhiên liệu đã trộn

đi tới quá trình tiếp theo Và khi nhiên liệu đã hết, cửa xả G đóng lại, khi đó cửa A mở ra quay lại chu trình ban đầu

Trong quy trình công nghệ này thì vật liệu trên các thùng chứa A, B, C và các thùng chứa phía dưới D, E, Fcó khối lượng tương đối lớn Còn ở thùng chứa dưới cùng thì bằng tổng các thùng chứa phía trên nên phải chịu trọng tải rất lớn Do vậy thì công suất của động cơ điều khiển mở đóng cửa G là lớn hơn cả Bên cạnh đó thì công suất của động cơ M trộn vật liệu là lớn nhất và không yêu cầu phải thay đổi tốc độ và cũng không yêu cầu đảo chiều tốc độ

Các động cơ đóng mở A, B, C được gắn vào các công tắc hành trình a, b, c để điều khiển Đây là các động cơ một chiều có đảo chiều Trong chu trình hoạt động thì động cơ khi

đi hết hành trình sẽ có công tắc tự ngắt hoạt động của động cơ và ta không cần quan tâm khi nào động cơ này hết hoạt động chỉ quan tâm thời điểm bắt đầu hoạt động và quan tâm đến chiều hoạt động của nó mà thôi

Các cảm biến khối lượng được gắn trên các thùng chứa D, E, F Cảm biến này hoạt động khi khối lượng vật liệu trong bình đủ giá trị đã định trước và nó về giá trị không khi mà vật liệu đã trút hoàn toàn xuống bình G Cũng giống như động cơ A thì các động cơ đóng mở

D, E, Fcũng là hoạt động hai chiều và ta chỉ quan tâm tới thời điểm động cơ bắt đầu hoạt động

và chiều của động cơ

Công tắc hành trình g gắn với động cơ G bằng 0 khi cửa G đã đóng hoàn toàn, và bằng

1 khi cửa đó mở ra Ta cũng không quan tâm tới thời điểm nào động cơ G đi hết hành trình, chỉ quan tâm thời điểm bắt đầu quay và chiều quay của nó Ta quy ước là chiều thuận là chiều làm

mở cửa G còn chiều nghịch là chiều làm đóng cửa G Thời điểm quay nghịch được đặt trong role thời gian do người điều hành quy định Cửa G mở ra khi mà động cơ M đã hoàn thành công việc trộn của mình

Chương 2 :

PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ

Có rất nhiều phương pháp thiết kế khác nhau để tổng hợp bài toán logic đó là phương pháp ma trận trạng thái, phương pháp Grafcet, phương pháp hàm tác động và phương pháp phân tầng

Phương pháp thiết kế được lựa chọn ở đây là phương pháp Grafcet

2.1 Nội dung phương 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 Grafcet định hướng và được xác định bởi các phần tử sau:

Trong quá trình sản xuất công nghiệp,các thiết bị máy móc thường được hoạt động theo một trình tự logic chặt chẽ nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm và an toàn cho người sử dụng

và thiết bị.Và Grafcet là một công cụ rất hữu ích để thiết kế và thực hiện đầy đủ các yêu cầu của hệ tự động hóa các quá trình công nghệ kể trên

2.2 Xác định các trạng thái vào,ra

• Tín hiệu vào :các cảm biến vị trí a,b,c,d1,e1,f1,d2,e2,f2,g

• Tín hiệu ra :

- 0 :trạng thái ban đầu

- 1: trạng thái mở cửa bình A S1

- 8:trạng thái đóng cửa bình ES8

- 9:trạng thái đóng cửa bình FS9

- 10 : trạng thái đóng cửa 3 bình D,E,F và động cơ M quay trộn liệu

- 11 : trạng thái động cơ M dừng quay sau thời gian t1 và thùng G mở cửa xả liệu sau

- 12 : trạng thái thùng G đóng cửa sau thời gian t2 xả liệu xong

2.3 Thành lập Grafcet

• Grafcet 1 :Mô tả các trạng thái trong quá trình cân băng

• Grafcet 2 :Sử dụng các biến vào,ra,trạng thái để biểu diễn lại theo Grafcet 1

b

S12 a

S0

e1

S3 d1

t1 G

S12 = (S11.t2 + S12) S ́0

2.5.Sơ đồ rơ le tiếp điểm

S8 e2e2

143 142

141

Rth2

S0 S12

S11

Rth2 Rth1

S8 f2e2

S8 S7

S9

f1

S6

S2 S5

S0

S2 S0

106 107

108 109

110 111

112 113

114 115

116

S4 S3

S10

Kd Rth3

3.2 Thuyết minh sơ đồ nguyên lý và mạch điều khiển

- Bắt đầu chu trình làm việc :

-Ấn h ,lúc đó rơ le S0(11-2) có điện các tiếp điểm mở (7-9);(7-13);(7-19);(7-27) đóng lại và các tiếp điểm đóng (87-89) mở ra

-Ấn m rơ le S1,S2,S3 có điện,các tiếp điểm thường mở thì đóng lại,các tiếp điểm thường đóng thì mở ra,các công tắc tơ TA,TB,TC có điện nên 3 động cơ A ,B,C quay thuận mở của 3 thùng A,B,C trút liệu xuống 3 thùng D,E,F

Sau khi liệu đã trút đủ thì có tín hiệu d1,e1,f1, các công tắc hành trình d1,e1,f1, đóng lại,lúc này các rơ le S4,S5,S6 có điện các tiếp điểm thưởng mở thì đóng lại và các tiếp điểm thường đóng mở ra,các công tắc tơ TA,TB,TC mất điện và các công tắc tơ NA,NB,NC có điện ,3 đông

cơ A,B,C quay ngược đóng của các thùng A,B,C lại

Sau khi đóng xong có các tín hiệu a,b,c.Các công tắc hành trình a,b,c đóng lại

Các rơ le S7,S8,S9 có điện ,các tiếp điểm thường mở của 3 rơ le này đóng lại,và các tiếp điểm thường đóng thì mở ra vây nên 3 công tắc tơ TD.TE,TF có điện, các đông cơ D,E,F quay thuận,mở cửa các thùng D,E,F trút liệu xuống thùng G

Sau khi mở xong D,E,F có tín hiệu d2,e2,f2.Và các công tắc hành trình này đóng lại rơ le S10

có điện ,S10 có điện,các tiếp điểm thường đóng mở ra,và các điểm thường mở đóng lại,ta sẻ có ,các công tắc tơ TD,TE,TF mất điện ,các công tắc tơ NE,ND,NF có điện,3 đông cơ E,D,F đóng cửa các thùng D,E,F

Trong thời gian đó,khi S10 có điện thì rơ le M có điện động cơ M quay,rơ le Rth3 có điện,tiếp điểm Rth3 là tiếp điểm thường mở đóng chậm,sau thời gian thì tiếp điểm Rth3 đóng lại kết thúc quá trình khở I động M quay,cùng lúc đó rơ le thời gian Rth1 chạy với thời gian T1,sau thời gian T1 tiếp điểm Rth1 đóng lại ,rơ le S11 có điện và rơ le S10 mất điện,nên động cơ M mất điện và dừng lại Đồng thời công tắc tơ Gm có điện,đông cơ G quay và thùng G mở

cửa,liệu được trút ra ngoài,sau thời gian T2,rơ le thời gian T2 đóng lại ,công tắc tơ Gd có điện,động cơ quay ngược lại và đóng của thùng G.kết thúc quá trình trộn và sau khi đóng lại thì

có tín hiệu g cho chu trình sau

Khi quá trình đang hoạt động nếu ta ấn nút STOP(1-3) thì toàn bộ quá trình bị dừng lại do không có điện đưa vào mạch điều khiển

Khi xảy ra sự cố ngắn mạch thì cầu chì có tác dụng ngắt nguồn điện đưa vào mạch và đưa vào

hệ thống

Khi xảy ra ngắn mạch ở động cơ thì các role 1RM hoặc 2RM sẽ tác động làm cho tiếp điểm thường đóng tự phục hồi 1RM(3-5) hoặc 2RM(5-7) mở ra ngắt nguồn điện đưa từ lưới vào mạch điều khiển và mạch lực

Chương 4:

LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ CÁC PHẦN TỬ 4.1 Chọn Động Cơ

4.1.1 Động cơ xoay chiều 3 pha M

Chọn loại động cơ không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn của công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt-Hung loại :KQ180L6

Chọn loại động cơ một chiều của SIEMENS 1GG5 102-ODE-4TV1

• Công suất định mức: P=1,O9 kW

• Điện áp định mức: 220V

Các động cơ này chỉ đóng mở các cửa nên có công suất thấp không yêu cầu bảo vệ cao Tuy nhiên theo yêu cầu của công nghệ thì các động cơ này có thể hoạt động hai chiều, khi đi hết hành trình của mình động cơ sẽ có công tắc tự ngắt hoạt động của nó rồi hoạt động theo chiều ngược lại

4.1.2.2 Lựa chọn điện trở khởi động

Điện trở khởi động làm giảm dòng khởi động của động cơ, ở đây ta chọn sao cho dòng khởi động nhỏ hơn dòng định mức của động cơ

• Giá trị điện trở: 200 Ω

• Số lượng: 3

4.2 Lựa chọn phần tử bảo vệ

4.2.1 Bảo vệ ngắn mạch mạch lực và bảo vệ mất pha.

Bảo vệ ngắn mạch luôn là các vấn đề cần được bảo vệ hàng đầu do nó luôn tiềm tàng các mối nguy hiểm cho hệ thống, và vì nó là sự cố rất hay xảy ra trong các quá trình hoạt động của

Với Ikđ=(2,5÷2,7)Iđm nên Icđ>1,3.2,7.6,56=23,02(A)

Do đó chọn loại role bảo vệ quá dòng,reset tự động EOCR-AR loại EOCR-SS-30N-440 có các thông số kỹ thuật sau :

• Có khả năng reset tự động,thời gian khởi động :0,2~30s

4.2.2 Bảo vệ quá tải ngắn hạn (bảo vệ dòng điện cực đại )

Trong quá trình khoan có những giai đoạn trong chu kỳ khoan mà ở đó động cơ thực hiện việc đảo chiều quay để thay đổi chiều chuyển động lên xuống của nó.Khi đó xảy ra hãm ngược

và khởi động lại động cơ,gây ra quá tải tạm thời ngắn hạn trong khoảng thời gian nhỏ.Dòng điện lúc đó lớn có thể gây nên lực điện động lớn làm hư hỏng các bộ phận của động cơ như cháy bối dây,làm hỏng các cơ cấu cơ khí có liên quan khác.Do đó cần phải cắt động cơ ra khỏi lưới

Để bảo vệ cắt trong trường hợp này sử dụng role dòng điện cực đại tác động nhanh 1RM và 2RM,chế độ làm việc 2 pha,chỉnh định dòng điện hút của nó bé hơn dòng điện làm việc 2 pha

và dòng khởi động :

Icđ,1RM,2RM<I2pha< Ikđ =6,56.2,7=17,7(A)

Do đó chọn loại role Mikro MK204A-204A có các thông số kỹ thuật sau :

• Nguồn cung cấp :198~265VAC

• Dòng định mức :12A

• Dòng quá tải thấp :2~6A(40%~120%)

• Thời gian tác động :tức thời

• Đèn hiển thị :LED

• Đặc điểm :Reset bằng tay

• Kích thước :96 x 96 mm

4.2.3 Bảo vệ ngắn mạch mạch điều khiển

Mạch điểu khiển dùng các khí cụ đóng cắt một chiều nên thực hiện bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì CC

Lựa chọn cầu chì cần đảm bảo các điều kiện :

•Quan hệ điện áp :UCC>Ulưới=220VDC

•Quan hệ dòng điện :ICC>k.Imax với (k :hệ số an toàn,chọn k=2)

•Imax=Ingan_mạch=14,2A) nên ICC>2.17,7=35,4(A)

Do đó chọn cầu chì CC loại cầu chì ống JASCO ST 22858 40A có các thông số kỹ thuật :

• Loại :cầu chì ống hình trụ

• Dòng điện max :40A

• Kích thước :14 x 51 mm

• Hãng sản xuất :JASCO

4.3 Lựa chọn phần tử điều khiển

4.3.1 Nút ấn

Chọn loại nút ấn có đèn YW1L của IDEC (Nhật Bản) dùng cho mở máy động cơ

Thông số kỹ thuật :

•Có thể sử dụng tối đa 2 cặp tiếp điểm

•Dải điện áp rộng :6VDC-240VAC/DC

•Sử dụng đèn LED hoặc đèn sợi đốt

•Độ bền cao,cách điện ở IP65 mặt trước

4.3.2 Cầu dao

Dùng để đóng cắt và cách ly mạch lực với lưới điện

Cầu dao được chọn có :

• Điện áp :U1CD>UđmL=380 V

• Dòng :I1CD>Ingan_mach=17,7 A

Do đó chọn cầu dao CD loại :CADIVI 60A_600V

4.3.3 Công tắc hành trình

Công tắc hành trình a, b, c, d1, d2, e1, e2, f1, f2, g là các công tắc thực hiện chức năng đóng mở mạch điện và được đặt trên đường hoạt động của các động cơ một chiều Khi động cơ gặp các công tắc hành trình này thì tính chất của công tắc sẽ thay đổi (từ mở thành đóng và ngược lại).Chọn loại công tắc hành trình a,b,c,d loại HL5050 có các thông số kỹ thuật sau :

Role thời gian này giúp cho việc khởi động của động cơ qua 1 cấp điện trở.

•Điện áp cung cấp :AC200-240V,hoạt động ở dải 85%-110% nguồn cung cấp

•Ngõ ra :Relay-5A tại 250VAC/30VDC

•Thời gian đặt :0.05-12s

•Chế độ hoạt động :Off-delay,có đèn chỉ thị đầu ra

•Chân kết nối :8 chân

•Kích thước :48x48x86 mm

•Dải nhiệt độ hoạt động :-10oC – 55oC

•Phương pháp hoạt động :giới hạn thời gian,tự động reset

•Số lượng: 1

4.3.5.Role trung gian

Chọn role trung gian

Chọn các rơ le trung gian loại SMITT RELAYS G-SERIES là loại roley thông dụng với tiếp điểm và chân đế đa năng,có nút kiểm tra tiếp điểm bằng tay,vạch chì màu chỉ thị khi tiếp điểm hoạt động và LED chỉ thị khi relay tác động

•Thời gian đóng DC/AC :12/12 ms

•Thời gian mở DC/AC :7/10 ms

•Dải nhiệt độ làm việc :-40oC – 70oC

•Kích thước :35x35x54.4 mm

•Chuẩn bảo vệ :IP40

•Phụ kiện :2N0 + 2NC

4.4 Lựa chọn phần tử chấp hành

4.4.1 Công tắc tơ

Công tắc tơ chọn có ICCT>Ingan_mach=17,7 A

Chọn loại công tắc tơ LS Contactor GMC-22 có các thông số sau :

•Công suất định mức :11kW

•Dòng điện định mức :22A

•Điện áp định mức : 220VAC-690VAC,tần số 50/60Hz

•Số cực :3 cực

•Điện áp điều khiển :24VAC-DC,110VAC,220VAC,380VAC

•Phụ kiện :tiếp điểm phụ 1N0+1NC

•Kích thước 22mm,25mm,30mm

Chương 5:

XÂY DỰNG SƠ ĐỒ LẮP RÁP VÀ NỐI DÂY

KẾT LUẬN

Với những kiến thức đã học trong môn điều khiển logic, em đã dùngphuơng pháp ma trận trạng thái để giải quyết yêu cầu công nghệ đã nêu ở phần đầu Như vậy có thể thấy rằng trong các nhà máy tự động với dây chuyến sản xuất lớn thì vẫn áp dụng những ứng dụng của môn điều khiển logic

Từ đó cho thấy vai trò quan trọng của những thiết bị logic không chỉ là điện điện mà còn là khí nén nữa Chúng ngày càng được áp dụng một cách rộng rãi yêu cầu các kỹ sư ra trường phải có kiến thức nhất định về nó để có thể dễ dàng điều khiển các quá trình sản xuất đồng thời thiết kế ra các hệ thống ngày càng hiện đại hơn nữa

Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng đồ án này khó tránh khỏi những sai sót, em xin các thầy góp

ý để có thể hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy … đã tận tình giúp đỡ em trong khi làm đồ án này.

Tài liệu tham khảo

1. PGS - TS Nguyễn Trọng Thuần - Điều khiển logic và ứng dụng

Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2000

2. Trịnh Đình Đề, Võ Trí An - Điều khiển tự động truyền động điện

Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 1986

3. Các CD-ROM catalogue tra cứu thiết bị điện của các hãng

OMRON, FESTO, MITSUBISHI.

4. Bản dịch: Cẩm nang Kỹ thuật điện Tự động hoá và Tin học Công nghiệp

Người dịch: PGS - TS Lê Văn Doanh

Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1999.