Đang tải... (xem toàn văn)
Lêi nãi ®Çu Trong sù nghiÖp c«ng nghiÖp ho¸, hiÖn ®¹i ho¸ ®Êt níc, cã thÓ nãi mét trong nh÷ng tiªu chÝ ®Ó ®¸nh gi¸ sù ph¸t triÓn kinh tÕ cña mçi quèc gia lµ møc ®é tù ®éng ho¸ trong c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt mµ tríc hÕt ®ã lµ n¨ng suÊt s¶n xuÊt vµ chÊt lîng s¶n phÈm lµm ra. Sù ph¸t triÓn rÊt nhanh chãng cña m¸y tÝnh ®iÖn tö , c«ng nghÖ th«ng tin vµ nh÷ng thµnh tùu cña lý thuyÕt §iÒu khiÓn tù ®éng ®• lµm cë së vµ hç trî cho sù ph¸t triÓn t¬ng xøng cña lÜnh vùc tù ®éng ho¸. ë níc ta mÆc dÇu lµ mét níc chËm ph¸t triÓn, nhng nh÷ng n¨m gÇn ®©y cïng víi nh÷ng ®ßi hái cña s¶n xuÊt còng nh sù héi nhËp vµo nÒn kinh tÕ thÕ giíi th× viÖc ¸p dông c¸c tiÕn bé khoa häc kü thuËt mµ ®Æc biÖt lµ sù tù ®éng ho¸ c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®• cã bíc ph¸t triÓn míi t¹o ra s¶n phÈm cã hµm lîng chÊt x¸m cao tiÕn tíi h×nh thµnh mét nÒn kinh tÕ tri thøc.
Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá 2 K44 Trang 1 Đồ án môn học: Điều khiển logic mục lục Trang Lời nói đầu 2 Chơng I. Giới thiệu công nghệ 4 Chơng II. Thiết kế sơ đồ nguyên lý 6 1. Giới thiệu 6 2. Phơng pháp ma trận trạng thái 6 3. Lập graph chuyển trạng thái 7 4. Lập bảng chuyển dịch 1 8 5. Lập bảng chuyển dịch 2: 8 6. Xác định biến trung gian, mã hoá biến trung gian 9 7. Hàm điều khiển cho biến ra và biến trung gian 10 8.Thuyết minh hoạt động của sơ đồ nguyên lý 12 Chơng III. Tính chọn thiết bị và thiết kế mạch lắp rắp 14 1. Chọn thiết bị. 14 2 Sơ đồ lắp ráp 17 Kết luận 20 Tài liệu tham khảo 21 Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá 2 K44 Trang 2 Đồ án môn học: Điều khiển logic Lời nói đầu Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá 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 sản xuất và chất lợng 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 tơng xứng 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 từng ngõ nghách, vào trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản phẩm. 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 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 công 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 đễ đảm bảo cho quy 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, theo trình tự thời gian xác định do đó để điều khiển đợc công nghệ ta phải tổng hợp đ- ợc 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 hàm tác động có u điểm đơn giản và đảm bảo sự chính xác về tuần tự thực hiện quá trình. Trong quá trình làm đồ án,đợc sự giúp đỡ hớng dẫn nhiệt tình của thầy giáo hớng dẫn và các bạn,em đã hoàn thành đợc bản đồ án này.Tuy nhiên, do trình độ có hạn, bản đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em mong nhận đợc sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn. Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2003 Sinh viên . Lê Anh Tú Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá 2 K44 Trang 3 Đồ án môn học: Điều khiển logic Chơng I : Giới thiệu công nghệ Máy khoan đợc sử dụng rộng rãi trong các nhà máy cơ khí. Bên cạnh các máy móc cơ khí khác nh các máy tiện, máy doa, máy bào giờng, bào xọc dần dần đợc tự động hóa theo một dây chuyền ngày càng hiện đại. Các máy khoan cũng đợc tự động hoá theo dây chuyền nhằm nâng cao năng suất và giảm sự nặng nhọc cho ngời công nhân. Trong môi trờng làm việc nặng nhọc công nghệ yêu cầu : +) Khoan làm việc ổn định, chắc chắn. +) Tần số làm việc lớn. * Nguyên lý hoạt động: Khi cảm biến p có tín hiệu, nghĩa là thanh gỗ đã ở vào vị trí xác định. Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá 2 K44 Trang 4 Đồ án môn học: Điều khiển logic Piton D đẩy về phía trớc, thực hiện D + và kẹp thanh gỗ. Khi thanh gỗ đợc kẹp chặt cũng là lúc cảm biến áp suất d 1 nhận đợc tín hiệu. Piton C tiến, thực hiện nguyên công C + . Khi piton C chạm cảm biến c 1 , Piton B thực hiện nguyên công B + , giữ cố định thanh gỗ. Khi B chạm b 1 , thực hiện hai quá trình cùng 1 lúc: +) Thứ nhất, piton D thực hiện D , khi D chạm d 0 , piton C thực hiện C .Khi C chạm c 0 , piton D thực hiện D + +) Thứ hai, piton A thực hiện A + , quá trình khoan bắt đầu làm việc.Khi nhận đợc a 1 piton A thực hiện A . Sau khi piton A chạm cảm biến a 0 (quá trình khoan đã hoàn thành) và piton D chạm cảm biến d 1 , piton B thực hiện B (không kẹp thanh gỗ nữa). Khi cảm biến b 0 nhận đợc tín hiệu,piton C thực hiện C + . Đến đây, quá trình đợc thực hiện lặp lại nh cũ. Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá 2 K44 Trang 5 Đồ án môn học: Điều khiển logic Chơng II : Thiết kế sơ đồ nguyên lý 1. Giới thiệu Trong dây chuyền sản xuất công nghiệp, các thiết bị máy móc thờng hoạt động theo một trình tự lôgic chặt chẽ nhằm đảm bảo chất lợng sản phẩm, an toàn cho ngời và thiết bị. Cấu trúc làm việc trình tự của dây chuyền đã đa 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. 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 phơng thức làm việc khác nhau để đảm bảo an toàn và xử lí kịp thời các h hỏng trong hệ thống. Phải luôn có phơng án can thiệp trực tiếp của ngời vân hành đến việc dừng máy khẩn cấp Ma trận trạng thái 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. Phơng pháp ma trận trạng thái Khi gặp những đối tợng công nghệ mới, ngời đặt hàng thờng chỉ nêu những yêu cầu của đối tợng cần phải thoả mãn. Những yêu cầu đó thể hiện các trạng thái của hệ thống cần có theo công nghệ. Vì vậy một cách tốt nhất và ít sai sót nhất là ghi chép lại tất cả các yêu cầu đặt hàng đó thành một bảng kèm theo sự sắp sếp hợp lí, khoa học. Bảng thống kê đó gọi là bảng trạng thái, nó thể hiện mối quan hệ giữa các tín hiệu vào ở các trạng thái bất kì nào của hệ. Trong bảng bao gồm các cột: Trạng thái của hệ biểu thị các mệnh đề nói rõ về công nghệ hoặc những nguyên công mà máy cần thoả mãn. Số hàng của bảng chỉ rõ số trạng thái của hệ. Cột các tín hiệu vào bao gồm những cột chứa các tổ hợp logic các tín hiệu đa vào hệ điều khiển. Những tín hiệu này bao gồm những tín hiệu phát lệnh điều khiển của mạch vận hành, của thiết bị chơng trình hoặc những tín hiệu phát ra từ các đối tợng công nghệ. Cấu trúc điều khiển trình tự Tín hiệu vào Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá 2 K44 Trang 6 Đồ án môn học: Điều khiển logic Cột các trạng thái ra, mỗi trạng thái xác định của hệ điều khiển cho một trạng thái đầu ra xác định. Giá trị đầu ra là kết quả trực tiếp của hệ điều khiển đảm bảo cho hệ chấp hành thực hiện đầy đủ ý đồ công nghệ. Phơng pháp tổng hợp mạch điều khiển sử dụng bảng trạng thái đợc gọi là phơng pháp ma trận trạng thái. Sau đây ta sẽ xây dựng bảng trạng thái cho hệ điều khiển máy khoan và từng bớc tổng hợp mạch điều khiển. 3. Lập graph chuyển trạng thái Gọi a là tín hiệu điều khiển A + , A +) a = 0 ứng với tín hiệu a 0 +) a = 1 ứng với tín hiệu a 1 Gọi b là tín hiệu điều khiển B + , B +) b = 0 ứng với tín hiệu b 0 +) b = 1 ứng với tín hiệu b 1 Gọi c là tín hiệu điều khiển C + , C +) c = 0 ứng với tín hiệu c 0 +) c = 1 ứng với tín hiệu c 1 Gọi d là tín hiệu điều khiển D + , D +) d=0 ứng với tín hiệu d 0 +) d=1 ứng với tín hiệu d 1 Với cách qui ớc nh vậy,bài toán ở đây có 4(a,b,c,d) biến điều khiển và 8 biến ra (A + ,A ,B + ,B ,E + ,E ,D + ,D ) Ta có graph chuyển trạng thái nh sới đây: Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá 2 K44 Trang 7 Đồ án môn học: Điều khiển logic 4. Lập bảng chuyển dịch 1: Bảng chuyển dịch này gồm : +) Số cột = 1+2 n +số đầu ra =1+2 4 +8 = 25 cột +) Số hàng = 1+9 =10 hàng Bảng chuyển dich 1 5. Lập bảng chuyển dịch 2: Từ bảng chuyển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm điều khiển thu đợc là không tối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển dịch qua hai bớc: +) Nhập hàng. +) Nhập trạng thái tơng đơng. Nhập hàng: +) Tiêu chuẩn để nhập hàng theo điều kiện sau: các trạng thái có thể nhập lại đợc với nhau nếu số trạng thái trong cột cùng tên và giống nhau. +) Nếu một trạng thái ổn định và một trạng thái không ổn định thì ta u tiên trạng thái không ổn định. +) Nếu một trạng thái ổn định và một ô trống thì ta u tiên trạng thái ổn định. +) Nếu một trạng thái không ổn định và một ô trống thì ta u tiên trạng thái không ổn định. Nhập trạng thái tơng đơng: +) Sau khi đã nhập các trạng thái theo các điều kiện ở trên, chúng ta có thể tiếp tục nhập các trạng thái còn lại cho những trạng thái tơng đơng. trạng thái tơng đơng là trạng thái có tính chất sau: +) Có cùng tín hiệu ra. Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá 2 K44 Trang 8 Đồ án môn học: Điều khiển logic +) Khi chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác kéo theo cùng thứ tự chuyển giá trị đầu ra. Nói một cách khác thay đổi tổ hợp tín hiệu vào kéo theo cùng thứ tự thay đổi giá trị tín hiệu ra. Bảng chuyển dịch 2 6. Xác định biến trung gian, mã hoá biến trung gian: Ta có số hàng của ma trận chuyển dich II là N = 2, do vậy căn cứ vào điều kiện xác định số biến trung gian: N2 min S ta đợc S min =1. Vậy chọn một biến trung gian là x. x 7,8 0,1,2,3,4,5,6 Ta có bảng: 7. Hàm đIều khiển cho biến ra và biến trung gian: Ma trận Cacno cho biến trung gian: => Hàm cho biến trung gian: f(X) = bxa +. Ma trận Cacno cho biến ra D + : Sinh viªn: Lª Anh Tó_ Líp Tù §éng Ho¸ 2 – K44 Trang 9 §å ¸n m«n häc: §iÒu khiÓn logic => Hµm cho biÕn ra D + lµ: f(D + ) = cd. Ma trËn Cacno cho biÕn ra D - : => Hµm cho biÕn ra D - lµ: f(D - ) = bdc Ma trËn Cacno cho biÕn ra C + : => Hµm cho biÕn ra C + lµ: f(C + ) = bcd Ma trËn Cacno cho biÕn ra C - : => Hµm cho biÕn ra C - lµ: f(C - ) = dc. Ma trËn Cacno cho biÕn ra B + : => Hµm cho biÕn ra B + lµ: f(B + ) = cb. Ma trËn Cacno cho biÕn ra B - : Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá 2 K44 Trang 10 Đồ án môn học: Điều khiển logic => Hàm cho biến ra B - là: f(B - ) = xa. Ma trận Cacno cho biến ra A + : => Hàm cho biến ra A + là: f(A + ) = b.x Ma trận Cacno cho biến ra A - : => Hàm cho biến ra A - là: f(A - ) = a Vậy ta có: 8.Thuyết minh hoạt động của sơ đồ nguyên lý: Tại thời điểm đầu tiên, các mấu gạt ở vị trí nh trên sơ đồ nguyên lý. Khi gỗ đã ở vị trí ổn định, cảm biến P có tín hiệu, nếu ta ấn nút khởi động M, hệ thống sẽ hoạt động: pittông D thực hiện D + , cuối hành trình chạm cảm biến vị trí d 1 , d 1 có tín hiệu => điều khiển pittông C thực hiện C + cuối hành trình chạm cảm biến vị bxaXf += .)( edDf .)( = + bdeDf = )( bedEf .)( = + deEf .)( = ebBf .)( = + xaBf .)( = xbAf .)( = + aAf = )( [...].. .Đồ án môn học: Điều khiển logic trí c1, c1 có tín hiệu => điều khiển pittông B thực hiện B + , cuối hành trình chạm cảm biến vị trí b1, b1 có tín hiệu => điều khiển đồng thời: +) Pittông A thực hiện A + , mũi khoan bắt đầu khoan +) Pittông D thực hiện D ,cuối hành trình chạm cảm biến d 0, d0 có tín hiệu => điều khiển pittông C thực hiện C , cuối hành trình... Hoá 2 K44 Trang 16 Đồ án môn học: Điều khiển logic KếT LUậN Sau một quá trình học tập và nghiên cứu, cùng với sự hớng dẫn tận tình của thầy PHAN CUNG và sự giúp đỡ của các bạn, em đã hoàn thành các nhiệm vụ đợc giao: Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho máy khoan Trong bản đồ án này, em đã thực hiện đợc các nhiệm vụ sau: +) Tìm hiểu công nghệ và yêu cầu đối với hệ thống máy khoan +) Dùng phơng... Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2003 Sinh viên: Lê Anh Tú Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá 2 K44 Trang 17 Đồ án môn học: Điều khiển logic Tài liệu tham khảo 1 Điều khiển logic và ứng dụng - Tác giả: PGS - TS Nguyễn Trọng Thuần - Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2000 2 Điều khiển tự động truyền động điện - Tác giả: Trịnh Đình Đề, Võ Trí An - Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp,... thực hiện C + Đến đây quá trình đợc lặp lại nh cũ Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá 2 K44 Trang 11 Đồ án môn học: Điều khiển logic Chơng3 Tính chọn thiết bị và thiết kế mạch lắp ráp 1 Chọn thiết bị Trong sơ đồ nguyên lý ta sử dụng các phần tử logic sau: a) Phần tử AND: Trong sơ đồ điều khiển sử dụng 11 phần tử AND, ở đây ta sử dụng bốn mạch tích hợp loại ZK-PK-3-6/3, của hãng Festo (Đức) mỗi... a)Lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị: Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá 2 K44 Trang 15 Đồ án môn học: Điều khiển logic 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 dựa vào các nguyên tắc sau: +) Nguyên tắc nhiệt độ: Các thiết bị toả nhiệt lớn khi làm... trạng thái để tổng hợp mạch điều khiển +) Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển hệ thống +) Lựa chọn các thiết bị chấp hành, các thiết bị điều khiển xây dựng sơ đồ lắp ráp và bảng nối dây Trong quá trình thực hiện, chắc chắn bản thân em không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn để bản đồ án này hoàn thiện hơn Em xin... Trang 12 Đồ án môn học: Điều khiển logic b) Phần tử hoặc: Trong sơ đồ điều khiển ta sử dụng 1 phần tử hoặc OR đơn loại OS-PK-3 OS-PK-3 có các thông số kỹ thuật sau: Kích thớc lỗ áp suất làm việc nhỏ nhất áp suất làm việc lớn nhất Nhiệt độ xung quanh nhỏ nhất cho phép Nhiệt độ xung quanh lớn nhất cho phép Tốc độ luồng khí tiêu chuẩn 3,4 mm 1,6 bar 8 bar -100C 600C 120l/min c) Phần tử đảo: Trong sơ đồ nguyên... chạm cảm biến vị trí c0, c0 có tín hiệu => điều khiển pittông D thực hiện D + , cuối hành trình chạm cảm biến d1, d1 có tín hiệu Khi khoan đến vị trí cảm biến a1, a1 có tín hiệu => điều khiển pittông A thực hiện A , cuối hành trình chạm cảm biến a 0, a0 có tín hiệu => điều khiển pittông B thực hiện B , cuối hành trình chạm cảm biến b 0, b0 có tín hiệu => điều khiển pittông C thực hiện C + Đến đây quá... dụng 4 pittông hai chiều tác dụng DNU-100-500PPV-A (có hình vẽ dới) của tập đoàn Festo (Đức) Các thông số cơ bản của thiết bị nh sau: Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá 2 K44 Trang 14 Đồ án môn học: Điều khiển logic Chiều dài toàn bộ pittông Chiều dài chu trình làm việc Đờng kính trục Dải áp suất làm việc 734mm 500mm 25mm 0,2ữ12bar Dải nhiệt độ xung quanh cho phép -20ữ80oC 4496N 4221N 29,5l 28,15l... ngợc g) Chọn nút ấn: Trong sơ đồ nguyên lý điều khiển ta sử dụng ấn cho việc khởi động hệ thống loại K/O-3-PK-3 của hãng Festo (Đức) Có các thông số kỹ thuật nh sau Giới hạn áp suất làm việc Giới hạn nhiệt độ môi trờng xung quanh Tôc độ luông khí tiêu chuẩn 0-8 (bar) -10-+60(0C) 80l/min 2 Sơ đồ lắp ráp Thiết kế lắp ráp là công việc cuối cùng khi thiết kế hệ thống điều khiển tự động truyền động điện . Trang 18 Đồ án môn học: Điều khiển logic Tài liệu tham khảo 1. Điều khiển logic và ứng dụng - Tác giả: PGS - TS Nguyễn Trọng Thuần - Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2000. 2. Điều khiển. Trang 11 Đồ án môn học: Điều khiển logic trí c 1 , c 1 có tín hiệu => điều khiển pittông B thực hiện B + , cuối hành trình chạm cảm biến vị trí b1, b 1 có tín hiệu => điều khiển đồng thời: . Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2003 Sinh viên . Lê Anh Tú Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá 2 K44 Trang 3 Đồ án môn học: Điều khiển logic Chơng I : Giới thiệu công nghệ Máy khoan đợc sử dụng