thiết kế điều khiển tự động khoan ba lỗ

Ngày nay tự động hoá điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào trong tất cả các khâu của quá trình công nghệ.. Trong công việc thiết kế, tự động hoá điều khiển đợc thể hiện qua hai

Lời cảm ơn

Để hoàn thành đợc đồ án môn học điều khiển logic này, em vô cùng cảm

ơn thầy giáo Phan Cung đã hớng dẫn tận tình, chu đáo trong quá trình làm bài Nhờ những chỉ dẫn của thầy và sự cố gắng nỗ lực của bản thân em nên em đã hoàn thành tốt đồ án này

Qua đây em xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp của các bạn

đồng nghiệp cùng lớp cũng đã góp ý cùng em trong quá trình em làm bài

Tuy nhiên trong quá trình thực hiện đồ án, do kiến thức và thời gian có hạn nên trong bản thiết kế của em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp, chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn để bản

đồ án này đợc hoàn thiện hơn nữa

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Phan Cung cùng tất cả các thầy cô giáo trong bộ môn

Lời nói đầu

Trong sự nghiệp, công nghiệp hoá, hiện đại hóa đất nớc, có thể nói một trong những tiêu chí để đánh giá sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia là mức độ

tự động hoá trong các quá trình sản xuất mà trớc hết đó là năng suất, chất lợng

sản phẩm làm ra Cùng với sự phát triển rất nhanh chóng của máy tính điện tử,

điều khiển tự động đã làm cơ sở và hỗ trợ cho sự phát triển 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 trong tất cả các khâu của quá trình công nghệ Một trong những 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 và 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 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 để

đảm bảo cho qui 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, tho 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 đảm bảo sự chính xác về tuần tự thực hiện quá trình

Đồ án là một bản thiết kế điều khiển tự động khoan ba lỗ Nội dung gồm các chơng sau:

Chơng 1: Thiết kế cấu trúc mạch điều khiển

Chơng 2: Tính chọn thiết bị điều khiển

Chơng 3: Thiết kế sơ đồ lắp ráp

Chơng 1 giới thiệu sơ bộ về đặc điểm, các yêu cầu và chu trình hoạt động của khoan ba lỗ và các bớc tổng hợp hệ thống, hiệu chỉnh, xây dnựg mô hình

điều khiển nhằm đáp ứng những yêu cầu công nghệ đề ra và đảm bảo an toàn, dễ

sử dụng

Chơng 2, chơng 3 tính chọn các thiết bị cụ thể và thiết kế sơ đồ lắp ráp thực

Chơng 1 Thiết kế cấu trúc mạch điều khiển

1 Mô tả công nghệ.

Sơ đồ công nghệ của hệ thống khoan 3 lỗ

Lựa chọn công nghệ

- Thiết bị động lực là động cơ 1 chiều

- Bộ cảm biến vị trí, các công tắc hành trình tự phục hồi a0, a1, b0, b1, c0, c1 Trong đó bốn cảm biến b0, b1, c0, c1 định vị chuyển động theo phơng ngang còn hai cảm biến a0, a1 định vị chuyển động theo phơng thẳng đứng

- Mạch điều khiển các thiết bị đóng cắt có tiếp điểm mô tả chu trình sản xuất

2 Thiết kế hệ thống điều khiển bằng phơng pháp ma trận trạng thái

2.1 Phơng pháp ma trận trạng thái

a Giới thiệu phơng pháp

C

-A+ m

a1

a0

A+

1

B

1

X

m

Phơng pháp ma trận trạng thái mô tả quá trình chuyển đổi trạng thái dới hình thức bảng, bao gồm:

- Các cột của bảng ghi các biến vào và các biến ra các tín hiệu vào là ác tín hiệu điều khiển, có thể là tín hiệu của ngời vận hành, của thiết bị chơng trình hoặc các tín hiệu phát ra từ thiết bị công nghệ Các tín hiệu ra là tín hiệu kết quả của quá trình điều khiển và ghi ở cột đầu ra

- Các hàng của bảng ghi các trạng thái trong của mạch Số hàng của bảng chỉ rõ số trạng thái cần có trong hệ

- Các ô giao nhau của cột biến vào và các hàng trạng thái sẽ ghi trạng thái của mạch

- Các ô giao nhau của tín hiệu ra và các hàng trạng thái sẽ ghi giá trị tín hiệu ra tơng đơng

b Các bớc thực hiện trong phơng pháp ma trận trạng thái.

* Xác định biến điều khiển: Ta chọn các biến điều khiển cho hệ thống.

+ Các biến vào là: a0, a1, b0, b1, c0, c1 Các biến tín hiệu vào là tín hiệu dạng bán xung Khi tác động vào thì nó có tín hiệu ra và tín hiệu này sẽ mất ngay sau khi thôi tác dụng

+ Các biến ra: A+, A-, B+, B-, C+, C

-A+: trạng thái đi xuống

A-: trạng thái đi lên

B+: trạng thái sang phải từ vị trí 1 đến vị trí 2

B-: trạng thái sang trái từ vị trí 2 đến vị trí 1

C+: trạng thái sang phải từ vị trí 2 đến vị trí 3

C

-A+ m

a1

a0

A+

1

B

1

Bài toán Mã hoá bài toán

- Lập bảng ma trận trạng thái 1

- Lập bảng ma trận trạng thái 2

- Xác định biến trung gian

- Mã hoá biến trung gian

- Tìm hàm điều khiển của biến trung gian, biến ra

- Chọn thiết bị

- Thực hiện sơ đồ

B-: trạng thái sang trái từ vị trí 3 đến vị trí 2 Tín hiệu mở máy "m" chỉ có trong chu trình đầu tiên

Đặt: a = 0 = a = a0

a = 1 = a = a1

b = 0 = b = b0

b = 1 = b = b1

c = 0 = c = c0

c = 1 = c = c1 Lập Graph chuyển trạng thái nh sau:

− +

− +

− +A B B C C

A

c b a

:

→

100000

0 0 0

→ 010000

0 10

→ 001000

0 0 0

→ 100000

0 01

→ 010000

0 11





000100

0 1 0

← 000001

011

← 010000

111

← 100000

011

← 000010

0 01

←

Graph: Từ Graph chuyển trạng thái, ta thành lập bảng ma trận chuyển dịch I:

Trạng thái Tín hiệu vào Tín hiệu ra

b

a

C- 



A

-

A+ m

a1

a0



A+

1

B- 

1

000 001 011 010 110 111 101 100 A + A - B + B - C + C

* Đồ hình nhập hàng để tối thiểu ma trận I

* Thành lập ma trận chuyển dịch II

b

c

100000

y

000100

 000001 010000

010000

Theo công thức: 2smin≥ n

















Trong đó: n - số hàng của ma trận chuyển dịch 2 (n = 4)

Smin: Số biến trung gian tối thiểu Vậy Smin = 2 Nh vậy ta cần tối thiểu 2 biến trung gian x , y

x

     

* Lập ma trận các nô cho biến trung gian và biến đầu ra.

- Ma trận các nô cho biến trung gian

b

c

00

* Ma trận các nô cho biến ra:

b

c

100000

* Ma trận các nô cho biến trung gian y:

b

c

f(y) = xab + y.b

* Ma trËn c¸c n« cho biÕn trung gian x:

b

c

f(y) = a y + x y + abc

* Ma trËn c¸c n« cho biÕn ®Çu ra A + :

b

c

1

f(A+) = x y a b c +xa b.c +y.a bc

* Ma trËn c¸c n« cho biÕn ®Çu ra A - :

b

|c

0

f(A-) = a

* Ma trËn c¸c n« cho biÕn ®Çu ra B + :

b

c

0

f(B+) = x y a.b.c

* Ma trËn c¸c n« cho biÕn ®Çu ra B ˉ :

b

c

0

f(B-) = xy a.b.c

* Ma trËn c¸c n« cho biÕn ®Çu ra C + :

b

c

0

0 1 0

f(C+) = x y.a b.c

* Ma trËn c¸c n« cho biÕn ®Çu ra C ˉ :

b

c

0

f(C-) = x.y.a.b.c

* Ta cã hµm ®iÒu khiÓn trung gian vµ biÕn ®Çu ra nh sau:

f(y) = xab + y.b

f(x) = a y + x y + abc

f(A+) = xy.a.b.c +x.a.b.c+y.abc

f(A-) = a

f(B+) = xy.a.b.c

f(B-) = x y ab.c

f(C+) = xy.a.b.c

f(C-) = xy ab.c

f(Y) = x a1 b1 + y b1

f(X) = a y + x y + a1b1c1

f(A+) = yx A0 b0 c0 + x a0 b1 c0 + y a0 b1 c1

f(A-) = a1

f(B+) = x.y.a0.b0.c0

f(B-) = x y a0 b1 c0

f(C+) = yx A 0 b1 c0

f(C-) = x y a0 b1 c1

* Từ các hàm điều khiển ta thành lập đợc mạch điều khiển sau (hình 1):

- Ta thấy: các tín hiệu vào a0, a1, b0, b1, c0, c1 là các cảm biến vị trí nó là các công tắc hành trình, nên tín hiệu sẽ là các tín hiệu xung Trong quá trình tổng hợp mạch ta đã bỏ qua các trạng thái mà các đầu vào chuyển về mức 0, trong khi đầu

ra vẫn có tín hiệu, do đó ra phải duy trì tín hiệu vào 1

Sau khi hiệu chỉnh (đã bổ sung tín hiệu mở máy (M) và tín hiệu dừng (D)

là các nút ấn ta có mạch điều khiển nh sau (hình 2):

* Nguyên lý hoạt động của sơ đồ

Để máy khoan có thể hoạt động Ta phải thiết lập lại trạng thái ban đầu cho máy khoan (đặt vấu gặt đè lên công tắc hành trình a0) Máy khoan ở trạng thái sẵn sàng làm việc

Trớc hết ta đóng cầu dao CD Mạch điều khiển đợc cấp điện nhng toàn bộ mạch cha hoạt động Cuộn hút các rơle cha đợc cấp điện do đó tiếp điểm thờng

mở vẫn mở, tiếp điểm thờng đóng vẫn đóng

Để máy hoạt động ra phải ấn nút mở máy M (3,5), hành trình a0 đã tác

động do đó rơle KA làm việc và tự duy trì đồng thời cấp nguồn KA (3,7) cho toàn

bộ mạch Rơle A+ làm việc thông qua tiếp điểm thờng kín của rơle trung gian X (7,25) và tiếp điểm thờng kín của rơle trung gian y (25,27) qua công tắc hành trình a0 (27,29), b0 (29,31), c0 (31,33) Qua công tắc hành trình a1 (31,35) Cơ cấu thực hiện đi xuống không tác động vào hành trình a0 nữa nhng rơle A+ vẫn tự duy trì qua tiếp điểm A+ (7.33) Cơ cấu đi xuống đến khi tác động vào hành trình a1 làm tiếp điểm thờng kín a1 (31,35) mở ra ngắt không cho rơle A+ làm việc tiếp,

đồng thời đóng tiếp điểm thờng mở a1 (7,49) Cấp nguồn cho rơle A- làm việc thông qua tiếp điểm thờng kín của công tắc hành trình a0 (49,51) và tiếp điểm th-ờng kín của rơle A+ (51,10), đồng thời rơle A- tự quy tìm qua tiếp điểm A- (7,49) Công tắc hành trình a1 tác động (7,15) qua thờng kín của tiếp điểm y (15,6) cấp nguồn cho rơle X làm việc và tự duy trì qua đờng (7, 17,6)

Lúc này cơ cấu đổi chiều đi lên, đi lên đến khi tác động vào công tắc hành trình a0 làm ngắt thờng kín a0 (49.51) ra làm cho rơle A- ngừng làm việc, đồng thời a0 đóng tiếp điểm thờng hở (57,59) Role B+ làm việc thông qua tiép điểm

th-ờng hở X (7,53) và tiếp điểm thth-ờng kín y (53,57) qua công tắc hành trình a0 (57,59) qua công tắc hành trình b0 (59,61) qua công tắc hành trình c0 (61,63) qua tiếp điểm thờng kín của công tắc hành trình b1 (63,65) qua tiếp điểm thờng kín rơle B- (65,12) Cơ cầu thực hiện sang phải và rơle B+ tự duy trì qua tiếp điểm B+ (7,63) Cơ cấu sang phải cho đến khi tác động vào hành trình b1 làm tiếp điểm th-ờng b1 (63,65) hở ngắt mạch không cho rơle B+ làm việc tiếp

Công tác hành trình b1 làm việc, rơle trung gian X làm việc tiến đến rơle

A+ lại làm việc thông qua đờng (7, 37, 39, 41, 33, 35, 8) Cơ cấu lại thực hiện đi xuống rơle A+ tự duy trì qua tiếp điểm A+ (7,33) Cơ cấu đi xuống cho đến khi tác

động vào hành trình a1 làm hở tiếp điểm thờng kín a1 (31,35) và đóng tiếp điểm thờng hở a1 (7,49) cấp nguồn cho rơle A- đồng thời rơle A- tự duy trì và cơ cấu đi lên ở vị trí 2

Khi công tắc hành trình a1 tác động sẽ cấp nguồn cho rơle trung gian Y theo đờng qua tiếp điểm thờng hở x (7,9), công tắc hành trình a1 (9,11) công tắc hành trình b1 (11,4) Đồng thời rơle trung gian Y tự duy trì qua tiếp điểm y (7,13) Rơle trung gian Y làm việc ngắt tiếp điểm thờng kín y (15,6) và y (17,6) làm cho rơle trung gian X ngừng làm việc

Cơ cấu đi lên cho đến khi tác động vào công tắc hành trình a0 làm mở tiếp

điểm thờng kín a0 (49,51) làm cho rơle A- ngừng làm việc, đồng thời đóng tiếp

điểm a0 (6,91) cấp nguồn Theo đờng (7,79,81,83,85,87,89) cho rơle C+ làm việc

đồng thời rơle C+ tự duy trì qua tiếp điểm C+ (7,87)

Cơ cấu chuyển sang phải đến vị trí 3 cho đến khi tác động vào hành trình

c1 làm hở tiếp điểm thờng kín (87, 89) hở ra làm cho rơle C+ ngừng làm việc

Công tắc hành trình C1 đóng tiếp điểm thờng hở C1 (47,33) Cùng với rơle trung gian Y làm việc đóng tiếp điểm thờng hở y (7,43) cấp nguồn theo đờng (7,43,45,47,33,35,8) làm cho rơle A+ làm việc và tự duy trì qua tiếp điểm

A+(7,33)

Cơ cấu chuyển động đi xuống ở vị trí 3 Cho đến khi tác động vào công tắc hành trình a1 làm hở tiếp điểm thờng kín a1 (33,35) làm cho rơle A+ ngừng làm việc, đồng thời đóng tiếp điểm thờng hở a1 (7,49) cấp nguồn cho rơle A- làm việc

và tự duy trì qua tiếp điểm A- (7,49) Đồng thời đóng tiếp điểm thờng hở a1 (7,19) cấp nguồn cho rơle trung gian X làm việc Rơle trung gian tự duy trì qua đờng (7,23,6)

Cơ cấu chuyển động đi lên ở vị trí 3 cho đến khi tác động vào công tắc hành trình a0 làm hở tiếp điểm thờng kín a0 (49,51) làm cho rơle A- ngừng làm việc, đồng thời đóng tiếp điểm a0 (93,95) cùng với rơle trung gian X và rơle trung gian Y làm việc cấp nguồn theo đờng (7,91,93,95,97,99,101,18) làm cho rơle C -làm việc đồng thời rơle C- tự duy trì qua tiếp điểm C- (7,9) Cơ cấu chuyển động

về bên trái từ vị trí 3 về vị trí 2 Cơ cấu chuyển động về bên trái cho đến khi tác

động vào hành trình c0 làm hở tiếp diểm thờng kín c0 (99,101) ra làm cho rơle C -ngừng làm việc, đồng thời đóng tiếp điểm thờng mở c0 (73,75) rơle B- đợc cấp nguồn theo đờng (7,67,69,71,73,75,77) đồng thời rơle B- đóng tiếp điểm B- (7,75)

để tự duy trì Cơ cấu chuyển động sang trái từ vị trí 2 về vị trí 1

Cơ cấu chuyển động sang trái nên không tác động vào hành trình b1 (13,15) do đó rơ le trung gian Y ngừng làm việc

Cơ cấu chuyển động sang trái cho đến khi tác động vào hành trình b0 tiếp

điểm thờng kín b0 (75,77) hở làm cho rơle B- ngng làm việc, đồng thời đóng tiếp

điểm thờng hở b0 (29,31) dẫn đến rơle A+ đợc cấp điện theo đờng (7,25,27,29,31,33,35,8) và rơle A+ tự duy trì thông qua tiếp điểm A+ (7,33) Cơ cấu lại chuyển động đi xuống ở vị trí 1 Công nghệ khoan lại đợc lặp lại nh trình bày ở trên

Để dừng lại ta phải ấn nút dừng D

Ch

ơng II:

Lựa chọn thiết bị

1 Mạch điều khiển

- Công suất động cơ 3 kw

- Điện áp định mức: 220V

- Dòng điện định mức: Iđm = 13,64( )A

220

10 3 H

dm

a Lựa chọn phần tử chấp hành

Dòng điện định mức Iđm = 13,64A

Để bảo vệ tiếp điểm của công tắc tơ co tuổi thọ cao ta chọn Itđ > IđmĐ (vì

động cơ khởi động qua điện trở phụ và khởi động không tải, nên không cần tính dòng điện mở máy của động cơ

Ta có thể chọn công tắc tơ có thông số thoả mãn

Loại Dòng điện

I đm

Số lợng tiếp điểm

U đm

CS cuộn dây

Kích thớc Thờng mở Thờng đóng

Dòng qua cuộn hút:

Ih = 0,045( )A

220

10 U

P

=

=

b Phần tử điều khiển

Từ dòng cuộn hút ta có thể chọn đợc các rơle có tiếp điểm thoả mãn

Chọn rơle

Loại Dòng

điện

Số lợng tiếp điểm

U đm

CS cuộn hút

Kích thớc

Thờng mở Thờng đóng

Chọn công tắc hành trình: a0, a1, b0, b1, c0, c1

c Thiết bị bảo vệ

Bảo vệ bằng cầu chì ta chọn cầu chì cho mạch điều khiển nh sau:

Kiểu cầu chì Dòng đm

dây chảy (A)

Dòng chắt giới hạn (A)

Điện áp định mức (V)

Kích thớc chùng

A B C

Chọn mạch động lực

Kiểu cầu chì Dòng đm

dây chảy (H)

Dòng chắt giới hạn (A)

Điện áp định mức (V)

Kích thớc chùng

A B C

ơng III:

Thiết kế mạch lắp ráp

1 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 cờng

độ vững chắc của bảng điện giảm nhẹ cái điều kiện để cố định chúng

* Nguyên tắc nối dây tiện lợi: Đờng nối dây ngắn nhất và ít chồng chéo

nhau

Dựa vào các nguyên tắc trên, kết hợp với những yêu cầu đặt biệt trong từng trờng hợp cụ thể tiến hành bố trí thiết bị trên panel Khi bố trí thành từng nhóm riêng biệt để tiện việc kiểm tra, sửa chữa Các phần tử trong một nhóm phải bố trí gần nhau nhất sao cho dây nối giữa chứng 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 Các thiết bị dễ hỏng, các thiết bị cần điều chỉnh phải để nơi dễ dàng thay thế, điều chỉnh, sửa chữa

2 Sơ đồ lắp ráp của mạch điều khiển hệ thống

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

Mục lục