Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển máy khoan

®å ¸n m«n häc : ®IÒu khiÓn logic Sinh viªn : T¨ng B¸ M¹nh Líp : Tù ®éng ho¸ 2_K44 NhiÖm vô thiÕt kÕ: ThiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn m¸y khoan cã c«ng nghÖ nh­ h×nh vÏ. ThiÕt kÕ b»ng ph­¬ng ph¸p ph©n tÇng, víi m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn dïng thiÕt bÞ ®iÖn - khÝ nÐn. Néi dung: ThiÕt kÕ s¬ ®å nguyªn lý. TÝnh chän thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn. ThiÕt kÕ s¬ ®å l¾p r¸p. ThuyÕt minh vµ b¶n vÏ: 1 quyÓn thuyÕt minh. 2 b¶n vÏ kü thuËt khæ A0 cho s¬ ®å nguyªn lý vµ l¾p r¸p. c¸n bé h­íng dÉn: ThÇy phan cung LêI Më §ÇU HiÖn nay, ®Ó ®¸nh gi¸ tr×nh ®é ph¸t triÓn cña mçi quèc gia,kh«ng thÓ kh«ng ®¸nh gi¸ tr×nh ®é ph¸t triÓn Tù ®éng ho¸ ë quèc gia ®ã. Sù ph¸t triÓn cña mçi c«ng ty còng phô thuéc nhiÒu vµo møc ®é tù ®éng ho¸. Nã gãp phÇn t¨ng n¨ng suÊt lao ®éng,h¹n chÕ tèi ®a nh÷ng thao t¸c mµ ng­êi c«ng nh©n cÇn xö lý. §Æc biÖt trong c¸c ngµnh nh­: c¬ khÝ, dÖt may, giao th«ng….th× tù ®éng ho¸ lµ mét nhiÖm vô thiÕt yÕu. Trong c¸c xÝ nghiÖp c«ng nghiÖp, m¸y khoan ®ãng vai trß kh¸ quan träng. Khoan ®­îc sö dông nhiÒu trong c¸c c«ng nghÖ, tuy phøc t¹p nh­ng cã tÝnh chÊt chu kú, v× vËy cÇn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn cña m¸y. ViÖc thiÕt kÕ ph¶i ®¶m b¶o an toµn,tiÖn lîi,vµ kinh tÕ nhÊt. Trong c¸c ph­¬ng ph¸p thiÕt kÕ, ph­¬ng ph¸p “ph©n tÇng “lµ ph­¬ng ph¸p ®¬n gi¶n, hiÖu qu¶ vµ trùc quan nhÊt. Trong qu¸ tr×nh lµm ®å ¸n, ®­îc sù gióp ®ì nhiÖt t×nh cña thÇy gi¸o h­íng dÉn vµ c¸c b¹n, em ®· hoµn thµnh ®­îc b¶n ®å ¸n nµy.Tuy nhiªn, do thêi gian vµ tr×nh ®é cã h¹n, b¶n ®å ¸n kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. Em mong nhËn ®­îc sù gãp ý cña c¸c thÇy c« gi¸o vµ c¸c b¹n. Ch­¬ng 1 M« t¶ hÖ thèng khiÒu khiÓn m¸y khoan 4 lç Nguyªn lÝ ho¹t ®éng: Khi cã tÝn hiÖu khëi ®éng m, c¶m biÕn vÞ trÝ a0, b0 ,c0 nhËn ®­îc tÝn hiÖu mòi khoan b¾t ®Çu ®i xuèng, ch¹m c¶m biÕn vÞ trÝ a1, c¶m biÕn nµy cã tÝn hiÖu mòi khoan b¾t ®Çu ®i lªn, khi ®i lªn mòi khoan ch¹m c¶m biÕn vÞ trÝ a0, c¬ cÊu mòi khoan b¾t ®Çu ®i sang ngang thùc hiÖn qu¸ tr×nh B+, gÆp c¶m biÕn vÞ trÝ b1, mòi khoan ®i xuèng, thùc hiÖn qu¸ tr×nh A+, cho ®Õn khi gÆp c¶m biÕn vÞ trÝ a1, mòi khoan ®i lªn, thùc hiÖn qu¸ tr×nh A- , cho ®Õn khi gÆp c¶m biÕn vÞ trÝ a0, c¬ cÊu mòi khoan ®i vµo thùc hiÖn qu¸ tr×nh C+, cho ®Õn khi gÆp c¶m biÕn vÞ trÝ c1, mòi khoan ®i xuèng, thùc hiÖn qu¸ tr×nh A+, cho ®Õn khi gÆp c¶m biÕn vÞ trÝ a1, mòi khoan ®i lªn cho ®Õn khi gÆp c¶m biÕn vÞ trÝ a0, c¬ cÊu mòi khoan b¾t ®Çu chuyÓn dÞch sang tr¸i, thùc hiÖn qu¸ tr×nh B- cho ®Õn khi gÆp c¶m biÕn vÞ trÝ b0, mòi khoan b¾t ®Çu ®i xuèng thùc hiÖn qu¸ tr×nh A+ cho ®Õn khi gÆp c¶m biÕn vÞ trÝ a1, mòi khoan ®i lªn, thùc hiÖn qu¸ tr×nh A- cho ®Õn khi gÆp c¶m biÕn vÞ trÝ a0, c¬ cÊu mòi khoan chuyÓn dÞch ®i ra, thùc hiÖn qu¸ tr×nh C- cho ®Õn khi gÆp c¶m biÕn vÞ trÝ c0 lµ hoµn thµnh mét chu tr×nh. §Õn ®©y c¸c qu¸ tr×nh ®­îc thùc hiÖn lÆp l¹i nh­ trªn. Ch­¬ng 2. ThiÕt kÕ s¬ ®å nguyªn lý 1.Giíi thiÖu: Khi gÆp nh÷ng ®èi t­îng c«ng nghÖ míi, ng­êi ®Æt hµng th­êng chØ nªu nh÷ng yªu cÇu cña ®èi t­îng cÇn ph¶i tho¶ m·n.Trong s¬ ®å nguyªn lÝ cã thÓ cã nh÷ng tr¹ng th¸i ®Çu vµo gièng nhau vµ ®Çu ra kh¸c nhau, v× vËy cÇn mét ph­¬ng ¸n ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò trªn, ®ã lµ ph­¬ng ph¸p ph©n tÇng. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÇng sö dông biÕn trung gian , ®Ó ph©n biÖt c¸c tr¹ng th¸i cã ®Çu vµo gièng nhau, vµ m« t¶ theo chu tr×nh ho¹t ®éng cña c«ng nghÖ. Gäi a0,a1 lÇn l­ît lµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh A+,A- Gäi b0,b1 lÇn l­ît lµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh B+,B- Gäi c0,c1 lÇn l­ît lµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh C+,C- Víi c¸ch qui ­íc nh­ trªn bµi to¸n cã 6 biÕn ®iÒu khiÓn, 6 biÕn ®Çu ra (A+,A-,B+,B-,C+,C-) Ta cã graph chuyÓn tr¹ng th¸i nh­ d­íi ®©y: : C¸c tr¹ng th¸i cã ®Çu vµo gièng nhau: Tr¹ng th¸i 1 vµ 3, tr¹ng th¸i 4 vµ 6, tr¹ng th¸i 7 vµ 9, tr¹ng th¸i 10 vµ 12 . Ta dïng 2 biÕn trung gian x, y ®Ó biÕn nh÷ng tr¹ng th¸i n­íc ®«i thµnh tr¹ng th¸i n­íc ®¬n. Nhê 2 biÕn trung gian x vµ y nµy, c¸c tr¹ng th¸i sÏ cã ®Çu vµo kh¸c nhau, ®ã chÝnh lµ 1 ®Æc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p ph©n tÇng. Ta cã sù ph©n chia c¸c tr¹ng th¸i nh­ sau : Ta cã chu tr×nh ho¹t ®éng ®­îc miªu t¶ nh­ sau : Tõ ®ã ta cã hµm cña c¸c tr¹ng th¸i nh­ sau : Tr¹ng th¸i 1 = c0 xy Tr¹ng th¸i 2 = Tr¹ng th¸i 3 = a0 Tr¹ng th¸i 4 = b1 Tr¹ng th¸i 5 = Tr¹ng th¸i 6 = a0 Tr¹ng th¸i 7 = c1 Tr¹ng th¸i 8 = Tr¹ng th¸i 9 = a0 Tr¹ng th¸i 10 = b0x Tr¹ng th¸i 11 = xy Tr¹ng th¸i 12 = a0xy X+ = a1 X- = a1xy Y+ = a1x Y- = a1 Tõ ®ã ta cã hµm cho c¸c biÕn nh­ sau : Hµm cho biÕn ra A+ : f( A+) = c0xy + b1+ c1+ b0x (f( A+) = hµm 1 + hµm 4 + hµm 7 + hµm 10 ) Hµm cho biÕn ra A-: f( A-) =++ + xy =1 .Ta hiÖu chØnh l¹i f( A-) = a1 (f( A-) = hµm 2 + hµm 5 + hµm 8 + hµm 11) Hµm cho biÕn ra B+ : f( B+) = a0 ( f( B+) = hµm 3 ) Hµm cho biÕn ra B-: f( B-) = a0 ( f( B-) = hµm 9 ) Hµm cho biÕn ra C+: f( C+) = a0 ( f( C+) = hµm 6 ) Hµm cho biÕn ra C-: f( C-) = a0xy ( f( C-) = hµm 12 ) Hµm cho biÕn trung gian X+ : f( X+)= a1 Hµm cho biÕn trung gian X- : f( X-)= a1xy Hµm cho biÕn trung gian Y+: f( Y+) = a1x Hµm cho biÕn trung gian Y-: f( Y-) = a1 Tõ c¸c hµm cña c¸c biÕn ra vµ biÕn trung gian nh­ trªn ta cã s¬ ®å nguyªn lÝ nh­ sau : Ch­¬ng3 TÝnh chän thiÕt bÞ vµ thiÕt kÕ m¹ch l¾p r¸p A.TÝnh chän thiÕt bÞ: 1.Chän c¸c phÇn tö logic: Trong s¬ ®å m¹ch trªn ,cã sö dông c¸c phÇn tö logic d­íi ®©y: +M¹ch sö dông 12 cæng AND 3 ®Çu vµo, ta sö dông 4 m¹ch tÝch hîp 7411. KÝ hiÖu ch©n nh­ h×nh vÏ. Nguån nu«i: Vcc= 5V ± 5% (Vcc- 14) GND = 0V (GND-7) D¶i nhiÖt ®é: To = 0oC¸70oC. +M¹ch sö dông 1 cæng OR: Ta sö dông 1 m¹ch tÝch hîp 7432 ®Ó thùc hiÖn 1 cæng OR. KÝ hiÖu ch©n cña IC7432 nh­ sau: Nguån nu«i: Vcc= 5V ± 5% (Vcc- 14) GND = 0V (GND-7) D¶i nhiÖt ®é: To = 0oC¸70oC. - Chän 3 IC SN7474(2 trig¬ JK) hä TTL cã nguån nu«i 5V. - Chän 12 Tranzistor lo¹i C338 cã nguån nu«i 12V. - Chän 6 §ièt lo¹i KYZ70 C¸c vi m¹ch nµy ®­îc l¾p trªn 1 m¹ch, c¸c ch©n ®­îc hµn theo s¬ ®å nguyªn lý t¹o thµnh mét khèi víi c¸c ch©n tÝn hiÖu vµo, ra. 2.Chän c«ng t¾c hµnh tr×nh: C«ng t¾c hµnh tr×nh lµ lo¹i D4A- N cña h·ng OMRON (NhËt B¶n), trong hÖ thèng ta sö dông 6 c«ng t¾c hµnh tr×nh. C¸c th«ng sè cña c«ng t¾c ®­îc cho d­íi ®©y: Dßng ®ãng më cùc ®¹i 5A §iÖn ¸p cùc ®¹i 120VDC Tuæi thä 3 triÖu lÇn 3.Chän r¬le trung gian vµ bé khuÕch ®¹i tÝn hiÖu: V× c¸c r¬le A+, A-, B+, B-, C+, C-, chØ thùc hiÖn viÖc ®ãng më ®Ó cÊp ®iÖn cho cuén hót d©y nam ch©m ®iÖn ®Çu van, nhê ®ã ®ãng më van ®Ó ph©n phèi khÝ nªn ta cã thÓ chän c¸c r¬le nµy cïng mét lo¹i. ë ®©y ta chän lo¹i r¬le G40 cña h·ng OMRON (NhËt B¶n), c¸c th«ng sè cña r¬le ®­îc cho d­íi ®©y: Dßng cùc ®¹i qua tiÕp ®iÓm 5A §iÖn ¸p tiÕp ®iÓm cùc ®¹i 300VDC §iÖn ¸p cuén hót danh ®Þnh 12VDC Dßng ®iÖn danh ®Þnh cuén hót 100mA Sè cùc 2 Sè lÇn ®ãng c¾t 500.000 4.Chän van ph©n phèi: Ta chän van ph©n phèi lo¹i CPE14-M1H-5J-QS8 (cã h×nh vÏ d­íi) cña h·ng Festo (§øc). §©y lµ lo¹i van víi 1 ®Çu lµ ®Çu vµo khÝ nÐn, 2 ®Çu nèi lµ c¸c ®Çu ra cña khÝ nÐn cßn 2 ®Çu nèi cßn l¹i lµ c¸c ®Çu x¶ khÝ. C¸c th«ng sè cña thiÕt bÞ ®­îc cho trong b¶ng d­íi ®©y: Nguyªn t¾c khëi ®éng / reset solenoid D¶i ¸p suÊt lµm viÖc 2¸6bar D¶i nhiÖt ®é xung quanh cho phÐp -5¸50oC §iÖn ¸p lµm viÖc 110VAC L­u l­îng khÝ danh ®Þnh 1500l/min 5.Chän thiÕt bÞ chÊp hµnh: Trong c¬ cÊu truyÒn ®éng, ta sÏ sö dông 3 pitt«ng hai chiÒu t¸c dông DNU-100-500PPV-A (cã h×nh vÏ d­íi) cña tËp ®oµn Festo (§øc). C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña thiÕt bÞ nh­ sau: ChiÒu dµi toµn bé pitt«ng 734mm ChiÒu dµi chu tr×nh lµm viÖc 500mm §­êng kÝnh trôc 25mm D¶i ¸p suÊt lµm viÖc 0,2¸12bar D¶i nhiÖt ®é xung quanh cho phÐp -20¸80oC Lùc hiÖu dông ë ¸p suÊt 6 bar khi ch¹y thuËn 4496N Lùc hiÖu dông ë ¸p suÊt 6 bar khi ch¹y nghÞch 4221N L­îng khÝ tiªu tèn trong chu tr×nh thuËn 29,5l L­îng khÝ tiªu tèn trong chu tr×nh ng­îc 28,15l 6. Chän nót Ên: Chän c¸c nót Ên lo¹i tù phôc håi SB220V cña h·ng Telemecanique B. s¬ ®å l¾p r¸p ThiÕt kÕ l¾p r¸p lµ c«ng viÖc cuèi cïng khi thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn. Khi thiÕt kÕ l¾p r¸p cÇn ph¶i ®¶m b¶o n©ng cao c¸c yªu cÇu vÒ chØ tiªu chÊt l­îng vµ ph¶i chÊp hµnh ®Çy ®ñ c¸c tiªu chuÈn, c¸c quy ph¹m kü thuËt hiÖn hµnh cña Nhµ n­íc vÒ l¾p ®Æt thiÕt bÞ ®iÖn. a)Lùa chän vÞ trÝ l¾p ®Æt thiÕt bÞ: C¸c thiÕt bÞ ®éng lùc ®Ó truyÒn ®éng c¬ cÊu s¶n xuÊt cïng víi c¸c c«ng t¾c hµnh tr×nh, c¸c nót Ên ®iÒu khiÓn ph¶i ®­îc bè trÝ trùc tiÕp trªn c¬ cÊu s¶n xuÊt. ViÖc bè trÝ c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn trªn tñ ®iÖn dùa vµo c¸c nguyªn t¾c sau: Nguyªn t¾c nhiÖt ®é: C¸c thiÕt bÞ to¶ nhiÖt lín khi lµm viÖc ph¶i ®Ó ë phÝa trªn, c¸c thiÕt bÞ cã chÞu ¶nh h­ëng lín vÒ nhiÖt ®é cÇn ph¶i ®Æt xa c¸c nguån sinh nhiÖt. Nguyªn t¾c träng l­îng: C¸c thiÕt bÞ nÆng ph¶i ®Æt d­íi thÊp ®Ó t¨ng c­êng ®é v÷ng ch¾c cña b¶ng ®iÖn, gi¶m nhÑ c¸c ®iÒu kiÖn ®Ó cè ®Þnh chóng. Nèi d©y tiÖn lîi: §­êng nèi d©y ng¾n nhÊt vµ Ýt chång chÐo nhau. Dùa vµo c¸c nguyªn t¾c trªn, ta tiÕn hµnh bè trÝ thiÕt bÞ trªn panel. Khi bè trÝ thiÕt bÞ cÇn ph©n thµnh tõng nhãm riªng biÖt ®Ó tiÖn viÖc söa ch÷a, thay thÕ... C¸c phÇn tö trong mét nhãm ph¶i bè trÝ gÇn nhau nhÊt sao cho d©y nèi gi÷a chóng lµ ng¾n nhÊt. Gi÷a c¸c nhãm kh¸c nhau ph¶i bè trÝ sao cho thuËn tiÖn cho viÖc tiÕn hµnh l¾p ®Æt, söa ch÷a, hiÖu chØnh. B¶ng vÏ bè trÝ ph¶i vÏ theo mét tû lÖ xÝch tiªu chuÈn trong ®ã ph¶i ghi râ c¸c kÝch th­íc h×nh chiÕu cña thiÕt bÞ, c¸c kÝch th­íc lç ®Þnh vÞ trªn tÊm l¾p, c¸c kÝch th­íc t­¬ng quan gi÷a chóng còng nh­ kÝch th­íc ngoµi cña tÊm l¾p. C¸c phÇn tö tiÕp ®iÓm r¬le, c«ngt¾ct¬... ®­îc vÏ trªn s¬ ®å l¾p r¸p thµnh nh÷ng h×nh ch÷ nhËt víi tû lÖ xÝch ®· chän trªn ®ã thÓ hiÖn c¸c cuén d©y, c¸c tiÕp ®iÓm chÝnh, tiÕp ®iÓm phô kÌm theo sè c¸c cùc nèi cña chóng trïng víi sè trªn s¬ ®å nguyªn lý. S¬ ®å l¾p r¸p cña m¹ch ®iÒu khiÓn hÖ thèng: Trªn c¬ së ®· lùa chän cô thÓ vÞ trÝ l¾p ®Æt vµ chän cô thÓ c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn vµ b¶o vÖ, ta cã thÓ x©y dùng b¶n vÏ bè trÝ thiÕt bÞ trªn tÊm l¾p cã khai triÓn ®Õn c¸c cùc nèi d©y nh­ s¬ ®å. KÕT LUËN Sau mét qu¸ tr×nh häc tËp vµ nghiªn cøu, cïng víi sù h­íng dÉn tËn t×nh cña thÇy PHAN CUNG vµ sù gióp ®ì cña c¸c b¹n, em ®· hoµn thµnh c¸c nhiÖm vô ®­îc giao: ThiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng cho m¸y khoan bèn mòi. Trong b¶n ®å ¸n nµy, em ®· thùc hiÖn ®­îc c¸c nhiÖm vô sau: T×m hiÓu c«ng nghÖ vµ yªu cÇu ®èi víi hÖ thèng m¸y khoan. Dïng ph­¬ng ph¸p ph©n tÇng ®Ó tæng hîp m¹ch ®iÒu khiÓn. ThiÕt kÕ s¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®éng lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn hÖ thèng. Lùa chän c¸c thiÕt bÞ chÊp hµnh, c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn vµ b¶o vÖ hÖ thèng X©y dùng s¬ ®å l¾p r¸p vµ b¶ng nèi d©y. Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn, ch¾c ch¾n b¶n th©n em kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt, em rÊt mong nhËn ®­îc nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp cña c¸c thÇy vµ c¸c b¹n ®Ó b¶n ®å ¸n nµy hoµn thiÖn h¬n. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n ! Hµ Néi, ngµy 18 th¸ng 6 n¨m 2003 Sinh viªn T¨ng B¸ M¹nh Tµi liÖu tham kh¶o §iÒu khiÓn logic vµ øng dông PGS - TS NguyÔn Träng ThuÇn Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc Kü thuËt, Hµ Néi 2000. §iÒu khiÓn tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn TrÞnh §×nh §Ò, Vâ TrÝ An Nhµ xuÊt b¶n §¹i häc vµ Trung häc chuyªn nghiÖp, Hµ Néi 1986. C¸c CD-ROM catalogue tra cøu thiÕt bÞ khÝ nÐn vµ ®iÖn cña c¸c h·ng OMRON, FESTO, MITSUBISHI. Lewin, D. - Logical design of switching circuits Nhµ xuÊt b¶n MacMillan, 1986.