Đồ án môn học điều khiển logic- Thiết kế hệ thống điều khiển cho công nghệ ở hình vẽ

. Nhiệm vụ: Thiết kế hệ thống điều khiển cho công nghệ ở hình vẽ dưới đây: 2. Nội dung: - Thiết kế sơ đồ nguyên lí - Tính chọn thiết bị điều khiển - Thiết kế sơ đồ lắp ráp 3. Thuyết minh và bản vẽ - Một quyển thuyết minh - Hai bản vẽ A0 cho sơ đồ nguyên lí và sơ đồ lắp ráp Phương pháp thiết kế: Hàm tác động Phương án mạch lực, điều khiển: Khí nén CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Phan Cung 1 Sinh viên: Nguyễn Tùng Lâm Đồ án môn: Điều Khiển Logic Lớp TĐH3 – K51 GV Hướng dẫn: Phan Cung MỤC LỤC Nhiệm vụ thiết kế 01 Mục lục 02 Tài liệu tham khảo 04 Lời mở đầu 05 Chương I: Giới thiệu chung về công nghệ I. Sở đồ công nghệ 06 II. Nguyên lý hoạt động 06 Chương II: Tổng hợp hàm điều khiển I. Tổng hợp hàm bằng phương pháp hàm tác động 09 1. Xác định các biến điều khiển 09 2. Tổng hợp hàm điều khiển 09 3. Xác định các hàm điều khiển của các biến 09 II. Xây dựng sơ đồ nguyên lý và thuyết minh hoạt động 12 1. Sơ đồ nguyên lý 12 2. Thuyết minh nguyên lý hoạt động 12 Chương III: Tính chọn thiết bị và thiết kế mạch lăp ráp I. Tổng quan về hệ truyền động khí nén 14 1. Cấu trúc của hệ thống truyền động khí nén 14 2. Các ưu nhược điểm 14 3. Các đặc tính kỹ thuật của xilanh 15 4. Cơ cấu chấp hành 15 II. Chọn các thiết bị khí nén 16

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỀU KHIỂN LOGIC

Sinh viên : Nguyễn Tùng Lâm

1. Nhiệm vụ: Thiết kế hệ thống điều khiển cho công nghệ ở hình vẽ dưới đây:

2. Nội dung:

- Thiết kế sơ đồ nguyên lí

- Tính chọn thiết bị điều khiển

- Thiết kế sơ đồ lắp ráp

3 Thuyết minh và bản vẽ

- Một quyển thuyết minh

- Hai bản vẽ A0 cho sơ đồ nguyên lí và sơ đồ lắp ráp

Phương pháp thiết kế: Hàm tác động

Phương án mạch lực, điều khiển: Khí nén

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Phan Cung

Chương II: Tổng hợp hàm điều khiển

I Tổng hợp hàm bằng phương pháp hàm tác động 09

3 Xác định các hàm điều khiển của các biến 09

II Xây dựng sơ đồ nguyên lý và thuyết minh hoạt động 12

Chương III: Tính chọn thiết bị và thiết kế mạch lăp ráp

1 Cấu trúc của hệ thống truyền động khí nén 14

TÀI LIỆU THAM KHẢO

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

Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2000

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

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

3. Nguyễn Xuân Phú, Tô Đằng - Sử dụng và sửa chữa khí cụ điện hạ áp

4 Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1998

5 Các CD-ROM catalogue tra cứu thiết bị khí nén và điện của các hãng

OMRON, FESTO, MITSUBISHI.

6. Bản dịch: Cẩm nang Kỹ thuật điện Tự động hoá và Tin học Công nghiệp

Người dịch: PGS - TS Lê Văn Doanh

Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1999

7. Lewin, D - Logical design of switching circuits

Nhà suất bản MacMillan, 1986

sở và hỗ trợ cho sự phát triển tương xứng của lĩnh vực tự động hoá.

Ở nước ta mặc dầu là một nước chậm phát triển, nhưng những năm gần đây cùng với những đòi hỏi của sản xuất cũng như 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 bước phát triển mới tạo ra sản phẩm có hàm lượng 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 từng ngõ nghách, vào trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản phẩm Một trong những hoạt động không thể thiếu của một nhà máy công nghiệp hiện đại là hệ thống tự động đóng dấu sản phẩm đem lại hiệu quả kinh tế cao trong hoạt động sản

xuất Vì vậy mà em đã lựa chọn làm đồ án “Thiết kế hệ thống tự động đóng dấu sản phẩm”

Quá trình làm việc được thực hiện theo một trật tự logic, theo trình tự thời gian xác định do đó để điều khiển được công nghệ ta phải tổng hợp được hàm điều khiển cho hệ thống Có rất nhiều phương pháp để tổng hợp hàm điều khiển nhưng ở

đây ta sử dụng phương pháp Hàm tác động So với các phương pháp khác thì

phương pháp hàm tác động có ưu điểm đơn giản và đảm bảo sự chính xác về tuần

tự thực hiện quá trình

Qua một thời gian thực hiện cùng với sự nỗ lực của bản thân cũng như sự chỉ

bảo nhiệt tình của thầy Phan Cung em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn Tuy

nhiên với một lĩnh vực tương đối khó và đòi hỏi độ chính xác cao mà chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn chắc chắn báo cáo này còn nhiều điều thiếu sót, em mong rằng tiếp tục nhận được ý kiến đóng góp của thầy giáo để đồ án được hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày 11 tháng 01 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Tùng Lâm

- Cơ cấu A: là pittong thực hiện việc đẩy sản phẩm vào vị trí đóng dấu

- Cơ cấu B: là pittong thực hiện việc đóng dấu lên bề mặt sản phẩm

- Cơ cấu C: là pittong thực viện việc đưa sản phẩm ra khỏi giá đỡ để tiếp tục đóng dấu cho sản phẩm tiếp theo

Từ sơ đồ công nghệ đã cho ta tổng hợp được sơ đồ điều khiển như sau:

Máy đóng dấu dung để đóng dấu sản phẩm trước khi xuất xưởng Khi sản phẩm rơi xuống giá đỡ Quá trình đóng dấu sản phẩm sẽ được bắt đầu:

Pittong A được đặt thẳng tâm theo chiều dọc của giá đỡ và vuông góc với sản phẩm cần được đóng dấu Cơ cấu dịch chuyển A tiếp xúc với tiếp điểm a1 làm cho pittong

A chuyển động sang phải ( A+được thực hiện ) để đấy sản phẩm vào vị trí vuông góc với con dấu gắn trên đầu pittong B, đồng thời kẹp giữ chặt sản phẩm

Lúc đó thì a1 phát ra tín hiệu làm cho pittong B bắt đầu dịch chuyển và đóng dấu vào sản phẩm Sau khi đóng dấu song pittong B tác động vào tiếp điểm b1

thông báo quá trình đóng dẫu đã xong và tiến hành đưa pittong B đi lên (B-) Rồi tiếp đến pittong A chuyển động trở về trạng thái ban đầu

Khi pittong A dừng lại tiếp xúc với tiếp điểm a0 làm cho pittong C thực hiện hành trình đẩy sản phẩm ra khỏi giá đỡ (C+) rồi trở về theo chiều ngược lại kết thúc quá trình đóng dấu sản phẩm Quá trình cứ lặp đi lặp lại như thế để đóng dấu sản phẩm tiếp theo cho đến khi ta điều khiển dừng máy

CHƯƠNG II

TỔNG HỢP HÀM ĐIỀU KHIỂN

Khi tiến hành tổng hợp một hệ điều khiển theo quy trình công nghệ đã

cho(có thể bằng lời nói, chử viết, đồ thị công nghệ ) người ta biểu diễn sự hoạt động của công nghệ theo đúng tuần tự thời gian tác động của các biến vào và ảnh hưởng của nó tới các biến ra để từ đó đưa ra một quy luật điều khiển cho hệ thống.

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

Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp ma trận trạng thái

Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp hàm tác động

Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp phân tầng

Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp Grafcet

Một mạch điều khiển được tổng hợp phải đáp ứng các chỉ tiêu sau:

+ Thực hiện đúng quy trình và tiến trình công nghệ đã được đặt ra.+ Có độ tin cậy điều khiển cao

+ Đảm bảo gọn nhẹ, đơn giản và thuận tiện cho việc vận hành

+ Có tính kinh tế và đáp ứng về mặt mỹ thuật

Theo nhiệm vụ thiết kế, để tổng hợp mạch điều khiển ở đây ta sử dụng

phương pháp Hàm tác động

Nội dung cơ bản của phương pháp này là:

 Biểu diễn những ảnh hưởng của các tác động (các biến vào) đối với từng trạng thái của hệ (các biến ra) theo một trình tự thời gian của quá trình công nghệ

 Phân ra chu kỳ làm việc của các biến ra sau đó xác định hàm điều khiển cho các biến ra và trong qúa trình thực hiện phải kiểm tra tính đúng đắn của

hàm.Hàm điều khiển bao gồm:

- Hàm đóng, fđ() là tổ hợp của các biến vào cho một biến ra nào đó hoạt động Điều kiện là hàm đóng không được đổi trị trong suốt thời gian làm việc của biến ra đó

- Hàm cắt, fc() là tổ hợp các biến vào cho một biến ra nào đó nghỉ việc Điều kiện hàm cắt không được đổi trị trong suốt thời gian nghỉ việc của biến đó

Nếu như khi tổng hợp, hàm đóng và hàm cắt không thoả mãn điều kiện trên thì phải thêm biến phụ.

Sau khi đã tổng hợp được hàm điều khiển đóng và hàm điều khiển cắt ta thiết lập được hàm điều khiển cho biến ra đó như sau:

I TÔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀM TÁC ĐỘNG

1 Xác định các biến điều khiển.

Ta chọn các biến điều khiển cho hệ như sau:

- Các biến vào là: a0, a1, b0, b1, c0, c1

- Các biến ra là: A+, A-, B+, B- C+, C

- Biến ra A+ điều khiển nguyên công sang phải của pitton A

- Biến ra A- điều khiển nguyên công sang trái của pitton A

- Biến ra B+ điều khiển nguyên công đi xuống của pittong B

- Biến ra B- điều khiển nguyên công đi lên của pittong B

- Biến ra C+ điều khiển nguyên công đi vào của pittong C

- Biến ra C- điều khiển nguyên công đi ra của pittong C

Tuy nhiên trong qua trình tổng hợp để đảm bảo hệ thực hiện đúng chu trình thì ta phải thêm các biến phụ khác

2 Tổng hợp hàm điều khiển.

Căn cứ vào quá trình công nghệ đã chỉ ra ở trên và các biến đã chọn trên sơ

đồ, ta viết được hàm tác động như sau:

F=

− + +

−

−

−

− + +

+ +

− + + − + + − + + − + + − + + − +

3 Xác định hàm điều khiển của các biến.

a, Xác định hàm điều khiển biến A+

n 1

d

f

duy trì trạng thái trước đó nên c0 không bị mất trong giai đoạn đóng, do đó hàm đóng thỏa mãn.

Kiểm tra giai đoạn cắt: Ta nhận thấy hàm cắt hoàn toàn thoả mãn vì khi tín hiệu a1 tác động thì quá trình của A+ cũng mất luôn

Hàm điều khiển của A+:

Kiểm tra giai đoạn cắt: Ta nhận thấy hàm cắt cũng thoả mãn bởi vì khi có tín hiệu b1 thì hàm cắt tác động luôn và quá trình làm việc của B+ dừng lại

Hàm điều khiển của B+:

Kiểm tra giai đoạn cắt: Ta nhận thấy hàm cắt cũng thoả mãn bởi vì khi có tín hiệu c1 thì hàm cắt tác động luôn và quá trình làm việc của C+ dừng lại

Hàm điều khiển của C+ :

duy trì trạng thái trước đó nên c1 không bị mất trong giai đoạn đóng, do đó hàm đóng thỏa mãn.

Kiểm tra giai đoạn cắt: Ta nhận thấy hàm cắt cũng thoả mãn bởi vì khi có tín hiệu c0 thì hàm cắt tác động luôn và quá trình làm việc của C- dừng lại

Kiểm tra giai đoạn cắt: Ta nhận thấy hàm cắt cũng thoả mãn bởi vì khi có tín hiệu b0 thì hàm cắt tác động luôn và quá trình làm việc của B- dừng lại

Hàm điều khiển của B-:

Kiểm tra giai đoạn cắt: Ta nhận thấy hàm cắt cũng thoả mãn bởi vì khi có tín hiệu a0 thì hàm cắt tác động luôn và quá trình làm việc của A- dừng lại

Hàm điều khiển của A - :

fđk(A-) = b0b−

0

a

g, Hiệu chỉnh hàm điều khiển:

Ta nhận thấy khi nguyên công A+ thực hiện xong, ta cần phải phân biệt 2 trạng thái: đẩy xuống ( B+ thực hiện ) và sang trái (A- thực hiện) Tương tự ta cũng cần phân biệt 2 trạng thái khi nguyên công A- ( sang trái ) thực hiện xong Đó là 2

trạng thái: đẩy vào ( C+ thực hiện ) và đẩy sang phải ( A+ thực hiện ) Do đó ta cần

2 biến phụ X, Y để phân biệt các trạng thái này

Biến X phải hoạt động khi nguyên công B- thực hiện ( đẩy lên ) và kết thúc khi nguyên công A- làm việc xong ( đẩy sang trái ) Biến phụ X sẽ làm phân biệt 2 trạng thái B- và A-

Do đó hàm điều khiển của X là:

h, Thiết kế khâu mở máy và dừng máy

Như ta đã biết việc điều khiển một chu trình công nghệ ngoài việc điều khiển

các piton chuyển động theo đúng chu trình công nghệ thì ta còn phải thiết kế khâu

mở máy và dừng máy Ta sử dụng các nút ấn M và D để điều khiển công việc này Tại thời điểm ban đầu chỉ có piton A thực hiện chuyển động A+ Nên sau khi ấn nút

M thì trạng thái cuả A+ sẽ chuyển lên 1

Nút ấn D thực hiện cấp nguồn và ngắt nguồn khí nén của toàn bộ hệ thống

II XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ THUYẾT MINH HOẠT ĐỘNG

1 Xây dựng sơ đồ nguyên lý

Dựa theo hàm điều khiển được xây dựng ở phần trên ta đi vẽ sơ đồ nguyên lý

2 Thuyết minh nguyên lý hoạt động

CHƯƠNG III:

TÍNH CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ MẠCH LẮP RÁP

I TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN.

1 Cấu trúc của hệ thống truyền động khí nén

Các thành phần trong hệ truyền động khí nén dù đơn giản hay phức tạp đều

- Nhóm các phần tử xử lý: van điều khiển hướng, phần tử logic

- Nhóm các phần tử điều khiển sau cùng và phần tử tác động

Các phần tử trong hệ thống được biểu diễn bằng các ký hiệu, các ký hiệu này thể hiện chức năng của phần tử Sự kết hợp các phần tử khí nén theo logic sẽ thực hiện các chức năng điều khiển theo yêu cầu, tương ứng là sự kết hợp các ký hiệu của các phần tử sẽ tạo nên sơ đồ mạch của hệ thống

2 Các ưu nhược điểm của hệ thống truyền động khí nén:

*) Ưu điểm:

- Không khí có sẵn trong tự nhiên và không giới hạn về số lượng

- Không khí có thể truyền tải dễ dàng trong các đường ống ngay cả khi khoảng cách truyền tải lớn

- Không khí nén có thể lưu trữ được trong bình chứa và lấy ra sử dụng khi cần thiết vì vậy máy nén không cần làm việc liên tục Ngoài ra bình chứa có thể

di chuyển đến nhiều nơi khi có yêu cầu

- Không khí nén tương đối nhạy cảm với sự dao động của nhiệt độ Điều này làm cho sự hoạt động của hệ thống trở nên đáng tin cậy mặc dù ở những điều kiện làm việc khắc nghiệt

- Không khí nén không bôi trơn là không khí sạch, vì vậy không khí nén khôngbôi trơn nếu bị rò rỉ ở các bộ phận hoặc đường ống sẽ không gây ô nhiễm Điều này rất quan trọng đối với hệ thống khí nén dùng trong các thiết

bị chế biến thực phẩm, các thiết bị y tế

- Không khí nén là phương tiện làm việc với đáp ứng rất nhanh nên tốc độ làm việc của thiết bị khí nén rất cao

- Các thiết bị và các dụng cụ vận hành bằng khí nén khi quá trình có thể ngừng quay nhưng vẫn không xảy ra hư hỏng

*) Nhược điểm:

- Không khí nén cần phải được xử lý tốt, nếu không sẽ bị bụi vào các chất ngưng tụ trong không khí nén

- Tốc độ của pitton trong xi lanh khí nén không phải luôn là hằng số

- Hệ thống khí nén chỉ có tính kinh tế khi làm việc ở hệ thống yêu cầu lực xác định Lực tác động của các phần tử tác động phụ thuộc rất lớn vào áp suất cũng như hành trình và tốc độ của pittong

- Không khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn Tuy nhiên ngày nay vấn đề này được giải quyết 1 cách dễ dàng nhờ các bộ giảm âm làm việc hiệu qủa

- Phương tiện truyền tải không khí nén có gía thành tương đối cao Điều này được bù trừ với giá thiết bị khí nén khác rẻ và đặc tính kỹ thuật cao

3 Các đặc tính kỹ thuật của xilanh

- Lực tác động của pitton: Lực tác động của pittong phụ thuộc vào các yếu tố:

áp suất, không khí, đường kính xi lanh và sự ma sát của các bộ phận Về mặt

lý thuyết lực pittong được tính gần đúng:

Fth = ApTrong đó: Fth: lực pittong (N)

A: diện tích tác dụng của pittong (m2)P: áp suất hoạt động (pa)

- Chiều dài của hành trình: chiều dài của hành trình xilanh khí nén loại có thanh pittong không quá 2m, loại pittong<10m

- Nếu hành trình vượt qúa giới hạn thì sự xung đột cơ khí trên thanh pittong và phần đầu ổ trục lớn Để tránh hư hỏng vì mất ổn định do sự uốn dọc Khi hành trình lớn có thể dùng thanh pittong có điều kiện lớn hơn

- Tốc độ pittong: tốc độ pittong của các xi lanh khí nén phụ thuộc tải, áp suất khí nén và chiều dài đường ống Diện tích mặt cắt ngang giữa phần tử điều khiển sau cùng và phần tử làm việc

4 Cơ cấu chấp hành:

Bộ phận dẫn động là thiết kế ở đầu ra dùng để chuyển đổi nguồn năng lượng khí nén cung cấp thành cơ năng Tín hiệu ra được điều khiển bởi hệ thống điều khiển và các bộ phận dẫn động sẽ đáp ứng theo tín hiệu điều khiển thông qua các phần tử điều khiển sau cùng

Các bộ phận dẫn động khí nén chia thành 2 nhóm dựa theo cách chuyển động của chúng: nhóm chuyển động thẳng và chuyển động quay

- Nhóm chuyển động thẳng: + Xilanh tác dụng đơn

Đường kính thân: từ 20mm đến 40mm Hành trình : Từ 25mm đến 300mm Kiểu làm việc; 2 đầu đẩy

Môi trường làm việc : Khí nén

Áp lực làm việc Max; 10 Bar

Áp lực làm việc Min; 1 Bar Nhiệt độ: -10oC + 60oC

Tốc độ hoạt đông của piston mm/s: 50 đến 500

Lỗ khí ; Rc 1/8’’

2 Chọn van phân phối

Theo yêu cầu công nghệ, ta phải chọn van phân phối có điều khiển khí nén Ở đây

ta chọn loại van phân phối có thể điều khiển được bằng cả khí nén hoặc bằng điện Van phân phối mang mã số : G-2849-16566

Nguyên tắc khởi động / reset : pneumatic

Dải áp suất làm việc : 2÷10bar

Dải nhiệt độ xung quanh cho phép : -10÷60oC

Lưu lượng khí danh định : 500l/min

Thời gian tác động : 40ms

3 Chọn nút ấn

Trong sơ đồ ta sử dụng 2 nút ấn Một nút ấn M để điều khiển quá trình khởi động và nút ấn D để đóng nguồn cấp khí nén cho mạch

Trong sơ đồ nguyên lý điều khiển sử dụng nút ấn M tự phục hồi để khởi động

Ta chọn nút ấn loại: 81715512-3 của hãng Crouzet Với hình dạng và các thông số

kỹ thuật như sau :

Kich thước : Rộng 38mm, Cao 51,5mm

Áp suất hoạt động : 2-8bar

Chọn cảm biến vị trí loại 81290001-N/O Detetor.

Hãng sản xuất : Crouzet Có giao diện và các thông số kỹ thuật sau: