THUYẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC.

Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của nền khoa học kỹ thuật đã đem lại những lợi ích to lớn cho con người.

CHƯƠNG 7:

THUYẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC.

7.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG PLC

Ngăy nay với sự phât triển vượt bậc của nền khoa học kỹ thuật đê đem lại những lợi ích to lớn cho con người Việc cơ khí hoâ, tự động hoâ trong sản xuất giúp con người giải phóng được sức lao động, tăng năng xuất vă chất lượng sản phẩm Trong câc ngănh sản xuất nói chung vă cơ khí nói riíng thì điều khiển tự động bằng PLC hiện nay được sử dụng rộng rêi vă khâ hiệu quả nhờ những tính năng nổi bậc của nó:

- Điều khiển chính xâc, ổn định

- Bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ sử dụng

- Giâ thănh không cao

- Thay đổi chương trình diều khiển một câch dễ dăng

7.1.1 Bộ điều khiển PLC

7.1.1.1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PLC

Hình 7.1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PLC

a Bộ xử lý trung tđm

- Chức năng: Điều khiển, tính toân vă quản lý toăn bộ hoạt động của PLC Trong

đó bao gồm:

+ Bộ thuật toân, logic: Xử lý số liệu, tính toân câc phĩp tính số học vă logic

+ Bộ điều khiển : Điều khiển chuẩn thời gian thực hiện câc phĩp tính

+ Bộ nhớ : Câc thanh ghi lưu những thông tin đến việc thực thi chương trình

b Bộ nhớ : Bao gồm:

- Bộ nhớ chỉ đọc : ROM

- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiín RAM : Dănh cho người sử dụng

- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiín RAM :Lưu trữ thông tin của thiết bị xuất nhập, chuẩn giờ đến dữ kiện vă lưu trữ câc địa chỉ văo ra

- Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoâ - lập trình lại EFROM

c Giao diện xuất nhập

Giao diện nhập Bộ xử lí trung tâm Giao diện xuất

Bộ nguồn

Bộ nhớ Thiết bị lập trình

PLC

chương trình

t / h ra

t / h vào

d Bộ nguồn

Dùng để chuyển điện áp AC thành DC để cung cấp cho PLC

e Thiết bị lập trình

Là thiết bị dùng để viết chương trình và nhập chương trình vào bộ nhớ Có thể là bàn phím bằng tay hoặc có thể lập trình trên máy tính Ngoài ra còn có các đường dẫn

để truyền tín hiệu gọi là các bit (các bộ dây dẫn hoặc mạch dẫn), bao gồm:

+ Bit dữ liệu: Dùng để tải các dữ liệu trong chương trình xử lý CPU

+ Bit địa chỉ: Dùng để tải các địa chỉ trong CPU

+ Bit điều khiển: Dùng để truyền tín hiệu điều khiển trong CPU

+ Bit hệ thống: Dùng để truyền thông tin giữa các thiết bị xuất - nhập và các cổng xuất - nhập

7.1.1.2 Lập trình các thiết bị logic chuẩn

Bao gồm việc lập trình cho các thiết bị chuẩn sau:

- Rơle

- Thanh ghi

- Bộ định thời

- Bộ đếm

* Ở đây ta sử dụng bộ PLC do hãng Mitsubishi của Nhật sản xuất

a Lập trình rơle phụ trợ.(M : M0, M500 )

b Lập trình thanh ghi :D

Việc lập trình khi sử dụng thanh ghi rất quan trọng khi xử lý số liệu được nhập từ ngoài vào Các số liệu này được đọc - ghi và xử lý để xuất đến cổng ra

c Lập trình bộ đếm :C

Dùng để đếm các sự kiện Việc lập trình bộ đếm được cài đặt theo giá trị cho trước Khi nhận được số xung của tín hiệu vào thì bộ đếm sẽ vận hành các thiết bị tương ứng

d Lập trình bộ định thời : T

Dùng để định thời gian cho các xự kiện Độ phân giải 1ms, 10ms, 100ms

M100

M101

7.1.1.3 Nội dung của một chương trình điều khiển

Nội dung bao gồm:

- Chương trình điều khiển chế độ hoạt động

- Lập trình theo trình tự hay logic tổ hợp

- Chương trình để kích câc cổng văo ra

- Chương trình chỉ thị, chỉ bâo

S- Kết thúc

a Dạng chương trình điều khiển

Thường được viết dưới 2 dạng: + Dạng cđu lệnh

+ Dạng Ledder (Dạng bậc thang)

Ví dụ : Lệnh điều khiển dạng Ledder

Kí hiệu:

b Câc lệnh cơ bản

LD : Dùng để vẽ công tắc logic thường mở

LDI: Dùng để vẽ công tắc logic thường đóng

OUT: Đặt 1 rơle logic cuối dòng chương trình

AND: Đặt 1 công tắc logic thường mở văo sau 1 công tắc logic thường mở khâc (nối tiếp)

OR: Đặt 1 công tắc logic thường mở song song

ANI: Đặt 1 công tắc thường đóng nối tiếp

ORI: Đặt 1 công tắc thường đóng song song

ORB: Tạo ra nhiều nhânh song song

ANB: Tạo ra nhiều nhânh nối tiếp

SET: Dùng để đặt câc tham số với giâ trị 1 ở chế độ vĩnh viễn

RST: Dùng để đặt câc tham số với giâ trị 0 ở chế độ vĩnh viễn

MPS, MRD, MPP : Dùng để thực hiện việc rẽ nhânh ở phía phải của nhânh CJ: Nhảy có điều kiện

t/điểm thường đóng

t/điểm thường mở.Thiết bị nhập.

Thiết bị xuất

Thiết bị đăc biệt

Kết thúc

END

Hoặc

Ví dụ :

X004 X003 Y001

X005 END Cổng vào

CALL: Khi có 1 đoạn chương trình lặp lại nhiều lần thì dùng chương trình con (lệnh gọi chương trình con)

CMP: So sânh giâ trị nhập văo bộ đếm, bộ định thời với giâ trị đê lưu trong thanh ghi

7.2 PHĐN TÍCH VĂ CHỌN PHƯƠNG ÂN ĐIỀU KHIỂN

Một phương ân tối ưu lă phương ân mă xĩt về phương diện kỹ thuật vẫn đảm bảo được những yíu cầu kỹ thuật đê đặt ra khi thiết kế (lăm việc ổn định, hiệu quả, năng xuất ), về kinh tế phải đảm bảo thấp nhất về chi phí chế tạo vă trong điều kiện cụ thể

có thể đâp ứng được

7.2.1 Dùng một công tắc hănh trình

* Sơ đồ: Như hình vẽ sau: Hình 7.2

Hình 7.2 Sơ đồ đo dùng một công tắc hănh trình

1 Công tắc hănh trình 2 Thướt đo.

3 Vít hêm 4 Phôi.

* Hoạt động: Phôi (4) được bộ phận cấp phôi đưa văo với vận tốc Vph khi chạm

công tắc hănh trình (1) sẽ ngắt điện ở động cơ cấp phôi, phôi ngừng chuyển động, đồng thời tín hiệu đưa về từ công tắc (1) qua bộ điều khiển sẽ tâc động lăm đầu dao trín đi xuống, thực hiện quâ trình cắt Công tắc (1) được gắn trín thướt đo (2) vă có thể chuyển động dọc theo thđn thướt Ta có thể cắt với những câch L khâc nhau bằng câch di chuyển công tắc (1) theo thđn thướt vă cố định ở vị trí mong muốn bằng vít hêm (3)

* Ưu, nhược điểm:

- Ưu: + Chỉ dùng 1 công tắc hănh trình, ít tốn kĩm

+ Đơn giản cho bộ phận điều khiển vă cho cả chương trình điều khiển

- Nhược: Với mỗi khoảng câch L khâc nhau của sản phẩm, ta phải điều chỉnh (dịch chuyển) công tâc hănh trình một câch thủ công

L

vph

1

4

Mép cắt

7.2.2 Dùng nhiều công tắc hănh trình

* Sơ đồ: Hình 7.3.

Hình 7.3 Sơ đồ đo dùng nhiều công tắc hănh trình

* Hoạt động:

Cũng dùng công tắc hănh trình nhưng lần năy ta đặt nhiều công tắc nối tiếp nhau, câch mũi dao 1 khoảng L1, L2, L3, (lă những khoảng câch mă ta cầncắt) Giả sử ta cần cắt 1 đoạn L2, từ bộ điều khiển ta cho công tắc 2 văo vị trí lăm việc Bđy giờ mọi việc lại tương tự như khi dùng 1 công tắc hănh trình Sau khi cắt đủ số lượng cần cắt, theo chương trình ta đưa công tắc 2 trở về vị trí cũ, vă đưa công tắc 3 văo vị trí lăm việc (giả sử ta cần cắt với độ dăi L3), vă tương tự cho câc công tắc khâc

- Ưu:

+ Không cần phải điều chỉnh thủ công mỗi khi thay đổi chiều dăi cần cắt + Chương trình điều khiển không bị giân đoạn

- Nhược:

Bộ phận điều khiển cồng kềnh (phải thím bộ phận điều khiển công tắc)

L

vph

L L L

L1

3 4 5

h

PLC

(V)

-F

2 Phôi

Tín hiệu

Bộ điều khiển (Nguồn).

Các công tắc hành trình.

u

7.2.3 Sử dụng cảm biến hồng ngoại

* Sơ đồ: Hình 7.4.

L

vph

2 5

PLC

u (V)

4

-F

Chùm tia hồ ng ngoạ i

3

Hình 7.4 Sơ đồ đo dung cảm biến hồng ngoại

1 Cảm biến phât 2 Cảm biến thu (cảm biến nhận)

3 Thướt đo 4 Bộ điều khiển.

5 Phôi.

* Hoạt động: Hoạt động tương tự trường hợp đầu tiín (dùng công tắc hănh trình),

chỉ khâc ở chỗ khi phôi tiến văo sẽ ngăn dòng ânh sâng phât ra từ cảm biến phât, do đó cảm biến thu sẽ không nhận được ânh sâng Điều năy sẽ được chuyển thănh tín hiệu truyền về bộ PLC để điều khiển câc động cơ Để cắt được những độ dăi khâc nhau ta dịch chuyển câc cảm biến theo thđn thướt cố định (2)

7.2.4 Dùng cảm biến đo độ dăi

* Sơ đồ: Hình 7.5.

Hình 7.5 Sơ đồ đo dung cảm biến đo dộ dăi

1 Bânh ma sat 2 Cảm biến độ dăi.

3 Bộ điều khiển 4 Phôi.

* Hoạt động: Bề mặt bânh ma sat (1) của bộ cảm biến được ĩp tiếp xúc với bề

mặt phôi (4) vă sẽ lăn không trượt trín bề mặt năy khi phôi chuyển động đi văo Cảm biến độ dăi (2) có nhiệm vụ đo độ dăi của phôi đi văo thông qua số vòng quay hoặc góc quay được của bânh ma sat, chuyển thănh tín hiệu điện vă truyền về bộ điều khiển

Ở bộ PLC đê được lập trình sẵn tuỳ theo độ dăi cần cắt mă điều khiển chu trình hoạt động

d

PLC

U (V) L

1

4

3

-F

7.2.5 Kết luận

Qua phđn tích câc phương ân đê đề ra như trín, ta chọn phương ân sử dụng cảm biến đo độ dăi bởi câc ưu điểm sau:

- Điều khiển chính xâc độ dăi cần cắt

- Trânh được va chạm dẫn đến hư hỏng thiết bị như trong trường hợp nếu dùng câc công tắc hănh trình (bằng câch không đặt trực tiếp bânh ma sat lín phôi mă cho bânh ma sat tiếp xúc thông qua một truyền giản đơn nối từ hộp giảm tốc, có vận tốc dăi đúng bằng vận tốc của phôi)

* Sơ đồ bố trí thiết bị của phần điều khiển như sau: (Hình 7.6).

Hình 7.6 Sơ đồ bố trí thiết bị của phần điều khiển

1 Bânh ma sat 2 Cảm biến độ dăi.

3, 3' Câc công tắc hănh trình 4 Bộ đ/k PLC.

5 Phôi.

* Hoạt động: Phôi (5) được bộ phận cấp phôi đẩy văo với vận tốc Vph, lăm quay

bânh ma sat (1), cảm biến độ dăi (2) sẽ đếm số vòng quay hoặc vận tốc (tuỳ theo loại cảm biến) của (1) để tính độ dăi phôi đê đi qua Khi đê đếm đủ độ dăi cần cắt (độ dăi năy do ta lập trình sẵn) sẽ xuất tín hiệu về bộ điều khiển Theo chương trình đê được viết sẵn, bộ điều khiển xuất tín hiệu ra ngắt điện ở động cơ cấp phôi, khởi động phanh điện từ để hêm động cơ, đồng thời điều khiển đầu dao đi xuống thực hiện quâ trình cắt Ở cuối hănh trình dao chạm công tắc hănh trình (3) vă dừng Tín hiệu truyền về từ công tắc (3) lăm bộ PLC xuất tín hiệu điều khiển đầu dao đi lín lại cho đến khi chạm công tắc (3') thì dừng Lúc năy bộ PLC lại bắt đầu cho động cơ ở bộ phận cấp phôi hoạt động đẩy phôi văo Chu trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi cắt đủ số lượng sản phẩm (hoặc khi thay đổi chiều dăi sản phẩm)

L

vph

5

PLC

u (V)

4

vd

H

T/h vào

T/h ra (điề u khiể n Đ/C) Nguồ n

3

3

7.3 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC

7.3.1 Sơ đồ nguyín lý (Hình 7.7)

Hình 7.7 Sơ đồ nguyín lý chương trình điều khiển PLC

7.3.2 Biểu đồ trạng thâi (Hình 7.8)

Phanh

CTHT 1.0

Van

VỀ (A+)

1 0 1 0

N

CTHT 1.1

(A-)

0 1 2 3 4 5=1

1.1 1.0

1 0

1.2

N

N Đ

Hình 7.8 Biểu đồ trạng thâi

v p

2

9

11

A B

P T

8

A-1.0

1.1

1.2

Q2.0

Q2.2

12

7.3.3 Chương trình điều khiển(Hình 7.9)

END

I0.0

I0.3

I0.2

F0.3

Q2.2 F0.2

F0.1

F0.2 F0.2

I0.2 F0.2 I0.1

Q2.3 F0.2

I0.0

Q2.4 I0.4

F0.3 I0.4 F0.3

Q2.1

F0.1 F0.2 I0.1

F0.3

C O

CU CV R

(100)

C 1

CU CV R

(100)

Hình 7.9 Chương trình điều khiển PLC

CHƯƠNG 8:

AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY

Tuổi thọ và hiệu quả sử dụng máy phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp sử dụng

và bảo quản máy Nếu tổ chức sử dụng và bảo quản một cách hợp lý, máy có thể làm việc được trong một thời gian dài, từ 10 15 năm, có khi đến 20 năm

Do đó, sử dụng và bảo quản máy, ngoài tính chất kỹ thuật, còn có ý nghĩa về kinh tế

Để cho máy cắt làm việc được an toàn và hiệu quả đòi hỏi những công nhân vận hành máy phải nghiên cứu kỹ về máy qua bản chỉ dẫn vận hành của máy, nghĩa là:

- Biết điều khiển các chức năng của máy một cách thành thạo

- Nắm được các kiến thức cơ bản về vật liệu cắt

8.1 TRƯỚC KHI LÀM VIỆC

Trước khi làm việc người công nhân vận hành máy phải kiểm tra toàn bộ máy, tức

là kiểm tra các bộ phận truyền động, có làm việc an toàn hay không

- Kiểm tra các thiết bị điều khiển, nắp đậy che chắn và đặc biệt là vấn đề bôi trơn các bộ phận ổ đỡ, rãnh trượt

- Kiểm tra hệ thống bơm dầu thuỷ lực (động cơ, dây dẫn, đồng hồ đo áp, van )

- Kiểm tra dao cắt không được mẽ, vỡ

- Ấn nút khởi động động cơ, cho cho máy chạy thử khi chưa có phôi cắt vài hành trình, kiểm tra lại dao và hệ thống thuỷ lực đã an toàn hay chưa Khi đã đảm bảo các yêu cầu trên mới được vận hành máy

8.2 TRONG KHI LÀM VIỆC

Quá trình làm việc người công nhân đứng máy phải mang bảo hộ lao động đúng quy đinh, phải đặt phôi vào đúng vị trí trên bàn cấp phôi, phải chú ý vật liệu cắt đúng quy định cho phép mới được đưa vào cắt

Ở vị trí làm việc phải gọn gàng sạch sẽ tạo điều kiện cho việc thao tác bằng tay với sản phẩm được dễ dàng nhanh chóng và an toàn

Khi phát hiện có sự cố phải cho dừng máy, ngăt cầu dao chính của máy và báo ngay với người có trách nhiệm

8.3 SAU KHI LÀM VIỆC

Tuổi thọ của máy được kéo dài thêm và các hỏng hóc sẽ được loại trừ nhờ vào việc bảo dưỡng thường xuyên và đúng lúc

Nghỉ làm việc phải ngắt cầu dao điện an toàn

Sau khi làm việc, phải thu gọn phôi và sản phẩm cắt đúng vào nơi quy định, lau chùi sạch dao và dầu mỡ trên bề mặt trượt

Phải có chu kỳ bảo dưỡng hợp lý : xem xét- tiểu tu- trung tu- đại tu

Đặt biệt khi ngừng máy để sửa chữa phải treo biển báo

Tài liệu tham khảo

[1] Công nghệ tạo phôi (Lưu Đức Hoà)

[2] Vật liệu học

[3] Công nghệ Laser

[4] Thiết kế chế tạo máy cán thép và các thiết bị trong nhà máy cán thép (Đỗ Hữu Nhơn)

[5] Hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực (Nguyễn Ngọc Phương - Huỳnh Nguyễn Hoàng)

[6] Truyền động dầu ép trong máy cắt kim loại (Nguyễn Ngọc Cẩn)

[7] Nguyên lý cắt

[8] Chi tiết máy tập 1

[9] Chi tiết máy tập 2

[10] Thiết kế chi tiết máy (Nguyễn Trọng Hiệp-Nguyễn Văn Lẫm)

[11] Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 1, tập 2

[12] Sức bền vật liệu tập 1

[13] Nguyên lý máy

[14] Vẽ kĩ thuật cơ khí Tập 1

[15] Vẽ kĩ thuật cơ khí Tập 2

[16] Sổ tay thiết kế máy và chi tiết máy

[17] Dung sai và lắp ghép (Ninh Đức Tốn - NXBGD)

[18] Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy (Nguyễn Đắc Lộc – Lưu Văn Nhang) [19] Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1

[20] Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2

[21] Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 3

MỤC LỤC Trang

LỜI NÓI ĐẦU: 1

CHƯƠNG1: TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU SỬ DỤNG THÉP TẤM

TRONGCÔNG NGHIỆP 2

CHƯƠNG2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ CẮT THÉP TẤM 4

2.1.Cơ sở lý thuyết về kim loại 4

2.1.2.Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại 4

2.1.2.Những nhân tố ảnh hưởng đến biến dạng dẻo vủa kim loại 7

2.2.Công nghệ cắt thép tấm 9

2.2.1.Phương pháp thủ công 9

2.2.2.Cắt bằng hồ quang điện 9

2.2.3.Cắt bằng ngọn lửa khí 9

2.2.4.Cắt bằng chùm tia Laser 10

2.2.5.Phương pháp thép tấm bằng áp lực lưỡi cắt 11

CHƯƠNG3: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN 19

ĐỘNG HỌC MÁY 3.1.Gới thiệu chung 19

3.1.1.Sơ đồ nguyên lý toàn máy 19

3.1.2.Nguyên lý hoạt động toàn máy 20

3.2.Phân tích chọn phương án, sơ đồ nguyên lý máy 20

3.2.1.Một số phương án khả thi, ưu và nhược điểm 20

3.2.2.Sơ đồ nguyên lý máy và nguyên tắc làm việc 23

3.2.3.Xác định các thông số máy 23

a.Chiều dài lưỡi dao, hành trình vận hành

b.Vận tốc cắt, thời gian cắt của đầu dao 3.3.Thiết kế tính toán động học toàn máy 25

3.3.1.Thiết kế động học cho bộ phận cấp phôi tự động 25

a.Phân tích chọn phương án 25

b.Sơ đồ, nguyên lý hoạt động và các thông số cơ bản 27

3.3.2.Thiết kế động học cho bộ phận kẹp phôi 28

3.3.3.Thiết kế động học cho bộ phận đỡ sản phẩm 32

CHƯƠNG4:TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY 34

4.1.Tính toán động lực học và kết cấu cho bộ phận kẹp phôi 34

4.1.1.Tính toán lực kẹp phôi 34

4.1.2.Tính toán các thông số của bộ phận kẹp phôi 36