Đồ Án Thiết Kế Khoan Bán Tự Động

Đồ Án Thiết Kế Khoan Bán Tự Động dùng 2 xilanh và 1 motor

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, có thể nói mộttrong những tiêu chí để đánh giá sự phát triển kinh tế kỹ thuật của nước đó làmức độ tự động hoá các quá trình sản xuất của nền kinh tế và kỹ thuật, được thểhiện qua năng lực sản xuất và chất lượng sản phẩm tạo ra Nhờ sự phát triển như

vũ bão của máy tính điện tử, công nghệ thông tin và những thành tựu của líthuyết điều khiển tự động đã làm nền tảng và hỗ trợ tương xứng cho sự pháttriển trong lĩnh vực tự động hoá

Mặc dù Việt Nam là một trong những nước chậm phát triển , nhưng nhữngnăm gần đây cùng với sự đòi hỏi của quá trình sản xuất cũng như sự hội nhập và

xu thế toàn cầu hoá nền kinh tế đã kéo theo việc ứng dụng hàng loạt các thànhtựu khoa học kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất Đặc biệt trong lĩnh vực tự động hoá

có những bước nhảy vọt tạo ra sản phẩm có sản phẩm chất lượng cao và độchính xác tuyệt đối đạt được hình thành một nền kinh tế tri thức và khoa học kĩthuật cao

Ngày nay, tự động hoá đi sâu vào từng ngõ ngách của trong tất cả các khâucủa quá trình sản xuất và tạo ra sản phẩm Một trong những ứng dụng đó mà đồ

án này thiết kế là điều khiển công nghệ khoan bán tự động Tự động hoá điềukhiển công nghệ khoan sản phẩm là quá trình tạo ra lỗ trên bề mặt vật thể vớikích thước và chiều sâu đặt trước Công việc này gồm ba quá trình chính nhưsau:

* Đặt phôi vào vị trí cần khoan

* Kẹp chặt chi tiết cần khoan tại vị trí cần khoan

* Tự động khoan chi tiết theo kích thước và chiều sâu đã định

Chất lượng và năng suất của quá trình khoan phụ thuộc rất nhiều vào côngnghệ điều khiển Quá trình này làm việc theo một trình tự logic và trình tự thờigian xác định Do đó để điều khiển được cần tổng hợp hàm cho hệ thống Có rấtnhiều phương án để tổng hợp hàm, trong trường hợp này sử dụng phương phápGrafcet So với các phương pháp khác hàm Grafcet có nhiều ưu điểm là đơngiản đảm bảo sự làm việc tuần tự và chính xác

Đồ án môn học này hoàn thành trong thời gian ngắn và vốn kiến thức của emchưa có nhiều và chưa chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót trong bài Kính mong các thầy cô chỉ dẫn thêm cho đồ án này của em hoàn thiện tốt hơnnữa Em xin trân thành cảm ơn !!!

Hà Nội, ngày tháng năm

Sinh viên

Trần Anh Tùng

Trang 2

Chương I: Giới thiệu hệ thống

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU HỆ THỐNG

1.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

vị trí ban đầu Và xylanh 1A1 từ từ thu lại về vị trí ban đầu của nó Kết thúc 1 chutrình

2

Trang 3

1.1.2 Giới thiệu về hệ thống

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ

 Giới thiệu :

Công nghệ trên đòi hỏi thực hiện đòi hỏi theo đúng tuần tự theo sơ đồ nguyên

lý, có 4 quá trình lên - xuống được lặp đi lặp lại, công nghệ này được ứng dụngtrong thiết kế là các : Mũi khoan 2 lỗ hoặc công nghệ tra cấp liệu

Quá trình này là một quá trình tương đối đơn giản, độ lặp lại nhiều, nếu chúng

ta thực hiện đơn thuần thì công việc khá đơn giản và chỉ cần con người thao tác kẹpphôi bằng tay Nhưng công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy cơkhí, nhà máy sửa chữa, chế tạo máy móc, có vai trò khá quan trọng trong cácngành công nghiệp hiện nay

Máy khoan bàn hoạt động bằng động cơ hoặc có thể hoạt động bằng khí nén,thủy lực Trong đồ án này các thiết kế mạch lực và mạch điều khiển em được giao

là thiết bị điện khí nén, nên sử dụng điều khiển mũi khoan dùng 2 xylanh khí nén,một xylanh điều khiển quá trình lên-xuống, còn một xylanh điều khiển quá trìnhtrái-phải

Trang 4

1.1.3 Khái niệm, cấu tạo của xylanh khí nén

 Khái niệm : Xylanh khí nén là thiết bị cơ học, vận hành bằng khí nén, xylanhkhí nén có vai trò tạo ra lực để chuyển đổi năng lượng có trong khí nén thànhđộng năng để cung cấp cho các chuyển động

 Ưu, nhược điểm của xylanh khí nén :

+ Không gây ô nhiễm môi trường

+ Khả năng vận tốc nhanh hơn so với thiết bị khác

+ Việc lắp đặt khá đơn giản và linh hoạt

+ Không có sự giới hạn và khoảng cách

+ Giá thành sản phẩm không cao

+ Không có khả năng tạo lực lớn

+ Không đạt độ chính xác cao

+ Trong quá trình vận hành khá ồn ào và âm thanh lớn

4

Trang 5

1.1.4 Khái niệm về khoan và mũi khoan

 Khoan là kỹ thuật tạo 1 lỗ tròn trên các loại vật liệu khác nhau Khoan được

sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp như chế tạo máy, cơ khí,

 Mũi khoan là vật được gắn chặt vào đầu máy khoan nhờ cặp mâm và đượcsiết chặt một lần nữa để chống xoay Đầu của mũi khoan cắt sâu vào vật liệu tạo

ra nhưng lớp phôi mỏng ( gỗ, kim loại, ) hay nhưng lớp bụi ( bụi kim loại, bụigỗ, )

 Trong gia công cơ khí, thường sử dụng lười đơn

Hình 1.4 Sơ đồ bàn khoan

1 Mũi khoan 7 Chi tiết gia công

Trang 6

 Ưu điểm :

- Cấu tạo đơn giản

- Sử dụng dễ dàng

- Hoạt động êm do sử dụng motor lồng sóc

- Không yêu cầu về tay nghề cao để sử dụng

 Nhược điểm :

- Máy to, cồng kềnh, khó di chuyển cho người sử dụng

- Chỉ sử dụng trong xưởng, khó mang ra ngoài

- Khoan 1 lỗ trên kim loại cứng mất khá nhiều thời gian

- Chỉ khoan được lỗ tròn

- Khoan tạo ra được các hình khác nhau

- Chi phí mua máy khá cao

6

Trang 7

1.2 Lưu đồ công nghệ

- Với lưu đồ công nghệ như hình vẽ em đã sắp xếp vị trí cho motor khoan

và xylanh ở trạng thái hoạt động được mô tả theo như sơ đồ dưới đây :

Hình 1.5 Lưu đồ công nghệ

Trang 8

- Chương trình bắt đầu :

- Kẹp chặt phôi vào đúng vị trí sẵn sàng, đóng khóa kẹp

- Nhấn nút START để máy chạy và motor khoan hoạt động Nếu motor khoankhông chạy ta kiểm tra lại nút bấm

- Nếu motor khoan chạy thì xylanh 2A1 từ từ đẩy motor khoan xuống vị trí khoanthứ 1, sau khi khoan xong xylanh 2A1 lại từ từ thu lên về vị trí ban đầu

- Sau khi xylanh 2A1 thu về vị trí ban đầu thì xylanh 1A1 bắt đầu đẩy motor khoansang bên phải để khoan vị trí thứ 2, kịch vị trí bên phải

- Sau đó motor 2A1 lại tiếp từ từ đẩy motor khoan xuống vị trí khoan thứ 2, và bắtđầu khoan, sau khi khoan xong xylanh 2A1 lại từ từ thu lên về vị trí ban đầu

- Xylanh 1A1 lại từ từ thu về vị trí ban đầu của nó

- Kết thúc 1 chu trình khi ta muốn dừng ta ấn nút STOP để cả máy ngừng hoạt động

- Nếu muốn tiếp tục chi trình ta lại kẹp phôi vào vị trí rồi khóa kẹp chặt lại và nhấnnút START để chương trình của máy lại tiếp tục 1 chu trình mới

- Kết thúc

8

Trang 9

Chương II: Thiết kế điều khiển

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN 2.1 Liệt kê đầu vào/ ra cho hệ thống

- Một trạng thái được biểu diễn bằng một hình chữ nhật có đánh số, gắn liềnvới biểu tượng, trạng thái là một hình chữ nhật bên cạnh, trong hình chữnhật có ghi tác động của trạng thái đó

Trang 10

- Trạng thái đang hoạt động có thêm dấu chấm ở bên trong hình chữ nhậttrạng thái:

- Một chuyển tiếp được biểu diễn bằng đường gạch lên cạnh ghi các nhânkích thích liên quan đến chuyển tiếp đó :

10

Trang 11

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ

Hình 2.2 Sơ đồ Grafcet I

Trang 12

-Chọn cơ cấu chấp hành là các xylanh A,B có trạng thái như sau :

+ Xylanh A :

Trạng thái A+ là trạng thái xylanh đẩy vật xuống vị trí

Trạng thái A- là trạng thái xylanh thu hồi về ban đầu

+ Xylanh B :

Trạng thái B+ là trạng thái xylanh đẩy sang phải

Trạng thái B- là trạng thái xylanh thu hồi về ban đầu

-Để điều khiển các quá trình chuyển động của các xylanh cần có công tắc hànhtrình và các cảm biến

+ Xylanh A :

a0 : Báo xylanh đang ở vị trí ban đầu bên trên

a1 : phát tín hiệu báo A đã ở vị trí tận cùng bên dưới

+ Xylanh B :

b0 : Báo xylanh B đang ở vị trí ban đầu bên trái

b1 : Báo xylanh B ở vị trí tận cùng bên phải

12

Trang 13

Hình 2.3 Sơ đồ Grafcet II

Trang 14

Trang 15

2.4 Sơ đồ rơ-le tiếp điểm

Hình 2.4 Sơ đồ rơ-le tiếp điểm

Trang 16

- Khi a1 có điện đi qua S1 thường mở khi đến S0 dòng điện sẽ ngắt không chođến S2

- Khi a1 có điện đi qua S1 thường mở khi đến S3 dòng điện sẽ mở khi đồngthời S5 cũng mở

- Khi có dòng điện các b1 mở sẽ có điện đi qua và sẽ đến S6 sẽ dừng lại đóngkhông cho điện đi qua, khi S6 mở thì S3 đồng thời cũng mở sẽ cho dòng điệnđến S5 sẽ mở

16

Trang 17

Chương III: Lựa chọn PLC và sơ đồ ghép nối dây

CHƯƠNG III: LỰA CHỌN PLC VÀ SƠ ĐỒ GHÉP NỐI DÂY

3.1 Khái niệm về PLC, cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC

Trang 18

3.1.2 Cấu trúc PLC :

Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc PLC

 Tất cả các PLC hiện nay đều gồm có thành phần chính như sau:

+ Bộ nhớ trường trình RAM, ROM

+ Một bộ vi xử lý trung tâm CPU, có vai trò xử lý các thuật toán

+ Các modul vào /ra tín hiệu

 Chức năng chính của mạch đầu vào của PLC là chuyển đổi các tín hiệu đượccung cấp bởi các công tắc và cảm biến khác nhau này thành tín hiệu logic có thểđược CPU sử dụng CPU đánh giá trạng thái của các đầu vào, đầu ra và các biếnkhác khi nó thực hiện một chương trình được lưu trữ CPU sau đó gửi tín hiệu

để cập nhật trạng thái của đầu ra

 Các mô-đun đầu ra chuyển đổi các tín hiệu điều khiển từ CPU thành các giátrị số hoặc tương tự có thể được sử dụng để điều khiển các thiết bị đầu ra khácnhau

 Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trìnhbằng tay hay bằng máy tính Hầu hết các đơn vị đều có đủ RAM để chứa đựngchương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình là đơn vịxách tay , RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chươngtrình đã được kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết,

đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng

RS232, RS422, RS458, …

18

Trang 19

3.1.3 Nguyên lý hoạt động :

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động PLC

 CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm trachương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trongchương trình , sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được pháttới các thiết bị liên kết để thực thi Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụthuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ

 Các dòng PLC thông dụng ở Việt Nam: OMRON (Nhật Bản), Siemens(CHLB Đức), Delta (Đài Loan), Mitsubishi (Nhật Bản), Keyence (Nhật Bản)…

Trang 20

3.2 Ưu - Nhược điểm của PLC và Phương án lựa chọn PLC

3.2.1 Ưu - Nhược điểm :

 Ưu điểm :

+ Kích thước vật lý nhỏ hơn so với các giải pháp dây cứng

+ Thay đổi dễ dàng và nhanh hơn

+ PLC có chức năng chẩn đoán tích hợp và ghi đè

+ Chẩn đoán có sẵn ở trung tâm

+ Các ứng dụng có thể được ghi lại ngay lập tức

+ Các ứng dụng có thể được sao chép nhanh hơn và ít tốn kém hơn

+ Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phứctạp

+ Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp .+ Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính , nốimạng , các môi Module mở rộng

 Nhược điểm :

+ Đòi hỏi người dùng phải có trình độ chuyên môn cao

+ Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm đểlập trình thêm

20

Trang 21

3.2.2 Phương án lựa chọn PLC

- Dụa vào quy mô của hệ thống, nếu hệ thống sản xuất theo dây chuyền thì có thể phân dây chuyền ra làm nhiều cụm dựa trên đặc điểm công nghệ.

+ Yêu cầu cổng vào/ra cần thiết

+ Loại cổng vào ra

+ Dung lượng bộ nhớ

+ Tốc độ và khả năng của CPU và tập lệnh

- Tất cả cá yếu tố trên phụ thuộc lẫn nhau : dung lượng bộ nhớ có rằng buộc trực tiếp đến số lượng cổng vào/ ra hay dung lượng bộ nhớ lớn thì tốc độ xử lý nhiều hơn, phức tạp hơn.

- Số lượng đầu vào/ ra của một hệ thống phải có khả năng đáp ứng

đủ số đường tin hiệu cảm biến cũng như điều khiển phần công suất cho cơ cấu tác động.

+ Số lượng đầu vào/ ra trên mỗi môdun

+ Sự cách ly giữa phần điều khiển và phần công suất điều khiển cơ cấu tác động.

+ Nhu cầu mở rộng thêm khả năng điều khiển và lắp đặt thêm đầu vào/ ra

- Dung lượng bộ nhớ đối với những loại bộ lập trình có khỏ năng

mở rộng bộ nhớ thì dung lượng bộ nhớ được tăng lên bằng cách gắn thêm khối mở rộng

- Yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng bộ nhớ là dung lượng chương trình điều khiển Dung lượng chính xác của chương trình không thể xác định trước khi chương trình đó được viết xong và thật sự được

sử dụng để điều khiển hệ thống

- Tuy nhiên có thể ước trùng dung lượng dựa trên mức độ phức tạp của chương trình

Trang 22

- Bộ điều khiển lập trình S7-200 của Siemens thích hợp cho các ứng dụngđiều khiển từ đơn giản đến phức tạp Có tích hợp thời gian thực Có thể mởrộng vào / ra số, vào / ra tương tự Dễ dàng kết nối tới các cấu hình phongphú phù hợp với nhiều ứng dụng

- CPU S7-200 của SIEMENS thuộc dòng Micro Programmable Logic

Controler, với đặc điểm:

+ Kích thước nhỏ - giá thành thiết bị giao diện như PC, HMI, Số lượng modul

đa dạng tạo nên các nhỏ - sức mạnh lớn

+ Đáp ứng được những ứng dụng điều khiển tự động từ cho các máy đơn lẻđến các dây chuyền sản xuất

+ Có thể hoạt động độc lập hay kết nối mạng trong một hệ thống lớn

+ Dễ dàng kết nối tới các thiết bị giao diện như PC, HMI

Số lượng modul đa dạng tạo nên các cấu hình phong phú phù hợp với nhiều ứngdụng

 Giao tiếp PLC với máy tính

Hình 3.4 Kết nối PLC với máy tính

22

Trang 23

- Các bước để PLC kết nối với máy tính :

B1: Kết nối cáp USB PPI giữa máy tính và S7 200

B2: Kiểm tra xem máy tính đã nhận driver cáp chưa: Chuột phải vào Computer (This PC)> Manage

B3: Trong cửa sổ Computer Management chọn Device Manager: Kiểm tra có cổng Port và SIMATIC NET là đã nhận driver

B4: Mở phần mềm lập trình V4.0 STEP 7 MicroWin SP9

B5: Chọn Communications,chọn Set PG/PC Interface

B6: Bạn kéo xuống chọn P.C/PPI cable(PPI), chọn tiếp Properties để kiểm tra cổng kết nối

B7: Chọn cổng kết nối tương tự như của sổ Device Manager trước đó

B8: Bấm OK > OK > OK đến khi hiện như hình bên dưới và bấm Double Click to Refesh để thử kết nối

-B9: Bạn chờ đợi quá trình Searching at 9.6 kbps

B10: Kết nối thành công!

Trang 24

3.3 Sơ đồ ghép nối dây

Hình 3.5 Sơ đồ ghép nối dây PLC

24

Trang 25

I0.2 Cả 2 xylanh cùng chạy

I0.3 Xylanh 2A1 đẩy

I0.4 Xylanh 1A1 đẩy

I0.5 Motor khoan chạy

- Cổng ra :

Q0.0 Motor khoan

Q0.1

Q0.2 Xylanh 2A1 thu

Q0.3 Xylanh 1A1 thu

Q0.4

Trang 26

Chương IV: Lập trình PLC

4.2 Giản đồ thang LAD

26

Trang 27

Trang 28

Hình 4.1 Giản đồ thang LAD

28

Trang 29

4.3 Ngôn ngữ STL, giải thích từng network

* Ngôn ngữ lập trình STL (Statement List)

- Là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh Để tạo ramột chương trình bằng STL, người lập trình cần phải hiểu rõ phương thức sử dụng

9 bit trong ngăn xếp (stack) logic của S7 200

Định dạng
Số trang	31
Dung lượng	0,99 MB