 ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực mạch điều khiển hệ thống máy khoan dùng phương pháp ma trận trạng thái để tổng hợp mạch điều khiển Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực : Lê Anh Tú  Đồ án môn học: Điều khiển logic MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Chương I Giới thiệu cơng nghệ Chương II Thiết kế sơ đồ nguyên lý Giới thiệu Phương pháp ma trận trạng thái Lập graph chuyển trạng thái Lập bảng chuyển dịch Lập bảng chuyển dịch 2: Xác định biến trung gian, mã hoá biến trung gian Hàm điều khiển cho biến biến trung gian 10 8.Thuyết minh hoạt động sơ đồ nguyên lý 12 Chương III Tính chọn thiết bị thiết kế mạch lắp rắp 14 Chọn thiết bị 14 Sơ đồ lắp ráp 17 Kết luận 20 Tài liệu tham khảo 21 Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án môn học: Điều khiển logic LỜI NĨI ĐẦU Trong nghiệp cơng nghiệp hố, đại hố đất nước, nói tiêu chí để đánh giá phát triển kinh tế quốc gia mức độ tự động hoá q trình sản xuất mà trước hết suất sản xuất chất lượng sản phẩm làm Sự phát triển nhanh chóng máy tính điện tử , công nghệ thông tin thành tựu lý thuyết Điều khiển tự động làm cở sở hỗ trợ cho phát triển tương xứng lĩnh vực tự động hoá Ở nước ta nước chậm phát triển, năm gần với đòi hỏi sản xuất hội nhập vào kinh tế giới việc áp dụng tiến khoa học kỹ thuật mà đặc biệt tự động hố q trình sản xuất có bước phát triển tạo sản phẩm có hàm lượng chất xám cao tiến tới hình thành kinh tế tri thức Ngày tự động hoá điều khiển trình sản xuất sâu vào ngõ nghách, vào tất khâu trình tạo sản phẩm Một ứng dụng mà đồ án thiết kế điều khiển công nghệ khoan Tự động hố điều khiển cơng nghệ khoan trình tạo lỗ thủng bề mặt vật thể có kích thước chiều sâu định trước Trong cơng việc thiết kế, tự động hố điều khiển thể qua hai trình sau: - Tự động hố điều khiển cơng 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 quay vị trí cũ đễ đảm bảo cho quy trình Chất lượng mũi khoan suất làm việc phụ thuộc nhiều vào cơng nghệ điều khiển Q trình làm việc thực theo trật tự logic, theo trình tự thời gian xác định để điều khiển cơng nghệ ta phải tổng hợp hàm điều khiển cho hệ thống Có nhiều phương pháp để tổng hợp hàm điều khiển ta sử dụng phương pháp “Ma trận trạng thái” So với phương pháp khác phương pháp hàm tác động có ưu điểm đơn giản đảm bảo xác thực trình Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án mơn học: Điều khiển logic Trong q trình làm đồ án,được giúp đỡ hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo hướng dẫn bạn,em hoàn thành đồ án này.Tuy nhiên, trình độ có hạn, đồ án tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý thầy cô giáo bạn Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2003 Sinh viên Lê Anh Tú Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án môn học: Điều khiển logic CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ Máy khoan sử dụng rộng rãi nhà máy khí Bên cạnh máy móc khí khác máy tiện, máy doa, máy bào giường, bào xọc tự động hóa theo dây chuyền ngày đại Các máy khoan tự động hoá theo dây chuyền nhằm nâng cao suất giảm nặng nhọc cho người công nhân Trong môi trường làm việc nặng nhọc công nghệ yêu cầu : +) Khoan làm việc ổn định, chắn Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án môn học: Điều khiển logic +) Tần số làm việc lớn * Nguyên lý hoạt động: Khi cảm biến p có tín hiệu, nghĩa gỗ vào vị trí xác định Piton D đẩy phía trước, thực D+ kẹp gỗ Khi gỗ kẹp chặt lúc cảm biến áp suất d1 nhận tín hiệu Piton C tiến, thực nguyên công C+ Khi piton C chạm cảm biến c1, Piton B thực nguyên công B+, giữ cố định gỗ Khi B chạm b1, thực hai trình lúc: +) Thứ nhất, piton D thực D –, D chạm d0 , piton C thực C- Khi C chạm c0 , piton D thực D+ +) Thứ hai, piton A thực A+, trình khoan bắt đầu làm việc.Khi nhận a1 piton A thực A Sau piton A chạm cảm biến a0 (q trình khoan hồn thành) piton D chạm cảm biến d1, piton B thực B (không kẹp gỗ nữa) Khi cảm biến b0 nhận tín hiệu,piton C thực C+ Đến đây, trình thực lặp lại cũ Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án môn học: Điều khiển logic CHƯƠNG II : THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Giới thiệu Trong dây chuyền sản xuất công nghiệp, thiết bị máy móc thường hoạt động theo trình tự lôgic chặt chẽ nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, an toàn cho người thiết bị Cấu trúc làm việc trình tự dây chuyền đưa yêu cầu cho điều khiển điều khiển hoạt động chặt chẽ thống dây chuyền đồng thời gợi ý cho ta phân nhóm lơgic automat trình tự tập hợp máy móc thuật tốn Q trình cơng nghệ bao gồm : +) Hoàn toàn tự động +) Bán tự động +) Hoàn toàn tay Khi thiết kế hệ thống phải tính tốn đến phương thức làm việc khác để đảm bảo an toàn xử lí kịp thời hư hỏng hệ thống Phải ln có phương án can thiệp trực tiếp người vân hành đến việc dừng máy khẩn cấp Ma trận trạng thái cơng cụ hữu ích để thiết kế thực đầy đủ yêu cầu cơng nghệ tự động hố q trình cơng nghệ kể Phương pháp ma trận trạng thái Khi gặp đối tượng công nghệ mới, người đặt hàng thường nêu yêu cầu đối tượng cần phải thoả mãn Những yêu cầu thể trạng thái hệ thống cần có theo cơng nghệ Vì cách tốt sai sót ghi chép lại tất yêu cầu đặt hàng thành bảng kèm theo sếp hợp lí, khoa học Bảng thống kê gọi bảng trạng thái, thể Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án môn học: Điều khiển logic mối quan hệ tín hiệu vào trạng thái hệ Trong bảng bao gồm cột: Trạng thái hệ biểu thị mệnh đề nói rõ cơng nghệ ngun cơng mà máy cần thoả mãn Số hàng bảng rõ số trạng thái hệ Cột tín hiệu vào bao gồm cột chứa tổ hợp logic tín hiệu đưa vào hệ điều khiển Những tín hiệu bao gồm tín hiệu phát lệnh điều khiển mạch vận hành, thiết bị chương trình tín hiệu phát từ đối tượng công nghệ Cột trạng thái ra, trạng thái xác định hệ điều khiển cho trạng thái đầu xác định Giá trị đầu kết trực tiếp hệ điều khiển đảm bảo cho hệ chấp hành thực đầy đủ ý đồ công nghệ Phương pháp tổng hợp mạch điều khiển sử dụng bảng trạng thái gọi phương pháp ma trận trạng thái Sau ta xây dựng bảng trạng thái cho hệ điều khiển máy khoan bước tổng hợp mạch điều khiển Lập graph chuyển trạng thái Gọi a tín hiệu điều khiển A+, A— +) a = ứng với tín hiệu a0 +) a = ứng với tín hiệu a1 Gọi b tín hiệu điều khiển B+, B— +) b = ứng với tín hiệu b0 +) b = ứng với tín hiệu b1 Gọi c tín hiệu điều khiển C+, C— +) c = ứng với tín hiệu c0 +) c = ứng với tín hiệu c1 Gọi d tín hiệu điều khiển D+, D— +) d=0 ứng với tín hiệu d0 +) d=1 ứng với tín hiệu d1 Với cách qui ước vậy,bài tốn có 4(a,b,c,d) biến điều khiển biến (A+,A ,B+,B ,E+,E ,D+,D ) Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án môn học: Điều khiển logic Ta có graph chuyển trạng thái sưới đây: Lập bảng chuyển dịch 1: Bảng chuyển dịch gồm : +) Số cột = 1+2 n +số đầu =1+2 +8 = 25 cột +) Số hàng = 1+9 =10 hàng Bảng chuyển dich Lập bảng chuyển dịch 2: Từ bảng chuyển dịch 1, ta đem xác định hàm điều khiển hàm điều khiển thu khơng tối giản, ta phải tối thiểu hàm chuyển dịch qua hai bước: +) Nhập hàng +) Nhập trạng thái tương đương Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án môn học: Điều khiển logic Nhập hàng: +) Tiêu chuẩn để nhập hàng theo điều kiện sau: trạng thái nhập lại với số trạng thái cột tên giống +) Nếu trạng thái ổn định trạng thái khơng ổn định ta ưu tiên trạng thái không ổn định +) Nếu trạng thái ổn định trống ta ưu tiên trạng thái ổn định +) Nếu trạng thái không ổn định trống ta ưu tiên trạng thái không ổn định Nhập trạng thái tương đương: +) Sau nhập trạng thái theo điều kiện trên, tiếp tục nhập trạng thái lại cho trạng thái tương đương trạng thái tương đương trạng thái có tính chất sau: +) Có tín hiệu +) Khi chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác kéo theo thứ tự chuyển giá trị đầu Nói cách khác thay đổi tổ hợp tín hiệu vào kéo theo thứ tự thay đổi giá trị tín hiệu Bảng chuyển dịch Xác định biến trung gian, mã hố biến trung gian: Ta có số hàng ma trận chuyển dich II N = 2, vào điều kiện xác định số biến trung gian: 2Smin ≥ N ta Smin=1 Vậy chọn biến trung gian x x 7,8 0,1,2,3,4,5,6 Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án môn học: Điều khiển logic Ta có bảng: Hàm đIều khiển cho biến biến trung gian: Ma trận Cacno cho biến trung gian: => Hàm cho biến trung gian: f(X) = a.x + b Ma trận Cacno cho biến D+: => Hàm cho biến D+ là: f(D +) = d.c Ma trận Cacno cho biến D : => Hàm cho biến D là: f(D ) = bdc Ma trận Cacno cho biến C +: Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án môn học: Điều khiển logic => Hàm cho biến C + là: f(C +) = d c.b - Ma trận Cacno cho biến C : => Hàm cho biến C là: f(C ) = c.d Ma trận Cacno cho biến B+: => Hàm cho biến B+ là: f(B +) = b.c - Ma trận Cacno cho biến B : => Hàm cho biến B là: f(B ) = a.x Ma trận Cacno cho biến A +: Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án môn học: Điều khiển logic => Hàm cho biến A+ là: f(A +) = b.x Ma trận Cacno cho biến A : => Hàm cho biến A là: f(A ) = a Vậy ta có: f ( X ) = a.x + b f ( D + ) = d e f ( D − ) = bde f ( E + ) = d e.b f ( E − ) = e.d f ( B + ) = b.e f ( B − ) = a.x f ( A+ ) = b.x f ( A− ) = a 8.Thuyết minh hoạt động sơ đồ nguyên lý: Tại thời điểm đầu tiên, mấu gạt vị trí sơ đồ nguyên lý Khi gỗ vị trí ổn định, cảm biến P có tín hiệu, ta ấn nút khởi động M, hệ thống hoạt động: pittông D thực D + , cuối hành trình chạm cảm biến vị trí d1, d1 có tín hiệu => điều khiển pittơng C thực C + cuối hành trình chạm cảm biến vị trí c1, c1 có tín hiệu => điều khiển pittông B thực B + , cuối hành trình chạm cảm biến vị trí b1, b1 có tín hiệu => điều khiển đồng thời: +) Pittơng A thực A + , mũi khoan bắt đầu khoan Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án môn học: Điều khiển logic +) Pittơng D thực D − ,cuối hành trình chạm cảm biến d0, d0 có tín hiệu => điều khiển pittông C thực C − , cuối hành trình chạm cảm biến vị trí c0, c0 có tín hiệu => điều khiển pittông D thực 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 pittơng A thực A − , cuối hành trình chạm cảm biến a0, a0 có tín hiệu => điều khiển pittơng B thực B − , cuối hành trình chạm cảm biến b0, b0 có tín hiệu => điều khiển pittơng C thực C + Đến trình lặp lại cũ Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án mơn học: Điều khiển logic CHƯƠNG3 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ MẠCH LẮP RÁP Chọn thiết bị Trong sơ đồ nguyên lý ta sử dụng phần tử logic sau: a) Phần tử AND: Trong sơ đồ điều khiển sử dụng 11 phần tử AND, ta sử dụng bốn mạch tích hợp loại ZK-PK-3-6/3, hãng Festo (Đức) mạch có phần tử AND hai đầu vào: +) (X1,Y1);(X2,Y2);(X3,Y3) đầu vào tương ứng phần tử AND +) A1;A2;A3 đầu Phần tử ZK-PK-3-6/3 có thơng số kỹ thuật sau: Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hố – K44 Trang Đồ án mơn học: Điều khiển logic Số đầu khí III áp suất làm việc nhỏ 1,6 bar áp suất làm việc lớn bar Nhiệt độ xung quanh nhỏ cho phép -100C Nhiệt độ xung quanh lớn cho phép 600C Tốc độ luồng khí tiêu chuẩn 100l/min b) Phần tử hoặc: Trong sơ đồ điều khiển ta sử dụng phần tử OR đơn loại OS-PK-3 OS-PK-3 có thơng số kỹ thuật sau: Kích thước lỗ 3,4 mm áp suất làm việc nhỏ 1,6 bar áp suất làm việc lớn bar Nhiệt độ xung quanh nhỏ cho phép -100C Nhiệt độ xung quanh lớn cho phép 600C Tốc độ luồng khí tiêu chuẩn 120l/min c) Phần tử đảo: Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án môn học: Điều khiển logic Trong sơ đồ nguyên lý ta sử dụng phần tử đảo, ta chọn phần tử đảo loại 81504025 hãng Crouzet d) Chọn cảm biến vị trí: Chọn cảm biến vị trí loại GG-1/4-3/8 hãng Festo (Đức), Có thơng số kỹ thuật sau l Kích thước lỗ khí 8mm Áp suất làm việc nhỏ 0.03 bar Áp suất làm việc lớn bar Nhiệt độ xung quanh nhỏ cho phép -100C Nhiệt độ xung quanh lớn cho phép 600C Tốc độ luồng khí tiêu chuẩn 1-150l/min e) Chọn van phân phối Ta chọn van phân phối loại VL-5/2-D-02 (có hình vẽ dưới) hãng Festo (Đức) Đây loại van 5/2 với đầu nối (1) đầu vào khí nén, đầu nối (2) (4) đầu khí nén cịn đầu nối (3) (5) đầu xả khí Các thơng số thiết bị cho bảng đây: Nguyên tắc khởi động / reset Dải áp suất làm việc Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hố – K44 pneumatic 2÷10bar Trang Đồ án môn học: Điều khiển logic Dải nhiệt độ xung quanh cho phép -10÷60oC Lưu lượng khí danh định 500l/min f) Chọn thiết bị chấp hành: Trong cấu truyền động, ta sử dụng pittông hai chiều tác dụng DNU-100-500PPV-A (có hình vẽ dưới) tập đồn Festo (Đức) Các thông số thiết bị sau: Chiều dài tồn pittơng 734mm Chiều dài chu trình làm việc 500mm Đường kính trục 25mm Dải áp suất làm việc 0,2÷12bar Dải nhiệt độ xung quanh cho phép -20÷80oC Lực hiệu dụng áp suất bar chạy thuận 4496N Lực hiệu dụng áp suất bar chạy nghịch 4221N Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án mơn học: Điều khiển logic Lượng khí tiêu tốn chu trình thuận 29,5l Lượng khí tiêu tốn chu trình ngược 28,15l 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 hãng Festo (Đức) Có thơng số kỹ thuật sau Giới hạn áp suất làm việc Giới hạn nhiệt độ môi trường xung quanh Tơc độ lng khí tiêu chuẩn 0-8 (bar) -10-+60(0C) 80l/min Sơ đồ lắp ráp Thiết kế lắp ráp công việc cuối thiết kế hệ thống điều khiển tự động truyền động điện Khi thiết kế lắp ráp cần phải đảm bảo nâng cao yêu cầu tiêu chất lượng phải chấp hành đầy đủ tiêu chuẩn, quy phạm kỹ thuật hành Nhà nước lắp đặt thiết bị a)Lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị: Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang Đồ án môn học: Điều khiển logic Các thiết bị động lực để truyền động cấu sản xuất với cơng tắc hành trình, nút ấn điều khiển phải bố trí trực tiếp cấu sản xuất Việc bố trí thiết bị điều khiển dựa vào nguyên tắc sau: +) Nguyên tắc nhiệt độ: Các thiết bị toả nhiệt lớn làm việc phải để phía trên, thiết bị có chịu ảnh hưởng lớn nhiệt độ cần phải đặt xa nguồn sinh nhiệt +) Nguyên tắc trọng lượng: Các thiết bị nặng phải đặt thấp để tăng cường độ vững bảng điện, giảm nhẹ điều kiện để cố định chúng +) Nối dây tiện lợi: Đường nối dây ngắn chồng chéo Dựa vào nguyên tắc trên, ta tiến hành bố trí thiết bị panel Khi bố trí thiết bị cần phân thành nhóm riêng biệt để tiện việc sửa chữa, thay Các phần tử nhóm phải bố trí gần cho dây nối chúng ngắn Giữa nhóm khác phải bố trí cho thuận tiện cho việc tiến hành lắp đặt, sửa chữa, hiệu chỉnh Bảng vẽ bố trí phải vẽ theo tỷ lệ xích tiêu chuẩn phải ghi rõ kích thước hình chiếu thiết bị, kích thước lỗ định vị lắp, kích thước tương quan chúng kích thước ngồi lắp Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hố – K44 Trang Đồ án mơn học: Điều khiển logic Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hố – K44 Trang Đồ án mơn học: Điều khiển logic KẾT LUẬN Sau trình học tập nghiên cứu, với hướng dẫn tận tình thầy PHAN CUNG giúp đỡ bạn, em hoàn thành nhiệm vụ giao: Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho máy khoan Trong đồ án này, em thực nhiệm vụ sau: +) Tìm hiểu cơng nghệ yêu cầu hệ thống máy khoan +) Dùng phương pháp ma trận trạng thái để tổng hợp mạch điều khiển +) Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực mạch điều khiển hệ thống +) Lựa chọn thiết bị chấp hành, thiết bị điều khiển xây dựng sơ đồ lắp ráp bảng nối dây Trong trình thực hiện, chắn thân em khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2003 Sinh viên: Lê Anh Tú Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hố – K44 Trang Đồ án mơn học: Điều khiển logic Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hố – K44 Trang Đồ án mơn học: Điều khiển logic TÀI LIỆU THAM KHẢO Điều khiển logic ứng dụng - Tác giả: PGS - TS Nguyễn Trọng Thuần - Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2000 Điều khiển tự động truyền động điện - Tác giả: Trịnh Đình Đề, Võ Trí An - Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 1986 Sử dụng sửa chữa khí cụ điện hạ áp - Tác giả: Nguyễn Xuân Phú, Tô Đằng - Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1998 Các CD-ROM catalogue tra cứu thiết bị khí nén điện hãng OMRON, FESTO, MITSUBISHI Bản dịch: Cẩm nang Kỹ thuật điện Tự động hố Tin học Cơng nghiệp - Người dịch: PGS - TS Lê Văn Doanh - Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1999 Logical design of switching circuits - Tác giả: Lewin, D - Nhà xuất MacMillan, 1986 Sinh viên: Lê Anh Tú_ Lớp Tự Động Hoá – K44 Trang ... điều khiển tự động cho máy khoan Trong đồ án này, em thực nhiệm vụ sau: +) Tìm hiểu cơng nghệ yêu cầu hệ thống máy khoan +) Dùng phương pháp ma trận trạng thái để tổng hợp mạch điều khiển +) Thiết. .. tiếp hệ điều khiển đảm bảo cho hệ chấp hành thực đầy đủ ý đồ công nghệ Phương pháp tổng hợp mạch điều khiển sử dụng bảng trạng thái gọi phương pháp ma trận trạng thái Sau ta xây dựng bảng trạng thái. .. hợp hàm điều khiển cho hệ thống Có nhiều phương pháp để tổng hợp hàm điều khiển ta sử dụng phương pháp ? ?Ma trận trạng thái? ?? So với phương pháp khác phương pháp hàm tác động có ưu điểm đơn giản