Bài tập lớn tự động hóa Công Nghệ Vận Chuyển Sản Phẩm

Bài tập lớn tự động hóa Công Nghệ Vận Chuyển Sản Phẩm Sử dụng PLC S7200 CPU 224 bao gồm các phần: 1Chọn thiết bị 2.Sơ đồ đấu dây 3Grafcet 4Lập trình 5.Mạch lực Bài tập lớn tự động hóa Công Nghệ Vận Chuyển Sản Phẩm Sử dụng PLC S7200 CPU 224 bao gồm các phần: 1Chọn thiết bị 2.Sơ đồ đấu dây 3Grafcet 4Lập trình 5.Mạch lực

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Viện Điện

BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHOAN 4 LỖ

Giảng viên hướng dẫn: GV Đào Quý ThịnhSinh viên thực hiện: Nhóm 11

Nguyễn Tuấn Anh

Đỗ Hải ĐăngĐinh Ngọc Dũng

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỀ SỐ 11 :

I, Nhiệm vụ : Thiết kế hệ thống điều khiển cho công nghệ như sau :

II, Nội dung :

1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý

2 Tính chọn mạch lực, mạch điều khiển

3 Thiết kế sơ đồ đấu dây

4 Mô phỏng sử dụng phần mềm Automation Studio

III, Thuyết minh và nộp bài

1 Một quyển thuyết minh

2 Đĩa CD gồm file mêm báo cáo, phần mềm codo Automation StudioThành viên trong nhóm 11

Mục lục

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ 2

1.1 Giới thiệu chung về công nghệ khoan 2

1.1.1 Khoan cơ khí 2

1.1.2 Giơi thiệu sơ đồ công nghệ khoan chuyên dùng : 3

1.2 Các thiết bị điều khiển và thiết bị chấp hành 5

1.2.1 Van phân phối điên- khí nén 7/5/2 (7 lỗ vào /ra, 5 đường ống và 2 trạng thái ) 5

1.2.2 Xilanh kép 6

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ MẠCH 8

2.1 Phương pháp Grafcet 8

2.1.1 Thiết lập hàm logic 8

2.1.2 Mạch lực và mạch điều khiển 11

2.1.3 Thuyết minh hoạt động của sơ đồ: 14

2.1.4.Lựa chọn thiết bị, lắp đặt 25

2.2 Phương pháp ma trận trạng thái 30

2.2.1 Thiết lập hàm logic 30

2.1.2 Thiết kế điều khiển, mạch lực: 33

2.2.3 Thuyết minh hoạt động của sơ đồ 35

2.2.4 Lựa chọn thiết bị, lắp đặt 47

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ

1.1 Giới thiệu chung về công nghệ khoan

1.1.1 Khoan cơ khí

Máy để khoan lỗ trên phôi kim loại và các vật liệu khác, máy khoan cònkhoan rộng các lỗ trên vật đúc, vật rèn , vật dập , doa, khoét , xoay, tiện, rộng lỗ, cắtren bằng các loại dụng cụ tiêu chuẩn như mũi khoan, mũi doa, mũi khoét,

Khi khoan, phôi đứng yên , mũi khoan vừa quay tròn thực hiện chuyển độngchính, vừa tịnh tiến đi xuống thực hiện chuyển động chạy dao Cơ cấu chạy dao cóthể bằng tay hay tự động Độ chính xác gia công từ cấp 3 trở xuống Có thể phânloại máy khoan thành: máy vạn năng, máy chuyên môn hóa và máy chuyên dùng.Máy khoan vạn năng có : khoan đúng , khoan gần Máy khoan chuyên môn hóa có :máy khoan tổ hợp ; máy khoan tự đông Máy khoan chuyên dùng có: máy khoantâm, máy khoan lỗ sâu và máy khoan nhiều trục chính Máy khoan còn được chiatheo cach bố trí trục chính và số lượng trục như Máy khoan đứng , máy khoanngang , máy khoan cần hướng kính , máy khoan khoảng cách trục chính cố định,máy khoan một trục chính và nhiều trục chính

Cấu tạo cơ bản của một máy khoan bàn khoan di chuyển 2 chiều :

2

Thông thường, khi tiến hành khoan trên một đố tượng thì bàn khoan kẹp chặtđối tượng sẽ là phần di chuyển , mũi khoan chỉ đứng tại chỗ và di chuyển theo chiềulên xuống mỗi khi tiến hành khoan tại một vị trí Phương pháp này áp dụng cho cácvật cần khoan có khối lượng và kích thước trung bình và nhỏ, việc di chuyển bànkhoan là thuận lợi.

Tuy nhiên cũng có thể có trường hợp ngược lại, đo là chính mũi khoan sẽ dichuyển đến những vị trí cần khoan lỗ, sau đó tự nó cùng thực hiện hành trình lênxuống để khaon lỗ như bình thường Phương pháp này áp dụng cho những đốitượng có kích thước lớn, cồng kềnh phực tạp việc di chuyển nó sẽ gây khó khănđồng thời việc di chuyển mũi khoan thuận lợi hơn

1.1.2 Giơi thiệu sơ đồ công nghệ khoan chuyên dùng :

Với sơ đồ công nghệ khoan như trong bài tập lớn này, yêu cầu đặt ra là khi

có tín hiệu mở máy m và mạch điều khiển thì mũi khoan tiến hành khoan lần lượtbốn lỗ theo trình tự : xuống/lên – sang phải- xuống/lên – đi vào - xuống/lên- sangtrái- xuống/lên – đi ra Đây là hệ thống tuần hoàn, khi hết 1 chu trình khoan 1 chitiết sẽ lặp lại với chi tiết tiếp theo Hệ thống sẽ chạy liên tục tới khi ấn nút stop n.Khi đó hệ thống sẽ chạy hết quy trình hiện thời và dừng lại ở cuối chu trình Ta đặttên cho các quy trình này như sau:

Để tổng hợp mạch điều khiển cho hệ thống ta có các phương pháp sau :

Một mạch điều khiển tổng hợp phải thỏa mãn các điều kiện sau :

Với yêu cầu của đề bài, ta tiến hành bằng phương pháp Grafcet , MTTT

4

1.2 Các thiết bị điều khiển và thiết bị chấp hành

1.2.1 Van phân phối điên- khí nén 7/5/2 (7 lỗ vào /ra, 5 đường ống và 2 trạng thái )

Đây là loại van dùng để phân phối khí nén vào xilanh mục đích đảo chiềuchuyển động của Xilanh

Nguyên lí làm việc :

A- kéo trục của van dịch chuyển sang trái làm cho

Nếu A- = 0, A+= 0 =>

Van chuyển trạng thái từ “0” lên “1”

Nếu A- = 0, A+ = 0 => S=0, ´s=1; Trạng thái “1” được duy trì

1.2.2 Xilanh kép

a) Cấu tạo : Gồm 2 thành phần chính

Xy lanh: là ống trụ tròn dài, làm bằng vật liệu chịu lực tốt, chứa pitton bêntrong, trên thân Xilanh có 2 lỗi vào /ra của dòng khí nén để ghép nối với van điềukhiển

Pitton : là một thanh trụ đặc làm bằng vật liệu chịu lực, đặt đòng trục vớiXilanh, có thể di chuyển tịnh tiến trong Xilanh tùy thuộc áp lực dòng khi tác dụngvào má nào của pitton

b)Nguyên li hoạt động :

Nếu cho khí nén vào cửa 4 của Xilanh , dưới tác dụng của áp suất khí nénpitton chuyển động sang phải mang theo cầu Xilanh và phụ tải chuyển động sangphải

6

Muốn đổi chiều chuyển động của Pitton ta cắt nguồn khí cấp vào cửa 4 đồngthời cấp nguồi khí vào cửa 5 dưới tác dụng của khí nén pitton lúc này lại chuyểnđộng theo chiều ngược lại từ phải qua trái

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ MẠCH

2.1 Phương pháp Grafcet

2.1.1 Thiết lập hàm logic

a) Ta lập được grafcet tổng quan của hệ thống như sau:

b) Chọn sơ bộ thiết bị điều khiển và chấp hành :

Chọn thiết bị chấp hành để điều khiển quá trình chuyển động 3 bậc tự do củamáy khoan là các Xilanh kép :

+ Xilanh X1 điều khiển quá trình chuyển động lên/xuống của đầu mũi khoan

+ Xilanh X2 điều khiển quá trình chuyển động sang phải / trái của mũi khoan + Xilanh X3 điều khiển quá trình chuyển động đi vào/ra của đầu mũi khoan

8

Trong đó các xilanh đựoc cấp nguồn khí nén bới các van phân phối Điện- khínén 7/5/2 áp suất thích hợp :

Chọn thiết bị điều khiển mạch lực :

Dùng các cặp cảm biến ( công tắc ) hành trình : a0, a1, b0, b1, c0, c1 trong đó + a0 giới hạn quá trình chuyển động xuống của đầu mũi khoan

+ a1 giới hạn quá trình chuyển động lên của đầu mũi khoan

+ b0 giới hạn quá trình chuyển động sang phải của đầu mũi khoan

+ b1 giới hạn quá trình chuyển động sang trái của đầu mũi khoan

+ c0 giới hạn quá trình chuyển động vào trong của đầu mũi khoan

+ c1 giới hạn quá trình chuyển động ra ngoài của đầu mũi khoan

Từ đó ta lập được grafcet cụ thể của hệ thống:

c 0 ´n

Từ Grafcet ta thành lập được các hàm điều khiển như sau

10

2.1.2 Mạch lực và mạch điều khiển

Mạch lực với thiết bị chấp hành là Xilanh khí nén :

Để điều khiển ta sử dụng PLC có 8 đầu vào 8 đầu ra với đầu vào là các công tắchành trình và nút bấm còn đầu ra là các Rơ le đóng cắt tương ứng với các tiếp điểmS0 đến S6 (Chú ý S1 tương ứng với A+, S2 là A-, S3 là B+, S4 là C+, S5 là B-, S6

là C-)

Phân cổng vào ra cho PLC:

2.1.3 Thuyết minh hoạt động của sơ đồ:

Ấn nút mở máy m để bắt đầu quá trình làm việc, lúc này cảm biến vị trí a0, b0

các tiếp điểm S1(101-103) trên mạch động lực đóng lại Van khí nén V1 khởi độngtác động đến Xylanh X1 để máy thực hiện hành trình đi xuống A+

14

Quá trình A+ diễn ra thì a0 bị ngắt, b0 và c0 vẫn được duy trì.

Kết thúc quá trình đi xuống A+, a1 được tác động đóng lại (đồng thời b0 và c0 đượcđóng từ trước) nên S2 có điện -> các tiếp điếm S2(105-107) trên mạch động lựcđóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi xuống A-

Quá trình A- diễn ra thì a1 bị ngắt, b0 và c0 vẫn được đóng.

Kết thúc quá trình đi lên A-, a0 được tác động đóng lại (đồng thời b0 và c0 được duytrì từ trước) nên S3 có điện -> các tiếp điểm S3(109-111) trên mạch động lực đónglại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi sang phải B+

16

Quá trình B+ diễn ra thì b0 bị ngắt, a0 và c0 vẫn được đóng.

được đóng từ trước) nên S1 có điện -> các tiếp điểm S1(101-103) trên mạch độnglực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi xuống A+ lầnthứ 2

Quá trình A+ lần thứ 2 diễn ra thì a0 bị ngắt, b1 và c0 vẫn được duy trì.

Kết thúc quá trình đi xuống A+ lần thứ 2, a1 được tác động đóng lại (đồng thời b1

động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi lên lần thứ 2

Quá trình đi lên A- lần thứ 2 diễn ra thì a1 bị ngắt, b1 và c0 vẫn được duy trì Kết thúc quá trình đi lên A- lần thứ 2, a0 được tác động đóng lại (đồng thời b1 và

động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi vào C+

18

Quá trình đi vào C+ diễn ra thì c0 bị ngắt, a0 và b1 vẫn được đóng.

Kết thúc quá trình đi vào C+, c1 được tác động đóng lại (đồng thời a0 và b1 đượcđóng từ trước) nên S1 có điện -> các tiếp điểm S1(101-103) trên mạch động lực

đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi xuống A+ lần thứ

3

Quá trình A+ lần thứ 3 diễn ra thì a0 bị ngắt, b1 và c1 vẫn được duy trì

thời b1 và c1 được duy trì từ trước) nên S2 có điện -> các tiếp điếm S2(105-107)trên mạch động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hànhtrình đi lên A- lần thứ 3

20

Quá trình đi lên A- lần thứ 3 diễn ra thì a1 bị ngắt, b1 và c1 vẫn được duy trì Kết thúc quá trình đi lên lần thứ 3 A-, a0 được tác động đóng lại (đồng thời b1

mạch động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đisang trái B-

Quá trình sang trái B- diễn ra thì b1 bị ngắt, a0 và c1 vẫn được đóng Kết thúc quá trình đi sang trái B-, b0 được tác động đóng lại (đồng thời a0 và

động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi xuốngA+ lần thứ 4

Quá trình A+ lần thứ 4 diễn ra thì a0 bị ngắt, b0 và c1 vẫn được duy trì

thời b0 và c1 được duy trì từ trước) nên S2 có điện -> các tiếp điếm S2(105-107)trên mạch động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hànhtrình đi lên A- lần thứ 4

22

Quá trình đi lên A- lần thứ 4 diễn ra thì a1 bị ngắt, b0 và c1 vẫn được duy trì Kết thúc quá trình đi lên A- lần thứ 4, a0 được tác động đóng lại (đồng thời b0

mạch động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi

từ trong ra C-

Quá trình C- diễn ra thì c1 bị ngắt, a0 và b0 vẫn được đóng.

Kết thúc quá trình đi ra C-, c0 được tác động đóng lại (đồng thời a0 và b0

được đóng từ trước) nên S1 có điện -> các tiếp điểm S1(101-103) trên mạchđộng lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện lặp lại toàn bộ quátrình bắt đầu từ A+ lần thứ nhất

24

Trong chu trình hoạt động bất ký, nếu ấn nút n để stop thì hệ thống sẽ tiếp tục chạyđến cuối chu trình rồi dừng lại do trong ladder n là tiếp điểm thường đóng, khi ấn sẽ

hở ra và ngăn cản chu trình tiếp theo thực hiện

Hoạt động chi tiết trực quan trình bày trong file mô phỏng đính kèm

2.1.4 Lựa chọn thiết bị, lắp đặt

1 Xi lanh:

Trong cơ cấu truyền động, ta sẽ sử dụng thiết bị chấp hành là Xylanh khí nén

Series MB của hang SMC với các thông số kỹ thuật như sau:

26

2 Công tắc tơ và Rơle trung gian S1, S2, S3, S4, S5, S6

Ta lựa chọn các Công tắc tơ xoay chiều series 3TF 3TH của hang Yueqing

Sunzheng Imp & Ẽp Co., Ltd.

2.1.5 Sơ đồ đấu dây:

30

001

010000010

2.1.2 Thiết kế điều khiển, mạch lực:

Phần lớn giống như thiết kế bằng phương pháp Grafcet Chỉ có đầu vào PLC là các

rơ le trung gian a, b, c

34

Phân cổng vào ra PLC:

Sơ đồ ladder cũng thay đổi:

2.2.3 Thuyết minh hoạt động của sơ đồ

Hoạt động của hệ thống giống như thiết kế bằng grafcet Ấn nút mở máy m để bắtđầu quá trình làm việc, lúc này cảm biến vị trí a0, b0, c0 đã đóng do máy đang ở vị tríchuẩn bị Cuộn hút của công tắc tơ S1 có điện -> các tiếp điểm S1(101-103) trênmạch động lực đóng lại Van khí nén V1 khởi động tác động đến Xylanh X1 để máythực hiện hành trình đi xuống A+

36

Quá trình A+ diễn ra thì a0 bị ngắt, b0 và c0 vẫn được duy trì.

Kết thúc quá trình đi xuống A+, a1 được tác động đóng lại (đồng thời b0 và c0 đượcđóng từ trước) nên S2 có điện -> các tiếp điếm S2(105-107) trên mạch động lựcđóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi xuống A-

Quá trình A- diễn ra thì a1 bị ngắt, b0 và c0 vẫn được đóng.

Kết thúc quá trình đi lên A-, a0 được tác động đóng lại (đồng thời b0 và c0 được duytrì từ trước) nên S3 có điện -> các tiếp điểm S3(109-111) trên mạch động lực đónglại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi sang phải B+

38

Quá trình B+ diễn ra thì b0 bị ngắt, a0 và c0 vẫn được đóng.

được đóng từ trước) nên S1 có điện -> các tiếp điểm S1(101-103) trên mạch độnglực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi xuống A+ lầnthứ 2

Quá trình A+ lần thứ 2 diễn ra thì a0 bị ngắt, b1 và c0 vẫn được duy trì.

Kết thúc quá trình đi xuống A+ lần thứ 2, a1 được tác động đóng lại (đồng thời b1

động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi lên lần thứ 2

Quá trình đi lên A- lần thứ 2 diễn ra thì a1 bị ngắt, b1 và c0 vẫn được duy trì Kết thúc quá trình đi lên A- lần thứ 2, a0 được tác động đóng lại (đồng thời b1 và

động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi vào C+

40

Quá trình đi vào C+ diễn ra thì c0 bị ngắt, a0 và b1 vẫn được đóng.

Kết thúc quá trình đi vào C+, c1 được tác động đóng lại (đồng thời a0 và b1 đượcđóng từ trước) nên S1 có điện -> các tiếp điểm S1(101-103) trên mạch động lực

đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi xuống A+ lần thứ

3

Quá trình A+ lần thứ 3 diễn ra thì a0 bị ngắt, b1 và c1 vẫn được duy trì

thời b1 và c1 được duy trì từ trước) nên S2 có điện -> các tiếp điếm S2(105-107)trên mạch động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hànhtrình đi lên A- lần thứ 3

42

Quá trình đi lên A- lần thứ 3 diễn ra thì a1 bị ngắt, b1 và c1 vẫn được duy trì Kết thúc quá trình đi lên lần thứ 3 A-, a0 được tác động đóng lại (đồng thời b1

mạch động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đisang trái B-

Quá trình sang trái B- diễn ra thì b1 bị ngắt, a0 và c1 vẫn được đóng Kết thúc quá trình đi sang trái B-, b0 được tác động đóng lại (đồng thời a0 và

động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi xuốngA+ lần thứ 4

Quá trình A+ lần thứ 4 diễn ra thì a0 bị ngắt, b0 và c1 vẫn được duy trì

thời b0 và c1 được duy trì từ trước) nên S2 có điện -> các tiếp điếm S2(105-107)trên mạch động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hànhtrình đi lên A- lần thứ 4

44

Quá trình đi lên A- lần thứ 4 diễn ra thì a1 bị ngắt, b0 và c1 vẫn được duy trì Kết thúc quá trình đi lên A- lần thứ 4, a0 được tác động đóng lại (đồng thời b0

mạch động lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện hành trình đi

từ trong ra C-

Quá trình C- diễn ra thì c1 bị ngắt, a0 và b0 vẫn được đóng.

Kết thúc quá trình đi ra C-, c0 được tác động đóng lại (đồng thời a0 và b0

được đóng từ trước) nên S1 có điện -> các tiếp điểm S1(101-103) trên mạchđộng lực đóng lại -> Tác động đến Xylanh để máy thực hiện lặp lại toàn bộ quátrình bắt đầu từ A+ lần thứ nhất

46

2.2.4 Lựa chọn thiết bị, lắp đặt

Thiết bị được lựa chọn tương tự với hệ thống ở trên nhưng bố trí lắp đặt khác.

48