Đồ án Điều khiển logic - Hoàng Văn Chung

Chương I Giới thiệu công nghệ I . Sơ đồ công nghệ . X3 ã X1 X2 3m ã âA ã ã A B C D X1, X2 : là 2 tia sáng để phát hiện xe vào ở cửa vào (V) X3 : là tia sáng để phát hiện xe ra ở cửa ra (R) A ,B : là 2 vấu gạt dùng để điều khiển ngắt quá trình quay ngược (thuận) của động cơ trong quá trình đóng (mở) cửa vào. C ,D : là 2 vấu gạt dùng để điều khiển ngắt quá trình quay ngược (thuận) của động cơ trong quá trình đóng (mở) cửa ra. Sử dụng 2 động cơ ro to lồng sóc để điều khiển đóng mở cửa ra vào : + Động cơ quay thuận ứng với mở cửa +Động cơ quay ngược ứng với đóng cửa II. Thuyết minh nguyên lý hoạt động cơ bản của sơ đồ công nghệ Ban đầu bãi đỗ xe trống . Nếu có một xe ôtô đi vào ở cửa vào V , ban đầu ôtô gặp tia sáng X1 và che tia sáng này cửa vào vẫn đóng (động cơ chưa quay) sau đó ôtô gặp tia sáng X2 trong khi vẫn che X1 (do chiều dài ôtô lớn hơn 3 m) , khi đó động cơ nhận lệnh quay thuận thực hiện mở cửa , khi ôtô chỉ che X2 động cơ vẫn quay thuận tiếp tục quá trình mở cửa cho ôtô vào bãi đỗ khi cửa được quấn lên chạm vào vấu B thì động cơ sẽ nhận được lệnh dừng chờ cho xe vào bến hoàn toàn(không che X2) thì động cơ nhận dược lệnh quay ngược để đóng cửa V cửa đóng khi gạt vào vấu gạt B thì động cơ được ngắt điện trở về trạng thái ban đầu. Quá trình điều khiển đóng mở cửa ra hoàn toàn tương tự nhưng ở đây ta chỉ sử dụng một bộ cảm biến để điều khiển cửa ra nhưng nguyên lý hoàn toàn giống cửa V . Bộ đếm sử dụng có khả năng cộng trừ 2 đầu vào, cụ thể có thể tính hiệu 2 đầu vào một đầu được nối điện với phía cửa vào (khi có 1 ôtô đi vào thì đầu này tăng lên 1) một đầu được nối điện với phía cửa ra (khi có 1 ôtô đi ra thì đầu này giảm đi 1) . Khi giá trị của bộ đếm đạt 100 tức là số xe trong bãi đỗ đã đạt 100 xe thì phát tín hiệu cắt động cơ điều khiển cửa V ra khỏi lưới điện (khóa cửa) không cho xe vào ở cửa V nữa . Chương II Tổng hợp hàm điều khiển Giới thiệu chung. Khi tiến hành tổng hợp hàm điều khiển theo quy trình công nghệ đã cho (có thể bằng lời nói , chữ viết đồ thị công nghệ ) Người ta biểu diễn hoạt động của công nghệ theo đúng trình 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 theo phương pháp ma trận trạng thái. + Tổng hợp mạch điều khiển theo phương pháp hàm tác động + Tổng hợp mạch điều khiển theo phương pháp phân tầng. + Tổng hợp mạch điều khiển theo phương pháp Grafcep. Một mạch điều khiển được tổng hợp phải đáp ứng các chỉ tiêu : + Thực hiện đúng quy trình và tiến trình công nghệ đã được đặt ra. + Có độ tin cây điều khiển cao. + Đảm bảo đơn giản , gọn nhẹ, thuận tiện cho vận hành. + Có tính kinh tế và đáp ứng về mặt kĩ thuật. ở đây ta sử dụng phương pháp ma trận trạng thái để tổng hợp mạch điều khiển. II . Phương pháp ma trận trạng thái tổng hợp mạch điều khiển 1. Tổng hợp mạch điều khiển cho cửa V. Các biến điều khiển cho hệ : + Các biến đầu vào : X1, X2, A, B . + Các biến đầu ra : T1 , N1 . ngoài ra để thỏa mãn công ngệ đặt ra ta cần một số biến phụ khác mà ta không xét trong quá trình tổng hợp các biến này sẽ được sử dụng trong quá trình hiệu chỉnh mạch điều khiển của hệ thống. Mã hóa bài toán (lập grap chuyển trạng thái ). = Đầu vào X1 X2 A B Đầu ra T1 N1 (1) đ (2) đ (3) đ (4) đ (5) đ (6) đ (7) đ (8) 1.2. Lập ma trận chuyển dịch I : Số cột = 1 + 2n + số biến ra = 1 + 24 + 2 = 19(cột) Số hàng = số trạng thái của grap +1 = 9 TT 0000 0001 0010 0 0 1 1 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 T1 N1 (1) (1) 2 0 0 (2) (2) 3 0 0 (3) 4 (3) 1 0 (4) 5 (4) 1 0 (5) (5) 6 1 0 (6) 7 (6) 0 0 (7) 8 (7) 0 1 (8) (8) 1 0 1 Lập ma trận chuyển dịch II (MII) . Ma trận chuyển dịch I mô tả chi tiết quá trình chuyển biến các trạng thái tuy vậy nếu dựa vào MI ta đi tìm ngay hàm điều khiển thì sơ đồ thu được không được tối thiểu hóa sẽ tốn rất nhiều vật tư kỹ thuật, do đó người ta phải tối thiểu hóa ma trận chuyển dịch I để có ma trận chuyển dịch II. Muốn có ma trận MII phải qua 2 bước : + Nhập hàng. + Nhập trạng thái tương đương. Nhập hàng : 2 hoặc nhiều hàng trên ma trận chuyển dịch I được nhập thành 1 hàng khi chúng thỏa mãn các điều kiện sau : + Không cần chú ý đến tín hiệu đầu ra. + Trên cùng một cột chúng phải có cùng tín hiệu. 1 trạng thái ổn định với 1 trạng thái không ổn định 1 trạng thái ổn định với 1 ô trống . 1 trạng thái không ổn định với một ô trống. 2 ô trống. Đối với bài toán do ma trân MI thoả mãn các điều kiện nhập hàng do đó ta thực hiện nhập cả 8 hàng ta được ma trận chuyển dịch II. MII: (8) (7) (1) (5) (6) (2) (4) (3) Xác định biến trung gian và cách mã hóa . 2Smin ³ N trong đó : Smin : số biến trung gian tối thiều N : Số hàng của MII ,N=1 Smin = 0 tức là không cần dùng biến trung gian để mã hóa. Lập ma trận cacno cho các biến đầu ra.(chỉ với các trạng thái ổn định). X2 X1 01 10 10 B 01 00 A 00 10 00 * Lập ma trận cácno cho biến T1 từ đó xác định hàm f(T1): X2 X1 0 1 1 0 0 0 1 0 B A * Lập ma trận cacno cho biến N1 từ đó tìm hàm f(N1): 1 0 0 1 0 0 0 0 X1 B X2 A Như vậy ta có các hàm điều khiển: 2 . Tổng hợp mạch điều khiển cho cửa ra R. Các biến điều khiển của cửa ra + Các biến đầu vào: X3 , C, D . + Các biến đầu ra : T2 , N2 . . Mã hoa trạng thái : Đầu vào = X3CD Đầu ra T2 N2 (1) (2) (3) (4) (5) (6) Lập ma trận MI: Số cột = 1 + 23 +2 = 11 Số hàng = 6 + 1 = 7 TT 000 001 010 011 100 101 110 111 T1 N1 (1) (1) 2 0 0 (2) 3 (2) 1 0 (3) (3) 4 1 0 (4) 5 (4) 0 0 (5) 6 (5) 0 1 (6) (6) 1 0 1 Lập ma trận chuyển dịch MII. (6) (5) (1) (3) (4) (2) Xác định biến trung gian . Tương tự như trên không cần sử dụng biến trung gian để mã hóa. Lập ma trận cácno cho biến đầu ra . C D X3 01 01 00 10 00 10 * Lập ma trận cácno cho biến T2 từ đó xác định hàm f(T2): 0 0 0 1 0 1 C D X3 C D X3 Hàm điềukhiển * Lập ma trận cácno cho biến N2 từ đó xác định hàm f(N2): 1 1 0 0 0 0 Hàm điều khiển * Hiệu chỉnh các hàm điều khiển đẻ chúng thỏa mãn công nghệ đặt ra : Đối với các hàm điều khiển cửa ra thì chúng hoàn toàn thỏa mãn công nghệ đặt ra . Đối với các hàm điều khiển cửa vào ta thấy khi có tín hiệu X2 thì động cơ quay thuận để mở cửa cho ô tô vào bến điều này là không thỏa mãn công nghệ vì theo công nghệ ô tô phải che khuất X1 trước sau đó che khuất X2 thì cửa vào mới mở ( Cửa bắt đầu mở khi X1 , X2 đồng thời xuất hiện ). Do đó hàm điều khiển mở cửa vào là: Hàm điều khiển đóng cửa vào thỏa mãn công nghệ. Thiết kế bộ đếm. Sơ đồ khối bộ đếm. BĐ X1 X2 X3 D U R Bộ đếm sử dụng ở đây là bộ đếm thuận nghịch nghĩa là có thể đếm cả tiến và lùi, Cụ thể : + chân U của bộ đếm là chân đếm tăng , chân này được nối với đầu ra của cổng AND giữa X1 và X2 . Mỗi khi X1 , X2 đồng thời xuất hiện, nghĩa là có một xe ôtô vào bãi đỗ (U=1) thì bộ đếm thực hiện đếm tăng , giá trị của bộ đếm tăng lên 1 đơn vị. + Chân D của bộ đếm là chân đếm giảm , chân này được nối với X3 , khi X3 xuất hiện , nghĩa là có một xe ôtô ra khỏi bãi đỗ thì bộ đếm thực hiện đếm giảm , giá trị của bộ đếm giảm đi 1 đơn vị. + Chân R là đầu ra của bộ đếm , khi giá trị của bộ đếm là 100 khi đó trong bãi đỗ xe đã có 100 xe thì R =1 tín hiệu này ta sẽ dùng để điều khiển khóa cửa vào của bãi đỗ xe. Sơ đồ cụ thể bộ đếm sẽ được nói rõ trong phần lựa chọn thiết bị. IV . Sơ đồ nguyên lý của hệ thống. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống : Từ những hàm điều khiển đã tổng hợp được ở trên cùng những hiệu chỉnh cần thiết ta vẽ được sơ đồ nguyên lý của hệ thống: ở đây ta sử dụng khâu trung gian để chuyển từ tín hiệu xung sang tín hiệu áp để điều khiển các tiếp điểm trên mạch điều khiển. V. Thuyết minh hoạt động của sơ đồ nguyên lý: ở trạng thái ban đầu sau khi đóng cầu dao CD, người vận hành phải ấn nút mở máy M để khởi động hệ thống. Rơle điện áp RA kiểm tra điện áp nguồn nếu đủ trị số cho phép thì tiếp điểm RA phân mạch điều khiển cho phép hệ thống làm việc. - Giả sử có một xe ôtô đi vào bãi đỗ ở cửa V khi đó cảm biến ánh sáng 1, 2 lần lượt bị che khuất các tín hiệu x1, x2 lần lượt xuất hiện khi ôtô che cả 2 cảm biến thì x1, x2 đồng thời xuất hiện nhờ khâu trung gian hai tiếp điểm k1, k2 trên mạch điều khiển đóng lại cấp điện cho cuộn dây T1 , các tiếp điểm T1 trên mạch lực được đóng lại , tiếp điểm T1(1-37) đóng lại cấp điện cho cuộn H1, do đó phanh điện từ có điện nhả trục động cơ cho động cơ quay thuận mở cửa cho xe ôtô vào bãi đỗ xe. Khi cửa cuốn đến vị trí trên cùng của cửa thì cửa tì vào công tắc hành trình B , Cuộn dây T1 mất điện các tiếp điểm T1 trên mạch lực mở ra đồng thời tiếp điểm T1(1-37) cũng mở ra phanh hãm mất điện kẹp chặt vào trục động cơ thực hiện hãm dừng động cơ , quá trình mở cửa kết thúc. Khi ôtô đã hoàn toàn vào khỏi cửa tức là x1= 0,x2 = 0, cuộn hút K1, K2 mất điện tiếp điểm K1(19-25) và K2(25-27) đóng lại cuộn N1 có điện , các tiếp điểm N1 trên mạch lực đóng lại đồng thời phanh hãm nhả ra cho động cơ quay ngược thực hiện quá trình đóng cửa V. Đồng thời với quá trình ô tô vào bãi đỗ khi xe che khuất cả 2 tín hiệu x1, x2, thì đầu vào U của bộ đếm được khích hoạt bộ đếm tăng lên 1 đơn vị tương ứng với số ôtô trong bãi tăng 1. Quá trình mở cửa R cho ôtô ra khỏi bãi đỗ hoàn toàn tương tự tuy nhiên ở đây ta chỉ sử dụng 1 cảm biến ánh sáng ,và khi tín hiệu x3 xuất hiện thì đầu vào D của bộ đếm được kích hoạt bộ đếm giảm đi 1 đơn vị . Giá trị của bộ đếm chính là số xe có trong bãi đỗ . Khi giá trị của bộ đếm bằng 100 tức là trong bãi có 100 xe thì bộ đếm phát tín hiệu , tiếp điểm Đ trên mạch điều khiển đóng lại cấp điện cho cuộn dây Tg tiếp điểm Tg(17-19) mở ra làm cuộn T1 không thể có điện kể cả khi k1, k2 cùng đóng trong khi đó T2 vẫn có thể có điện tức là vẫn cho phép ôtô ra khỏi bãi . Trong quá trình làm việc, nếu muốn dừng khẩn cấp hệ thống, ta sẽ tác động vào nút ấn Dg để ngắt nguồn cấp cho cuộn hút rơle điện áp RA. Các khả năng sự cố và việc bảo vệ hệ thống Trong suốt thời gian vận hành hệ thống, có thể xảy ra các sự cố ngắn mạch, quá tải, mất điện lưới hoặc giảm điện áp xuống dưới trị số cho phép. Ta cần phải đề ra các trường hợp dự phòng: Để bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải ngắn hạn xung kích, ta sử dụng các rơle dòng điện cực đại 1RM, 2RM, 3RM, 4RM, 5RM, 6RM tác động nhanh với việc chỉnh định khác nhau. Trong sơ đồ, các rơle dòng điện cực đại 1RM, 2RM, 4RM, 5RM dùng để bảo vệ quá tải ngắn hạn xung kích và chế độ làm việc hai pha nên dòng chỉnh định của nó nhỏ hơn dòng điện làm việc hai pha ( và dòng điện này nhỏ hơn dòng khởi động). Do chỉnh định như vậy nên khi khởi động, các rơle này sẽ tác động ngay. Vì vậy, để đảm bảo khởi động, ta dùng rơle thời gian RTh để phân mạch chúng. Thời gian chỉnh định của RTh phải lớn hơn hoặc bằng thời gian khởi động động cơ. Tiếp điểm của các rơle này đều là loại tự phục hồi còn rơle 3RM và 6RM dùng để bảo vệ ngắn mạch và tiếp điểm phải là loại không tự phục hồi. Khi điện áp lưới bị mất hoặc giảm thấp dưới trị số cho phép thì phải cắt mối liên hệ giữa nguồn điện và động cơ. Để tránh động cơ tự khởi động khi điện áp lưới phục hồi, ta sử dụng rơle điện áp thấp để bảo vệ điện áp cực tiểu và bảo vệ điểm không. Khâu bảo vệ điện áp thấp và bảo vệ điểm không được phối hợp với mạch bảo vệ quá tải ngắn hạn xung kích và ngắn mạch như sơ đồ. Tiếp điểm của rơle điện áp thấp sẽ thực hiện việc đóng nguồn cung cấp cho mạch điều khiển động cơ. Khi đang làm việc, nếu điện áp lưới giảm thấp quá quy định hoặc mất điện thì rơle điện áp RA nhả cắt điện mạch điều khiển. Khi điện áp lưới được phục hồi trở lại thì mạch điều khiển vẫn không có điện lại được. Để tiếp tục làm việc, người vận hành phải ấn nút mở máy m để cấp điện cho mạch điều khiển. Chương III Tính chọn các thiết bị I .Chọn thiết bị chấp hành Theo đề bài ta có động cơ không đồng bộ có công suất định mức 5 kW và ta chọn hệ số công suất cosj = 0,85. Ta có dòng điện danh định của động cơ là : Trong đó : K2 : hệ số khởi động K2=5 đối với động cơ không đồng bộ a=2,5 khởi động nhẹ a=1,5 khởi động nặng Chọn phương pháp khởi động nặng với a=2,5 ta có: Dòng điện cho phép là: II. thiết bị điều khiển 1. Công tắc tơ T1,N1,T2,N2 Các thiết bị trong mạch điều khiển đều có tiếp điểm chịu được dòng ³ 27(A).Còn đối với mạch động lực các tiếp điểm phải chịu được dòng ³ 23(A). Các công tắc tơ T1,N1,T2, N2 đều có 3 tiếp điểm chính ở mạch động lực .Do đó ta phải chọn các công tắc tơ có tiếp điểm chịu được dòng ³ 23(A). Để thuận tiện trong sử dụng, khi lắp đặt và thay thế, ta sử dụng các côngtắctơ điện từ xoay chiều T1,N1,T2,N2 cùng loại KTB 132 do Liên Xô sản xuất. Số tiếp điểm chính Số tiếp điểm phụ Động lực Điều khiển Thường đóng Thường mở Uđm(V) Iđm(A) Uđk(V) 3 3 3 380 25 220 2. Rơle thời gian RTh, 1RTh Trong sơ đồ mạch điều khiển, ta sử dụng hai loại rơle thời gian: Rơle thời gian khởi động RTh có tiếp điểm thường mở mở chậm với thời gian chỉnh định từ 3 á 5 giây để phục vụ quá trình khởi động động cơ và phân mạch rơle dòng điện cực đại, chọn rơle thời gian kiểu DOMT220 của hãng SAMWHA (Hàn Quốc). Thời gian chỉnh định Số tiếp điểm Điện áp Công suất 1 á 15 giây 4 220 V 250 VA Rơle thời gian 1RTh có tiếp điểm thường mở đóng chậm với thời gian chỉnh định lớn phụ thuộc vào thời gian nạp liệu và rải liệu (5 á 30 phút). Chọn rơle thời gian kiểu SDDR của hãng SAMWHA. Kích thước của hai loại rơle thời gian 44 x 54 x 54 mm Thời gian chỉnh định Số tiếp điểm Điện áp Công suất 1 á 30 phút 4 220 V 250 VA 4. Cầu dao CD Chọn cầu dao loại 4 cực có thiết bị dập hồ quang với điện áp 500V và dòng 150A. Kích thước 100 x 140 mm 5. Nút ấn M Chọn nút ấn loại tự phục hồi SB220V của hãng Telemecanique 6. Chọn cảm biến ánh sáng: Chọn cảm biến ánh sáng E3JM của hãng OMRON có các thông số kỹ thuật được cho trong bảng sau E3JM - Kớch thước: 65x25x65 (mm) - éầu nối dõy dựng vớt. - Cú kiểu đặt thời gian trễ - Chống va đập tốt, chịu nước. éầu ra : 1 bộ tiếp điểm rơle 3A, 250 VAC Khoảng cỏch phỏt hiện : * Phản xạ khuyếch tỏn : 70cm (E3JM-DS70M4(T)) * Thu phỏt : 10m (E3JM-10M4(T)) * Phản xạ gương : 4m (phõn cực) (E3JM-R4M4(T)) Nguồn cấp : 12-240 VDC± 10%; 24-240 VAC ±10% Chỳ ý : Loại cú timer thờm "T" vào cuối mó III. thiết bị bảo vệ 1. Rơle dòng điện cực đại bảo vệ quá tải ngắn hạn xung kích 1RM, 2RM, 4RM, 5RM Dòng điện chỉnh định của các rơle I = 0,85.Ikđ = 0,85 x 5,5 Iđm = 126 A Chọn thiết bị EOCR- FDZ 140 của hãng SAMWHA với các thông số Số tiếp điểm Dòng chỉnh định Điện áp Rộng Dài 2 140A 380 V 50 mm 70 mm 2. Rơle dòng điện cực đại bảo vệ ngắn mạch 3RM, 6RM Dòng điện chỉnh định của các rơle I = 1,25.Ikđ = 1,25 x 5,5 Iđm = 185 A Chọn thiết bị EOCR-ss 200 của hãng SAMWHA với các thông số Số tiếp điểm Dòng chỉnh định Điện áp Rộng Dài 2 200A 380 V 75 mm 90 mm 3. Rơle bảo vệ điện áp RA Chọn rơle điện áp EVR-220 của hãng SAMWHA có khả năng bảo vệ điện áp thấp hoặc quá điện áp. Số tiếp điểm Điện áp bảo vệ Công suất Rộng Dài 2 160 á 280 V 250 VA 50 mm 70 mm 4.Cầu chì chọn loại HPH của Liên Xô sản xuất có dòng định mức I= 40(A).