Thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan

Thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan

đồ án môn học : đIều khiển logic

Sinh viên : Tăng Bá Mạnh

Lớp : Tự động hoá 2_K44

1 Nhiệm vụ thiết kế:

Thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan có công nghệ nh hình vẽ Thiết

kế bằng phơng pháp phân tầng, với mạch lực và mạch điều khiển dùng thiết bị

điện - khí nén

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 A0 cho sơ đồ nguyên lý và lắp ráp

cán bộ hớng dẫn:

Thầy phan cung

LờI Mở ĐầU Hiện nay, để đánh giá trình độ phát triển của mỗi quốc gia,không thể không đánh giá trình độ phát triển Tự động hoá ở quốc gia đó Sự phát triển của mỗi công ty cũng phụ thuộc nhiều vào mức độ tự động hoá Nó góp phần tăng năng suất lao động,hạn chế tối đa những thao tác mà ngời công nhân cần xử lý

Đặc biệt trong các ngành nh: cơ khí, dệt may, giao thông thì tự động hoá là… một nhiệm vụ thiết yếu

Trong các xí nghiệp công nghiệp, máy khoan đóng vai trò khá quan trọng Khoan đợc sử dụng nhiều trong các công nghệ, tuy phức tạp nhng có tính chất chu kỳ, vì vậy cần tự động hoá quá trình điều khiển của máy Việc thiết kế phải đảm bảo an toàn,tiện lợi,và kinh tế nhất

Trong các phơng pháp thiết kế, phơng pháp “phân tầng “là phơng pháp

đơn giản, hiệu quả và trực quan nhất

Trong quá trình làm đồ án, đợc sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo hớng dẫn và các bạn, em đã hoàn thành đợc bản đồ án này.Tuy nhiên, do thời gian và trình độ có hạn, bản đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót

Em mong nhận đợc sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn

Chơng 1

Mô tả hệ thống khiều khiển máy khoan 4 lỗ

• Nguyên lí hoạt động:

Khi có tín hiệu khởi động m, cảm biến vị trí a0, b0 ,c0 nhận đợc tín hiệu mũi khoan bắt đầu đi xuống, chạm cảm biến vị trí a1, cảm biến này có tín hiệu mũi khoan bắt đầu đi lên, khi đi lên mũi khoan chạm cảm biến vị trí a0, cơ cấu mũi khoan bắt đầu đi sang ngang thực hiện quá trình B+, gặp cảm biến vị trí b1, mũi khoan đi xuống, thực hiện quá trình A+, cho đến khi gặp cảm biến vị trí a1, mũi khoan đi lên, thực hiện quá trình A- , cho đến khi gặp cảm biến vị trí a0, cơ cấu mũi khoan đi vào thực hiện quá trình C+, cho đến khi gặp cảm biến vị trí c1, mũi khoan đi xuống, thực hiện quá trình A+, cho đến khi gặp cảm biến vị trí a1, mũi khoan đi lên cho đến khi gặp cảm biến vị trí a0, cơ cấu mũi khoan bắt đầu chuyển dịch sang trái, thực hiện quá trình B- cho đến khi gặp cảm biến vị trí b0, mũi khoan bắt đầu đi xuống thực hiện quá trình A+ cho đến khi gặp cảm biến vị trí a1, mũi khoan đi lên, thực hiện quá trình A- cho đến khi gặp cảm biến vị trí

a0, cơ cấu mũi khoan chuyển dịch đi ra, thực hiện quá trình C- cho đến khi gặp cảm biến vị trí c0 là hoàn thành một chu trình Đến đây các quá trình đợc thực hiện lặp lại nh trên

Chơng 2.

Thiết kế sơ đồ nguyên lý

1.Giới thiệu:

Khi gặp những đối tợng công nghệ mới, ngời đặt hàng thờng chỉ nêu những yêu cầu của đối tợng cần phải thoả mãn.Trong sơ đồ nguyên lí có thể có những trạng thái đầu vào giống nhau và đầu ra khác nhau, vì vậy cần một phơng

án để giải quyết vấn đề trên, đó là phơng pháp phân tầng

Phơng pháp phân tầng sử dụng biến trung gian , để phân biệt các trạng thái có đầu vào giống nhau, và mô tả theo chu trình hoạt động của công nghệ

• Gọi a0,a1 lần lợt là tín hiệu điều khiển quá trình A+,A

-• Gọi b0,b1 lần lợt là tín hiệu điều khiển quá trình B+,B

-• Gọi c0,c1 lần lợt là tín hiệu điều khiển quá trình C+,C-

Với cách qui ớc nh trên bài toán có 6 biến điều khiển, 6 biến đầu ra

(A+,A-,B+,B-,C+,C-)

Ta có graph chuyển trạng thái nh dới đây:

vào

Biến

ra

Biến

+ − + − + −

C C B B A A

c c b b a

a0 1 0 1 0 1

:

100000

100110 001000

101010 010000

011010 100000

101010

→



→



→



←   010000010101←  100000100101←   000010100110←   010000010110

000001

101001 010000

011001 100000

101001 000100

100101  →  →  →

Các trạng thái có đầu vào giống nhau: Trạng thái 1 và 3, trạng thái 4 và

6, trạng thái 7 và 9, trạng thái 10 và 12

Ta dùng 2 biến trung gian x, y để biến những trạng thái nớc đôi thành trạng thái nớc đơn Nhờ 2 biến trung gian x và y này, các trạng thái sẽ có đầu vào khác nhau, đó chính là 1 đặc điểm của phơng pháp phân tầng Ta có sự phân chia các trạng thái nh sau :

Ta có chu trình hoạt động đợc miêu tả nh sau :

Từ đó ta có hàm của các trạng thái nh sau :

• Trạng thái 1 = c0 xy

• Trạng thái 2 = xy

• Trạng thái 3 = a0 xy

• Trạng thái 4 = b1xy

• Trạng thái 5 = x y

• Trạng thái 6 = a0x y

• Trạng thái 7 = c1x y

• Trạng thái 8 = x y

• Trạng thái 9 = a0x y

• Trạng thái 10 = b0x y

• Trạng thái 11 = xy

• Trạng thái 12 = a0xy

• X+ = a1x y

• X- = a1xy

• Y+ = a1x y

• Y- = a1xy

Từ đó ta có hàm cho các biến nh sau :

xy

x

2

xy

3

5

xy

6

8

xy

9

• Hàm cho biến ra A+ : f( A+) = c0xy + b1xy + c1x y + b0x y

(f( A+) = hàm 1 + hàm 4 + hàm 7 + hàm 10 )

• Hàm cho biến ra A-:

f( A-) = xy + x y + x y + xy =1 Ta hiệu chỉnh lại

f( A-) = a1

(f( A-) = hàm 2 + hàm 5 + hàm 8 + hàm 11)

• Hàm cho biến ra B+ : f( B+) = a0 xy

( f( B+) = hàm 3 )

• Hàm cho biến ra B-: f( B-) = a0x y

( f( B-) = hàm 9 )

• Hàm cho biến ra C+: f( C+) = a0x y

( f( C+) = hàm 6 )

• Hàm cho biến ra C-: f( C-) = a0xy

( f( C-) = hàm 12 )

• Hàm cho biến trung gian X+ : f( X+)= a1x y

• Hàm cho biến trung gian X- : f( X-)= a1xy

• Hàm cho biến trung gian Y+: f( Y+) = a1x y

• Hàm cho biến trung gian Y-: f( Y-) = a1xy

Từ các hàm của các biến ra và biến trung gian nh trên ta có sơ đồ

nguyên lí nh sau :

Tính chọn thiết bị và thiết kế mạch lắp ráp

A.Tính chọn thiết bị:

1.Chọn các phần tử logic:

Trong sơ đồ mạch trên ,có sử dụng các phần tử logic dới đây:

+Mạch sử dụng 12 cổng AND 3 đầu vào, ta sử dụng 4 mạch tích hợp 7411 Kí hiệu chân nh hình vẽ Nguồn nuôi:

Vcc= 5V ± 5% (Vcc- 14) GND = 0V (GND-7) Dải nhiệt độ: To = 0oCữ70oC

&

3

5

14

&

&

7

14

V cc

&

&

GND

V C C

4

1

13

9

12 6

+Mạch sử dụng 1 cổng OR:

Ta sử dụng 1 mạch tích hợp 7432 để thực hiện 1 cổng

OR Kí hiệu chân của IC7432 nh sau:

Nguồn nuôi:

Vcc= 5V ± 5% (Vcc- 14) GND = 0V (GND-7) Dải nhiệt độ: To = 0oCữ70oC

- Chọn 3 IC SN7474(2 trigơ JK) họ TTL có nguồn nuôi 5V

- Chọn 12 Tranzistor loại C338 có nguồn nuôi 12V

- Chọn 6 Điốt loại KYZ70

Các vi mạch này đợc lắp trên 1 mạch, các chân đợc hàn theo sơ đồ nguyên lý tạo thành một khối với các chân tín hiệu vào, ra

>=1

>=1

>=1

>=1

2

4

9

8 10

13

2.Chọn công tắc hành trình:

Công tắc hành trình là loại D4A- N của hãng OMRON (Nhật Bản), trong

hệ thống ta sử dụng 6 công tắc hành trình Các thông số của công tắc đợc cho

d-ới đây:

3.Chọn rơle trung gian và bộ khuếch đại tín hiệu:

Vì các rơle A+, A-, B+, B-, C+, C-, 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:

4.Chọn van phân phối:

Ta chọn van phân phối loại CPE14-M1H-5J-QS8 (có hình vẽ dới) của hãng Festo (Đức) Đây là loại van với 1 đầu là đầu vào khí nén, 2 đầu nối là các đầu

ra của khí nén còn 2 đầu nối còn lại là các đầu xả khí Các thông số của thiết bị

đợc cho trong bảng dới đây:

Dải nhiệt độ xung quanh cho phép -5ữ 50 o C

5.Chọn thiết bị chấp hành:

Trong cơ cấu truyền động, ta sẽ sử dụng 3 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:

Dải nhiệt độ xung quanh cho phép -20ữ80oC

Lực hiệu dụng ở áp suất 6 bar khi chạy thuận 4496N

Lực hiệu dụng ở áp suất 6 bar khi chạy nghịch 4221N

Lợng khí tiêu tốn trong chu trình thuận 29,5l

Lợng khí tiêu tốn trong chu trình ngợc 28,15l

6 Chọn nút ấn:

Chọn các nút ấn loại tự phục hồi SB220V của hãng Telemecanique

B sơ đồ lắp ráp

Thiết kế lắp ráp là công việc cuối cùng khi thiết kế hệ thống điều khiển

tự động truyền động điện Khi thiết kế lắp ráp cần phải đảm bảo nâng cao các yêu cầu về chỉ tiêu chất lợng và phải chấp hành đầy đủ các tiêu chuẩn, các quy phạm kỹ thuật hiện hành của Nhà nớc về lắp đặt thiết bị điện

a)Lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị:

Các thiết bị động lực để truyền động cơ cấu sản xuất cùng với các công tắc hành trình, các nút ấn điều khiển phải đợc bố trí trực tiếp trên cơ cấu sản xuất

Việc bố trí các thiết bị điều khiển trên tủ điện dựa vào các nguyên tắc sau:

Nguyên tắc nhiệt độ: Các thiết bị toả nhiệt lớn khi làm việc phải để ở phía trên, các thiết bị có chịu ảnh hởng lớn về nhiệt độ cần phải đặt xa các nguồn sinh nhiệt

Nguyên tắc trọng lợng: Các thiết bị nặng phải đặt dới thấp để tăng c-ờng độ vững chắc của bảng điện, giảm nhẹ các điều kiện để cố định chúng

Nối dây tiện lợi: Đờng nối dây ngắn nhất và ít chồng chéo nhau

Dựa vào các nguyên tắc trên, ta tiến hành bố trí thiết bị trên panel Khi

bố trí thiết bị cần phân thành từng nhóm riêng biệt để tiện việc sửa chữa, thay thế Các phần tử trong một nhóm phải bố trí gần nhau nhất sao cho dây nối giữa chúng là ngắn nhất Giữa các nhóm khác nhau phải bố trí sao cho thuận tiện cho việc tiến hành lắp đặt, sửa chữa, hiệu chỉnh

Bảng vẽ bố trí phải vẽ theo một tỷ lệ xích tiêu chuẩn trong đó phải ghi

rõ các kích thớc hình chiếu của thiết bị, các kích thớc lỗ định vị trên tấm lắp, các kích thớc tơng quan giữa chúng cũng nh kích thớc ngoài của tấm lắp

Các phần tử tiếp điểm rơle, côngtắctơ đợc vẽ trên sơ đồ lắp ráp thành những hình chữ nhật với tỷ lệ xích đã chọn trên đó thể hiện các cuộn dây, các tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ kèm theo số các cực nối của chúng trùng với số trên sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ lắp ráp của mạch điều khiển hệ thống:

Trên cơ sở đã lựa chọn cụ thể vị trí lắp đặt và chọn cụ thể các thiết bị

điều khiển và bảo vệ, ta có thể xây dựng bản vẽ bố trí thiết bị trên tấm lắp có khai triển đến các cực nối dây nh sơ đồ

TT Tên Thiết Bị Nối Dây

1- ĐN2

2 - ĐN2

3 - ĐN2

5- ĐN2 6- ĐN2

4 - ĐN2

8- ĐN1 9- ĐN1 7- ĐN1

1 Điều KhiểnBo Mạch 11- ĐN1

12- ĐN1 10- ĐN1

14- ĐN2 15- ĐN2 13- ĐN1

17- ĐN2 18- ĐN2 16- ĐN2

19- ĐN2

2 RƠLE

A 20 - Van A14 - ĐN2

1- ĐN2

Rơle A

15 - ĐN22 - ĐN2 3

3 - ĐN2

16 - ĐN2 4

4 - ĐN2

17 - ĐN2

Rơle B 5

5 - ĐN2

18 - ĐN2

Rơle C 6

6 - ĐN2

19 - ĐN2

Rơle C 7

8 23 - ĐN422 -

20 - Van

A

9 Van B

24 - ĐN4

28 - ĐN4

29 - ĐN4

30 -

26 -

22 - ĐN3

23 - Van A

26 - Van B

27 - ĐN3

31 - ĐN3

30 - Van B

33 - ĐN3

32 - Van C

36 - Van C

37 - ĐN3

10

TT Tên Thiết Bị Nối Dây

Van C

32

36

-34 - ĐN4

35 - ĐN4 21- ĐN3

Rơle B

bảng đấu dây

KếT LUậN

Sau một quá trình học tập và nghiên cứu, cùng với sự hớng dẫn tận tình của thầy PHAN CUNG và sự giúp đỡ của các bạn, em đã hoàn thành các nhiệm

vụ đợc giao: Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho máy khoan bốn mũi

Trong bản đồ án này, em đã thực hiện đợc các nhiệm vụ sau:

- Tìm hiểu công nghệ và yêu cầu đối với hệ thống máy khoan

- Dùng phơng pháp phân tầng để tổng hợp mạch điều khiển

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển hệ thống

- Lựa chọn các thiết bị chấp hành, các thiết bị điều khiển và bảo vệ

hệ thống

- Xây dựng sơ đồ lắp ráp và bảng nối dây

Trong quá trình thực hiện, chắc chắn bản thân em không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn để bản đồ án này hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 18 tháng 6 năm 2003

Sinh viên

Tăng Bá Mạnh

Tài liệu tham khảo

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

Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2000

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

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

3 Các CD-ROM catalogue tra cứu thiết bị khí nén và điện của các hãng OMRON, FESTO, MITSUBISHI.

4 Lewin, D - Logical design of switching circuits

Nhà xuất bản MacMillan, 1986