Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, 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 trước hết đó là năng suất sản xuất và chất lượng sản phẩm làm ra. Sự phát triển rất nhanh chóng của máy tính điện tử , công nghệ thông tin và những thành tựu của lý thuyết Điều khiển tự động đã làm cở sở và hỗ trợ cho sự phát triển tương xứng của lĩnh vực tự động hoá.
28 trang |
Chia sẻ: diunt88 | Lượt xem: 3140 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án điều khiển công nghệ khoan, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
trường đại học bách khoa hà nội
khoa năng lượng
bộ môn tự động hoá xncn
thiết kế môn học
điều khiển logic
đồ án môn học
Sinh viên : TRIệU TUYÊN HOàNG
Lớp : Tự động hoá 3 K43
Nhiệm vụ thiết kế
Thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan có sơ đồ như hình vẽ bằng phương pháp ma trận trạng thái với mạch động lực dùng thiết bị khí nén và mạch điều khiển dùng thiết bị điện.
Nội dung
Thiết kế sơ đồ nguyên lý.
Tính chọn thiết bị điều khiển.
Thiết kế sơ đồ lắp ráp.
Thuyết minh và bản vẽ
1 quyển thuyết minh.
2 bản vẽ kỹ thuật khổ A0 cho sơ đồ nguyên lý và lắp ráp.
cán bộ hướng dẫn
mục lục
nhiệm vụ thiết kế
02
mục lục
03
Tài liệu tham khảo
04
Lời nói đầu
05
Chương I: giới thiệu chung về công nghệ
1. sơ đồ công nghệ
06
2. nguyên lý hoạt động của sơ đồ công nghệ
06
Chương II: tổng hợp hàm điều khiển
1. tổng hợp hàm điều khiển bằng phương pháp hàm tác động
08
1.1 xác định các biến điều khiển
08
1.2 tổng hợp hàm điều khiển
09
2. sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống
11
2.1 các phần tử
11
2.2 sơ đồ nguyên lý
12
2.3 thuyết minh nguyên lý hoạt động của sơ đồ
13
Chương III: Tính chọn và thiết kế mạch lắp ráp
1. Chọn các thiết bị
14
1. chọn các phần tử logic
14
2. chọn công tắc
15
3. Chọn Van phân phối
16
4. Chọn thiết bị chấp hành
17
5. chọn nút ấn
17
2. SƠ Đồ LắP RáP
1. Lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị
17
2. Sơ đồ lắp ráp của mạch điều khiển hệ thống
18
Mở đầu
Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, 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 trước hết đó là năng suất sản xuất và chất lượng sản phẩm làm ra. Sự phát triển rất nhanh chóng của máy tính điện tử , công nghệ thông tin và những thành tựu của lý thuyết Điều khiển tự động đã làm cở 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 nhữnh 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 thước chiều sâu định trước. Trong công việc thiết kế, tự động hoá điều khiển được thể hiện qua hai quá trình sau:
- Tự động hoá điều khiển công việc đưa vật thể vào vị trí định trước (xác định vị trí lỗ khoan).
- Tự động hoá đưa mũi khoan vào khoan vật thể sau đó quay về vị trí cũ đễ đảm bảo cho quy trình tiếp theo.
Chất lượng mũi khoan và năng suất làm việc phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ điều khiển. 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 GRAPCET. 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.
Sinh viên .
Chương I : Giới thiệu công nghệ
Công nghệ : Khoan một lỗ hai giai đoạn
Máy khoan được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy cơ khí. Bên cạnh các máy móc cơ khí khác như các máy tiện, máy doa, máy bào giường, bào xọc ... dần dần được tự động hóa theo một dây chuyền ngày càng hiện đại. Các máy khoan cũng được tự động hoá theo dây chuyền nhằm nâng cao năng suất và giảm sự nặng nhọc cho người công nhân.
Trong đó công nghệ khoan một lỗ hai giai đoạn cũng được sử dụng trong các nhà máy cơ khí, nhà máy sửa chữa và chế tạo máy.
Trong môi trường làm việc nặng nhọc công nghệ yêu cầu :
Khoan làm việc ổn định, chắc chắn.
Tần số làm việc lớn.
Chương II : Thiết kế
Theo phương pHáp Grapcet
1. Grapcet - công cụ để mô tả mạch trình tự trong công nghiệp
Trong dây chuyền sản xuất công nghiệp, các thiết bị máy móc thường hoạt động theo một trình tự lôgic chặt chẽ nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, an toàn cho người và thiết bị. Cấu trúc làm việc trình tự của dây chuyền đã đưa ra yêu cầu cho điều khiển là điều khiển sự hoạt động chặt chẽ thống nhất của dây chuyền đồng thời cũng gợi ý cho ta sự phân nhóm lôgic của automat trình tự bởi các tập hợp con của máy móc và các thuật toán. Ta có sơ đồ khối :
Quá trình công nghệ có thể bao gồm :
Hoàn toàn tự động
Bán tự động
Hoàn toàn bằng tay
Khi thiết kế hệ thống phải tính toán đến các phương thức làm việc khác nhau để đảm bảo an toàn và xử lí kịp thời các hư hỏng trong hệ thống. Phải luôn có phương án can thiệp trực tiếp của người vân hành đến việc dừng máy khẩn cấp ... Grapcep là công cụ rất hữu ích để thiết kế và thực hiện đầy đủ các yêu cầu của công nghệ tự động hoá các quá trình công nghệ kể trên.
2.Phương pháp Grapcet
Yêu cầu công nghệ :
a, b, c, d là các công tắc hành trình cảm nhận vị trí của lưỡi khoan.
Hoạt động :
Khoan đi xuống với vận tốc v1 gặp ‘b’ (gặp vật liệu) giảm tốc độ khoan với vận tốc v2. Xuống gặp ‘c’ lưỡi khoan nhấc lên tháo phoi chuẩn bị cho giai đoạn khoan thứ hai.
Đi lên với vận tốc V1 gặp ‘a’ khoan đảo chiều đi xuống với vận tốc V1 bắt đầu giai đoạn hai. Đi xuống gặp ‘c’ (gặp phôi) bắt đầu khoan xuống với vận tốc V2 . Gặp ‘d’ khoan hết một lỗ khoan được nhấc lên với vận tốc V1 . Đi lên gặp ‘a’ thì dừng lại kết thúc quá trình khoan.
3.Tín hiệu vào, trạng thái ra
Tín hiệu vào :
Các cảm biến vị trí a, b, c, d
Tín hiệu ra :
X : trạng thái đi xuống
L : trạng thái đi lên
V1 : chạy xuống với vận tốc v1
V2 : chạy xuống với vận tốc v2
4.Thành lập Grapcet 1
-Xác lập trạng thái ban đầu
-Trạng thái ban đầu
-Đã ở trạng thái ban đầu
-Đi xuống với vận tốc v1
-Đã đi xuống với vân tốc v1
-Đi xuống với vận tốc v2
-Đã đi xuống với vận tốc v2
-Đi lên với vận tốc v1
-Đã đi lên với vận tốc v1
*Nhận xét :
Nếu Grapcet chỉ có vậy khoan sẽ đi xuống găp b giảm tốc, gặp c đi lên, gặp a lặp lại quá trình trên mà không khoan 2 giai đoạn.
Vì vậy, phải thêm 1 biến phụ nhận biết cho phép :
. gặp b lần thứ nhất đi xuống với vận tốc v2 nhưng gặp b lần thứ hai vẫn duy trì vận tốc cũ.
. đồng thời gặp c lần thứ nhất đi lên nhưng cấm đi lên lần thứ hai mà gặp c đi xuống với vận tốc v2. Chỉ khi gặp d mới đi lên.
Gọi biến P gặp c hàm đóng và gặp d thì cắt.
Từ những điều trên Grapcet 2 có thể thành lập như sau
5.Thành lập Grapcet 2
Ta rút ra được hàm đóng cắt như sau :
So+ = g + L.a
So- = X.v1
X+ = m.a.So + a.L.P
X- = L.v1
V1+ = m.a.So + (c+d).X.v2 + a.L.P
V1- = v2
V2+ = c.v1 + b.v1.P
V2- = L.v1
L+ = (c+d).X.v2
L- = So + X.v1
P+ = c
P- = d
“ + “ : hàm đóng
“ – “ : hàm cắt
Grapcet sử dụng các phần tử nhớ thực hiện công nghệ trên. Nhưng yêu cầu bài toán sử dụng phần tử tiếp điểm nên :
Viết hàm đóng có tiếp điểm tự duy trì để nhớ
Viết hàm cắt
Ta có sơ đồ mạch điều khiển trang sau
6.Nguyên lí hoạt động sơ đồ như sau :
Khi có tín hiệu sẵn sàng của So tự duy trì theo đường 1-So-5-4-2 Tiếp điểm So98, So12 15 đóng lại sẵn sàng làm việc.
Tại vị trí ban đầu a ấn nút mở máy m rơle trung gian X có điện và tự duy trì bởi tiếp điểm X1-8, X5-4 lúc này mở ra.
Đồng thời khi đó rơle V1 có điện và tự duy trì bởi tiếp điểm V1 1-12 tiếp điểm V1 5-4 mở ra làm mất điện So.
Khoan chạy xuống với vận tốc v1.
Gặp b tiếp điểm V1 20-22 đang đóng nên V2 có điện và tự duy trì bởi V2 1-16 V2 có điện đồng thời tiếp điểm V2 12-10 mở ra cắt điện V1. Các rơle khác không bị ảnh hưởng.
Khoan lúc này giảm tốc độ xuống vận tốc v2 (bắt đầu quá trình khoan giai đoạn một)
Gặp c rơle P có điện và tự duy trì bởi tiếp điểm P1-29 tiếp điểm P20-16 mở ra đồng thời P23-12 đóng lại sẵn sàng.
Cùng lúc đó bởi các tiếp diểm V2 25-27, X2 17-28 đang đóng nên rơle L có điện tự duy trì bởi L1-28.
Tiếp điểm X17-19, V2 19-12 đóng nên rơle V1 cũng có điện. Chúng cắt V2 và X do vậy khoan chạy lên với vận tốc v1.
Gặp b không chuyện gì xảy ra P20-16 đã mở .
Gặp a vì các tiếp điểm L11’-11, P11-8 đang duy trì nên rơle X có điện và duy trì bởi X1-8. Đồng thời V1 có điện và cắt L
Khoan lại chạy xuống với vận tốc v1 (bắt đầu chu trình thứ hai)
Gặp b do P20-16 đã mở cho nên rơle V2 không thể có điện
Khoan tiếp tục chạy xuống với vận tốc v1.
Đến khi gặp c do V2 25-27 đang mở nên rơle L không có điện
Vì V1 18-16 đang có điện nên V2 có điện và tự duy trì bởi V2 1-16. Có V2 thì V1 bị cắt bởi V210-12.
Khoan tiếp tục chạy xuống với vận tốc mới v2.
Gặp d do V2 25-27, X27-28 đang đóng nên rơle L có điện.
Tương tự rơle V1 có điện.
V1, L có điện các tiếp điểm thường đóng của nó mở ra do đó cắt điện X, V1
Đồng thời gặp d nên P mất điện.
Khoan chạy lên với vận tốc v1
Gặp a rơle So có điện và tự duy trì các tiếp điểm của nó đóng lại ở trạng thái sẵn sàng đợi lệnh mới.
Kết thúc quá trình khoan một lỗ hai giai đoạn
Chương III : Sơ dồ mạch lực – Lựa chọn thiết bị
Mạch lực
Công suất động cơ 2KW
Điện áp định mức 220V
Động cơ một chiều kích từ độc lập.
Dòng điện định mức :
Iđm = Pđm/Uđm = 2.103/220 =9,1 A
Đối với động cơ công suất nhỏ thế này có thể sử dụng phương pháp mở máy trực tiếp không cần qua ddiện trở hàn chế.
Đối với mạch bảo vệ ta có thể chọn phương án bảop vệ cầu chì đơn giản và rẻ tiền.
Khi đảo chiều thực hiện hãm ngược bằng tất cả các điện trở tham gia trong mạch phần ứng theo nguyên tắc dòng điện bởi rơle dòng điện cực đại RH.
Sơ đồ nguyên lí mạch lực , mạch lực như hình bên :
Lựa chọn thiết bị
Phần tử chấp hành
Dòng điện định mức Iđm = 9,1 A
Khi mở máy dòng điện Imm < 2,5. Iđm . Dòng cực đại khi mở máy là :
Imm = 2,5.Iđm =2,5 . 9,1 =22,7 (A)
Ta có thể chọn công tắc tơ có các thông số thoả mãn
Loại
Dòng điện
Số lượng tiếp điểm
Uđm
CS cuộn dây
Kích thước
Iđm
Imax
Thường mở
Thường đóng
K(1-0021
15
60
2
220
10
200x128
Chọn 4 công tắc tơ như trên cho các công tắc tơ X, L, V1, V2.
Từ công suất cuộn hút có thể tính được dòng qua cuộn hút :
Ih = P/U =10/220 = 0,05 (A)
Phần tử điều khiển
Từ dòng cuộn hút ta có thể chọn được các rơle trung gian có tiếp điểm thoả mãn.
Chọn rơle trung gian :
Loại
Dòng điện
Số lượng tiếp điểm
Uđm
CS cuộn hút
Kích thước
Thường mở
Thường đóng
RH101
5
4
4
220
2
92x128
Các thiết bị bảo vệ
Bảo vệ bằng cầu chì ta chọn cầu chì :
Động lực
Điều khiển
Mạch động lực
Kiểu cầu chì
Dòng đm dây chảy
Dòng cắt giới hạn
Điện áp định mức
Kích thước chung
A
B
C
H ( H
15
8000
220
91
16
25
Cầu chì kiểu ống nên khi đứt rất an toàn.
Mạch điều khiển
Kiểu cầu chì
Dòng đm dây chảy
Dòng cắt giới hạn
Điện áp định mức
Kích thước chung
A
B
C
H ( H
6
1200
220
91
16
25
Chọn rơle dòng điện cực đại
Bảng đấu dây có thể lập như sau :
STT
Tên thiết bị
Điểm nối
1
Đầu nối động lực
ĐL
1 – 1RH
1 –
2 – X1
2 –
3 – X2
3 –
4 – L1
4 –
5 – L2
5 –
6 – V1
6 –
7 – V2
7 –
8 – N+
8 –
9 – N-
9 –
STT
Tên thiết bị
Điểm nối
2
Đầu nối điều khiển
ĐK
1 – A
1 – 1So
2 – A
3 – B
3 – 1ĐK
4 – B
4 –
5 – C
5 – 3ĐK
6 – C
6 –
7 – D
7 – 5ĐK
8 – D
8 –
9 – m
9 –
10 – m
10 –
11 – D
11 –
12 – D
12 – 6ĐK
13 – g
13 –
14 – g
14 –
STT
Tên thiết bị
Điểm nối
3
Cầu dao
CD
1 – N+
1’ –
2 –
2’ –
4
Cầu chì động lực
1CC
1 – 1’CD
1’ –
5
Cầu chì điều khiển
2CC
1 – 2’CD
1’ –
6
Rơle hãm
RH
1 –
1’ – 1’.1CC
2 –
2’ –
7
Rơle trung gian
So
1 – 1’-2CC
2 – 2’.CD
4 – 4.X
STT
Tên thiết bị
Điểm nối
7
Rơle trung gian
So
5 – 10ĐK
8 – 8X
9 – 9ĐK
15 – 9So
26 –
8
Rơle trung gian
X
1 – 2ĐK
2 – 2So
5 – 5So
6 – 6L
8 – 8L
17 – 5ĐK
26 – 26So
27 – 27V2
28 – 28P
9
Rơle trung gian
V1
1 – 1So
2 – 1X
6 – 6L
8 – 8X
10 – 10V2
STT
Tên thiết bị
Điểm nối
9
Rơle trung gian
V1
12 – 12So
16 –16L
18 – 6ĐK
20 – 20P
22 – 4ĐK
24 – 24X
26 – 26X
10
Rơle trung gian
V2
1 – 1ĐK
2 – 2V1
12 – 12So
12 – 12V2
14 – 14L
16 – 16V1
19 – 19X
25 – 8ĐK
11
Rơle trung gian
L
1 – 1V2
2 – 2V2
3 – 11L
5 – 10ĐK
STT
Tên thiết bị
Điểm nối
11
Rơle trung gian
L
11 – 11P
11’ – 21L
16 – 16P
21 – 2ĐK
23 – 23P
24 – 24X
28 – 28So
12
Nút ấn
g
1 – 13ĐK
2 – 14ĐK
13
Nút mở máy
m
7 – 9ĐK
9 –
14
Công tắc tơ
X
2 – 2P
32 – 32X
15
Công tắc tơ
V1
2 – 2P
34 – 34V1
16
Công tắc tơ
V2
2 – 2X
36 – 36V2
17
Công tắc tơ
L
2 – V2
38 – 38L
Tài liệu tham khảo
PGS - TS Nguyễn Trọng Thuần - Điều khiển logic và ứng dụng
Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2000.
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.
Nguyễn Xuân Phú, Tô Đằng - Sử dụng và sửa chữa khí cụ điện hạ áp
Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1998.
Các CD-ROM catalogue tra cứu thiết bị khí nén và điện của các hãng
OMRON, FESTO, MITSUBISHI.
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.
Lewin, D. - Logical design of switching circuits
Nhà xuất bản MacMillan, 1986.