Thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan có sơ đồ như hình vẽ bằng phương pháp Grafcet với mạch động lực dùng thiết bị khí nén và mạch điều khiển dùng thiết bị điện

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 : Trần Vương Lớp : Tự động hoá 2 - K44 Nhiệm vụ thiết kế Thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan có sơ đồ như hình vẽ bằng phương pháp Grafcet 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 Phan Cung 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. 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 Grafcet. So với các phương pháp khác thì phương pháp Grafcet 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 giáo 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 17 tháng 06 năm 2003 Sinh viên thực hiện: Trần Vương Chương 1: giới thiệu chung về công nghệ I. Sơ đồ công nghệ: Ta có sơ đồ công nghệ sau: Trong đó: +) Cơ cấu A là pitton thực hiện đưa vật cần khoan vào vị trí .Bộ phận để nhận biết tín hiệu khi cơ cấu A đi về hai đầu của hành trình là cảm biến áp suất a1 và công tắc a0. +) Cảm biến áp suất là thiết bị nhận biết áp suất và cho ra tín hiệu điều khiển khi áp suất trong nó đặt đến một giá trị đặt cho trước. +) Công tắc hành trình a0 cho tín hiệu điều khiển khi pitton A chuyển động và tác dụng lên vấu của nó. +) Cơ cấu B bao gồm hệ thống chuyển động của mũi khoan thực hiện đưa mũi khoan đi lên, đi xuống để khoan vật C và được điều khiển bởi hai công tắc ở hai đầu hành trình chuyển động của mũi khoan II. Nguyên lý hoạt động cơ bản của sơ đồ công nghệ Từ công nghệ đã cho, ta tổng hợp được sơ đồ điều khiển như sau: ở trạng thái ban đầu cơ cấu khoan B đang giữ chặt tiếp điểm b0, cơ cấu dịch chuyển A (là một pitton) tiếp xúc với tiếp điểm a0 làm cho pitton A chuyển đông sang phải (nguyên công A+ được thực hiện) đến kẹp chặt vật cần khoan C, khi C được giữ ở vị trí cố định thì cũng đúng lúc đó bộ phận cảm biến áp suất a1 cho tín hiệu. Tín hiệu náy có nhiệm vụ: +) Tác động lên cơ cấu B làm cho mũi khoan thực hiện nguyên công đi xuống (B+ thực hiện) . +) Tác động lên động cơ làm cho động cơ được mở máy theo chiều thuận Vật C được khoan cho đến khi lỗ khoan đạt tiêu chuẩn thì cơ cấu B tác động lên tiếp điểm b1.Tín hiệu từ b1 có hai nhiệm vụ: +) Thông báo quá trình đi xuống kết thúc và tiến hành đưa cơ cấu đi lên(thực hiện B-). +) Khởi động đông cơ quay theo chiều ngược lại để rút mũi khoan ra khỏi vật C. Khi cơ cấu B đi đến vị trí ban đầu, nó tác động lên tiếp điểm b0.Tín hiệu từ b0 kết hợp với tín hiệu đang có của a1 làm cho pitton A thực hiệu nguyên công sang trái(thực hiện A-) .Pitton A đến vị trí ban đầu thì tác động lên tiếp điểm a0 thì kết thúc chu kỳ hoạt động thứ nhất và chu kỳ thứ hai của máy được bắt đầu thực hiện. Chương II: Tổng hợp hàm điều khiển 1. Giới thiệu 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 Grafcet Grafcet là một công cụ mô tả bằng hình học cho phép biểu diễn hoạt động của một hệ thống tuần tự, là đồ hình chức năng cho phép mô tả các trạng thái làm việc và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái chuyển biến từ trạng thái này sang trạng thái khác. Grafcet cho một quá trình luôn là một đồ hình khép kín từ trạng thái đầu tới trạng thái cuối 2. Thiết lập Grafcet hệ thống a) Grafcet I: Grafcet I là một đồ hình trạng thái mà trên các trạng thái người ta giải thích chi tiết những hành vi xảy ra ở hệ thống theo công nghệ yều cầu b) Grafcet II: Trước hết ta phải chọn thiết bi chấp hành, thiết bị điều khiển và dựa vào các thiết bị đó người ta kí hiệu cho tên các thiết bị để phù hợp với công nghệ và thay thế các chữ viết mô ta ở Grafcet I bằng các kí hiệu. Dùng m làm nút ấn khởi động A + là trạng thái sang phải A - là trạng thái sang trái B + là trạng thái đi xuống B - là trạng thái đi lên Trạng thái ban đầu là S0, g là tín hiệu xác lập S0 c) Phương trình trạng thái của hàm điều khiển. d) Thuyết minh sơ đồ diều khiển: ấn nút ấn g thì trạng thái ban đầu So được xác lập (đầu ra O1 có tín hiệu). ấn nút ấn khởi động m (đầu ra O2 có tín hiệu). Vì So đã xác lập nên đầu ra A3 có tín hiệu => xác lập trạng thái sang phải đồng thời xoá So. Khi sang phải gặp vật khoan cảm biến áp suất a1 có tín hiệu cộng với S1 đã có sẵn => đầu ra A4 có tín hiệu => xác lập trạng thái đi xuống đồng thời xoá trạng thái sang phải. Đi xuống gặp b1 đồng thời S2 đang xác lập dẫn đến đầu ra của A5 có tín hiệu => xác lập trạng thái đi lên đồng thời xoá trạng thái đi xuống. Đi lên gặo cảm biến b0 đồng thời S3 đang xác lập dẫn đến đầu ra của A6 có tín hiệu => xác lập trạng thái sang trái và xoá trạng thái đi lên. Sang trái gặp cảm biến a0 đồng thời S4 đang xác lập dẫn đến đầu ra của A1 có tín hiệu => và xoá trạng thái sang trái. Quá trình tiếp tục lặp lại từ đầu e) Nhận xét về mạch điều khiển. +) Có thể dùng chính m làm tín hiệu xác lập S0. +) Sơ đồ còn thiếu điều khiển dừng: Nguyên tắc dừng: Khi ta ấn dừng pittông B sẽ cho mũi khoan chạy ngược trở về. Pittông A cũng chạy ngược trở về. Trạng thái ban đầu S0 và chờ tín hiệu cho phép hoạt động trở lại m Như vậy ở mạch điều khiển ta tổ chức thêm một Trigơ trạng thái M để thực hịên công việc trên. +) M + = m +) M - = Dg Dg là nút ấn dừng. Vì khi ấn Dg thì hệ thống tự động trở về trạng thái ban đầu nên tín hiệu Reset là không cần thiết f) Sơ đồ mạch điều khiển hoàn chỉnh