TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ CÔNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHOAN TỰ ĐỘNG Trưởng môn : TS Trần Trọng Minh Giáo viên hướng dẫn : TS.Đỗ Trọng Hiếu Sinh viên thực : Bùi Văn Hải Lớp : CN ĐK & TĐH 1- K57 MSSV : 20146916 Hà Nội, 6-2016 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống điều khiển khoan lỗ em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo Đỗ Trọng Hiếu Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác.Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiêm Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Sinh viên thực Bùi Văn Hải LỜI NÓI ĐẦU Trong xã hội ngày thiết bị khí nén ngày có nhiều ứng dụng ngành giao thông, xây dựng, khai mỏ… với ưu điểm lực nâng lớn, lắp đặt đơn giản nên thiết bị khí nén la ưu tiên hàng đầu máy móc đòi hỏi lực không lớn Ngoài để điều khiển dễ dàng nhờ phối hợp thiết bị điện – khí nén thống qua van khiến cho việc điều khiển trở nên linh hoạt tiết kiệm đặc biệt phối hợp điều khiển điện – khí nén – PLC hệ thống vô đơn giản linh hoạt Xuất phát từ thực tế, đồng ý thầy TS Đỗ Trọng Hiếu môn học “ Đồ Án Tốt Nghiệp” chúng em lựa chọn đề tài “ Thiết kế hệ thống điều khiển công nghệ khoan lỗ” với nội dung bao gồm phần: Chương 1: Tìm hiểu công nghệ Chương 2: Lựa chọn thiết bị Chương 3: Thiết kế lập trình điều khiển Chương 4: Sơ đồ dây lắp ráp thiết bị Với cố gắng nỗ lực thân với giúp đỡ thầy TS Đỗ Trọng Hiếu em hoàn thành đồ án Tuy nhiên đồ án tránh khỏi thiếu sót nên em mong đánh giá nhận xét thầy để đồ án em hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy TS Đỗ Trọng Hiếu tận tình giúp đỡ em hoàn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .3 CHƯƠNG TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ .1 CHƯƠNG LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VỚI PLC 17 CHƯƠNG SƠ ĐỒ ĐI DÂY VÀ LẮP RÁP THIẾT BỊ 32 KẾT LUẬN 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 CHƯƠNG TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Đặc điểm công nghệ số ứng dụng Máy khoan sử dụng rộng dãi ngành công nghiệp, khoan bo mạch điện tử, phân xưởng gia công kim loại hay nhà máy chế biến gỗ Cũng máy móc khí khác như: tiện, phay, bào tự động hóa với máy khoan Ngày với công nghệ khoa học ngày phát triển, người chế tạo loại máy làm việc gần tự động hoàn toàn với độ xác cao máy CNC khoan chi tiết máy khoan thông thường Các máy khoan tự động hóa theo dây chuyền nhằm tăng suất giảm lao động cho người Máy khoan làm việc môi trường khắc nhiệt như: độ ẩm nhiệt độ cao, bụi bẩn, rung lắc, tiếng ồn lớn Bởi vấn đề trang bị điện chi tiết học phải đảm bảo độ bền học cao, động truyền động phải chịu tải Do máy khoan tự động hóa nên tần số làm việc lớn yêu cầu phải đảm bảo độ tin cậy cao Bên cạnh máy khoan sử dựng nhà phân xưởng nhiều máy khoan dùng ngành địa chất, khoan thăm dò dầu khí, hầm mỏ, xây dựng khoan nhồi cọc bê tông 1.1.2 Một số phương pháp khoan a Khoan phương pháp thủ công Bằng cách sử dụng thiết bị khoan tay người ta tạo nên lỗ tròn chi tiết cần gia công Ưu điểm phương pháp thiết bị đơn giản dễ chế tạo, giá thành thấp,việc sử dụng đơn giản không cần đào tạo Nhược điểm suất thấp, tốn nhiều nhân công khả công nghiệp không có, sử dụng mục đích dân dụng quy mô nhỏ Hình 1.1 Khoan thủ công b Khoan cỡ nhỏ Bằng phát triển công nghệ máy móc người chế tạo thiết bị khoan nhỏ gọn suất cao thiết bị khoan thủ công Tính linh động loại khoan cao thi công vị trí hẹp di chuyển dễ dàng Nhược điểm loại khoan không gia công lỗ khoan lớn, suất không cao, chưa thể phục vụ công nghiệp hóa Hình 1.2 khoan tay sử dụng điện c Khoan cỡ trung Máy sử dụng rộng dãi xưởng sản xuất vừa nhỏ Kích thước vừa phải dễ dàng bố trí vị trí thích hợp, sử dụng dễ dàng, suất thấp độ xác cao, kích thước mũi khoan đa dạng, phục vụ công nghiệp Hình 1.3 Máy khoan bàn d Máy khoan CNC Bằng phát triển công nghệ ứng dụng.con người đưa máy tính vào để thay người tính toán thực công việc lập trình sẵn nhanh chóng xác Do phát triển tính công nghiệp ngày cao nên việc đưa máy tính vào kết hợp với máy khoan cần thiết mà máy khoan CNC đời Khoan CNC ưu điểm tính công nghiệp cao, khâu quan trọng xưởng gia công nhà máy gia công chế tạo,máy khoan CNC tính tự động hóa cao nên sử dụng nhân công giảm thiểu sức lao động cho công nhân, suất lớn tính xác cao Nhược điểm chế tạo khó khăn, giá thành cao, người công nhân vận hành máy cần phải đào tạo Hình 1.4 Máy khoan CNC e khoan khí Máy để khoan phôi kim loại vật liệu khác, máy khoan khoan rộng lỗ vật đúc, vật rèn, vật dập, doa, xoay, tiện rộng, tiện rộng lỗ, cắt ren… Bằng loại công cụ tiêu chuẩn mũi khoan, mũi doa, mũi khoét,vv Khi khoan, phôi yên, mũi hoan vùa quay tròn thực chuyển động chính, vừa tịnh tiến xuống thực chuyển động chạy dao Cơ cấu chạy dao tay hay tự động Độ xác gia công từ cấp trở xuống Có thể phân loại máy khoan thành: Máy khoan vạn năng, máy chuyên môn hóa máy chuyên dùng Máy khoan vạn có: Khoan đứng, khoan cần Máy khoan chuyên môn hóa có: Máy khoan tổ hợp, Máy khoan tự động Máy khoan chuyên dùng có: Máy khoan lỗ sâu máy khoan nhiều trục Máy khoan chia theo cách bố trí trục số lượng trục máy khoan đứng, máy khoan ngang Hình 1.5 Máy khoan khí 1.2 Tìm hiểu công nghệ 1.2.1 Nguyên lý hoạt động công nghệ khoan lỗ Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động Pít tông A thực đưa mũi khoan lên xuống, pít tông B thực mũi khoan sang trái phải Pít tông C thực đưa mũi khoan vào Khi ấn nút strart, hệ thống thực khoan lỗ vào trong-ra Khi ấn nút Start, hệ thống thực khoan lỗ theo thứ tự I, II, II, IV lặp lại Khi ấn nút Stop hệ thống dừng 1.2.2 Yêu cầu điều khiển Với công nghệ nêu để điều khiển toán em dùng khí nén để điều khiển hệ thống • • • • • • • Ưu điểm Bảo dưỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện Không yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật nguồn lượng ÷ bar Khả tải lớn động khí Độ tin cậy cao, gặp trục trặc kỹ thuật Tuổi thọ lớn Tính đồng lượng cấu chấp hành phần tử chức báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc môi trường dễ nổ, môi trường đảm bảo vệ sinh cao • Có khả truyền tải lượng xa độ nhớt động học khí nén nhỏ tổn thất áp suất đường nhỏ • Do trọng lượng phần tử điều khiển khí nén hệ thống nhỏ khả giãn nở áp suất khí nén lớn nên truyền động đạt vận tốc cao • Nhược điểm khí nén • Thời gian đáp ứng chậm so với điển tử • Khả lập trình cồng kềnh so với điện tử điều khiển theo chương trình có sẵn khả điều khiển phức tạp • Khả tích hợp hệ điều khiển phức tạp cồng kềnh • Lực truyền tải trọng thấp • Dòng khí nén thoát đường dẫn gây tiếng ồn lớn • Khó điều khiển trình trung gian hai ngưỡng Chương Thiết kế lập trình điều khiển với PLC 3.2.3 Tổng hợp hàm điều khiển dựa vào Grafcet S0+ = g + c0S6 S0- = S1 S0 = (g + c0S6 + S0) S1 S1+ = [(m + a0 b0 c0 + S1) + b1 S3 + c1S4 + b0S5] S1 = S S1 = [(m + a0 b0 c0) + b1 S3 + c1S4 + b0S5] S2 S2+ = a1.S1 S2 = S + S + S + S S2= (a1.S1 + S2) S3 S4 S5 S6 S3+ = a0 b0 c0.S2 S3 = S S3= (a0 b0 c0.S2 + S3).S1 S4+ = a0 b1 c0.S2 S4 = S S4= (a0 b1 c0.S2 + S4).S1 S5+ = a0 b1 c1.S2 S5 = S S5= (a0 b1 c1.S2 + S5).S1 S6+ = a0 b1 c1.S2 S6 = S S6= (a0 b1 c1.S2 + S6).S0 Chương Thiết kế lập trình điều khiển với PLC 3.3 Phân cổng vào cho PLC 3.3.1 Phân cổng đầu vào Bảng 3.1 Bảng phân cổng đầu vào STT LOẠI THIẾT BỊ KÝ ĐỊA CHỈ HIỆU CHỨC NĂNG Nút ấn Start X000 Khởi động hệ thống Nút ấn Stop X001 Dừng hệ thống Nút ấn Reset X011 Reset hệ thống Công tắc hành trình a0 X002 Giới hạn hành trình thu xylanh A Công tắc hành trình a1 X003 Giới hạn hành trình xylanh A Công tắc hành trình b0 X004 Giới hạn hành trình thu xylanh B Công tắc hành trình b1 X005 Giới hạn hành trình xylanh B Công tắc hành trình c0 X006 Giới hạn hành trình thu xylanh C Công tắc hành trình c1 X007 Giới hạn hành trình xylanh C Chương Thiết kế lập trình điều khiển với PLC 3.3.2 Phân cổng đầu Bảng 3.2 Bảng phân cổng đầu STT LOẠI THIẾT BỊ KÝ HIỆU ĐỊA CHỈ CHỨC NĂNG Role K1 Y002 Điều khiển xylanh A xuống Role K2 Y003 Điều khiển xylanh A Role K3 Y004 Điều khiển xylanh B Role K4 Y005 Điều khiển xylanh C Role K5 Y006 Điều khiển xylanh B Role K6 Y007 Điều khiển xylanh B Chương Thiết kế lập trình điều khiển với PLC 3.4 Chương trình điều khiển PLC • Khởi động hệ thống • Bắt đầu làm việc Chương Thiết kế lập trình điều khiển với PLC • A xuống • Xylanh A Chương Thiết kế lập trình điều khiển với PLC • Xylanh B • Xylanh C Chương Thiết kế lập trình điều khiển với PLC • Xylanh B thu • Xylanh C thu 3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch lực Chương Thiết kế lập trình điều khiển với PLC Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý mạch lực Chương Sơ đồ dây lắp ráp thiết bị CHƯƠNG SƠ ĐỒ ĐI DÂY VÀ LẮP RÁP THIẾT BỊ 4.1 Sơ đồ đấu dây PLC với thiết bị Hình 4.1 Sơ đồ dây kết nối với PLC Chương Sơ đồ dây lắp ráp thiết bị 4.2 Sơ đồ dây role trung gian với van điện khí nén 5/2 Hình 4.2 Sơ đồ dây role trung gian với van Các tiếp điểm thường mở ( chân 5-9) role đấu với cuộn hút Van 5/2 để điều khiển hoạt động xylanh Chương Sơ đồ dây lắp ráp thiết bị 4.3 Lắp ráp thiết bị a Tổng quan mô hình Hình 4.3 Tổng quan mô hình Trong hình tất thiết bị đấu với Các công tắc hành trình nút ấn start, stop, reset cắm vào cổng vào PLC Các chân cuộn hút role đấu vào đầu PLC từ role đấu vào chân cuộn hút để điều khiển xylanh Động đấu qua chân 6-10 role trung gian (K1) từ K1 đấu với nguồn để cấp điện áp cho động Chương Sơ đồ dây lắp ráp thiết bị b Đấu nối van 5/2 với role trung gian Hình 4.4 Đấu nối van 5/2 với role trung gian Chương Sơ đồ dây lắp ráp thiết bị • Để Van 5/2 điều khiển xylanh A khí nén cuộn hút SOL1 cắm vào trạng thái xy lanh khí nén cuộn hút SOL2 cắm vào trạng thái thu xylanh Để cấp nguồn cho van điều khiển xylanh A ra, cuộn hút SOL1 đấu vào tiếp điểm thường mở ( 5-9) role K1 Cổng PLC Y2 điều khiển cấp nguồn cho K1 Để cấp nguồn cho van điều khiển xylanh A thu về, cuộn hút SOL2 đấu vào tiếp điểm thường mở ( 5-9) role K2 Cổng PLC Y3 điều khiển cấp nguồn cho K1 • Để Van 5/2 điều khiển xylanh B khí nén cuộn hút SOL3 cắm vào trạng thái xy lanh khí nén cuộn hút SOL4 cắm vào trạng thái thu xylanh Để cấp nguồn cho van điều khiển xylanh A ra, cuộn hút SOL3 đấu vào tiếp điểm thường mở ( 5-9) role K3 Cổng PLC Y4 điều khiển cấp nguồn cho K1 Để cấp nguồn cho van điều khiển xylanh A thu về, cuộn hút SOL4 đấu vào tiếp điểm thường mở ( 5-9) role K4 Cổng PLC Y5 điều khiển cấp nguồn cho K1 • Để Van 5/2 điều khiển xylanh C khí nén cuộn hút SOL5 cắm vào trạng thái xy lanh khí nén cuộn hút SOL6 cắm vào trạng thái thu xylanh Để cấp nguồn cho van điều khiển xylanh A ra, cuộn hút SOL5 đấu vào tiếp điểm thường mở ( 5-9) role K5 Cổng PLC Y6 điều khiển cấp nguồn cho K1 Để cấp nguồn cho van điều khiển xylanh A thu về, cuộn hút SOL6 đấu vào tiếp điểm thường mở ( 5-9) role K6 Cổng PLC Y7 điều khiển cấp nguồn cho K1 Kết luận KẾT LUẬN Sau thời gian làm “ Đồ án tốt nghiệp” nhiệm vụ yêu cầu toán đặt giải Tuy nhiên nhiều thiếu sót hạn chế Về phương pháp điều khiển nêu phương pháp điều khiển tự động, công nghệ hoạt động theo chương trình nạp sẵn vào PLC mà thiếu sót phương pháp điều khiển bán tự động hệ thống giám sát Tuy nhiên tài liệu tham khảo nên đồ án em nhiều hạn chế sai sót em mong đánh giá nhân xét thầy để đồ án em hoàn thiện Một lần em xin gửi lời cảm ơn đến thầy TS Đỗ Trọng Hiếu tận tình giúp đỡ bảo em hoàn thiện đồ án Phụ lục TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS – TS Nguyễn Trọng Thuần – Điều khiển logic ưng dụng, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2000 Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn – Truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội 1999 Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi – Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội 1999 Nguyễn Đăng Thuần, Ngyễn Ý, Trịnh Đình Đề - Trang bị điện tự động hóa máy móc công nghiệp, Đại học Bách Khoa, Hà Nội 1971 [...]... Lựa chọn thiết bị 2.1.6 Động cơ Ta sử dụng động cơ 1 chiều kích tù độc lập bằng nam châm vĩnh cửu, điện áp 12V Hình 2.6 Động cơ khoan • Thông số kỹ thuật của khoan • Chiều dài: 110 (mm) • Đường kính thân : 30,5 (mm) • Trọng lượng: 300g • Kẹp tối thiểu Đường kính: 0,6mm Chương 2 Lựa chọn thiết bị • Đường kính kẹp tối đa: 6,5mm • Điện áp: 12V • Dòng điện: 2A 2.1.7 Bộ nguồn Trong mô hình, các thiết bị... năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu vào nhập và đầu ra xuất được đáp ứng trong khả năng trên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tự động Chương 3 Thiết kế và lập trình điều khiển với PLC 3.1.2 Một số ứng dụng của PLC a Dây chuyền đóng nút chai tự động được điều khiển bằng PLC Hình 3.2 Dây chuyền... và cả USB Các phương pháp lập trình như: Ladder, Instruction, SFC Chương 3 Thiết kế và lập trình điều khiển với PLC 3.2 Thiết kế chương trình bằng phần mềm PLC Mitsubishi 3.2.1 Lập Grafcet 1 Hình 3.7 Sơ đồ Grafcet 1 Chương 3 Thiết kế và lập trình điều khiển với PLC 3.2.2 Lập Grafcet 2 Hình 3.8 Sơ đồ Grafcet II Chương 3 Thiết kế và lập trình điều khiển với PLC 3.2.3 Tổng hợp hàm điều khiển dựa vào Grafcet... bằng PLC Hình 3.2 Dây chuyền đóng nút chai tự động b Bãi đỗ xe thông minh được điều khiển bằng PLC Hình 3.3 Bãi đỗ xe thông minh Chương 3 Thiết kế và lập trình điều khiển với PLC c Dây chuyền sản xuất xi măng được điều khiển bằng PLC Hình 3.4 Dây chuyền sản xuất xi măng d Dây chuyền sản xuất sữa điều khiển bằng PLC Hình 3.5 Dây chuyền sản xuất sữa Chương 3 Thiết kế và lập trình điều khiển với PLC 3.1.1... Thiết kế và lập trình điều khiển với PLC 3.4 Chương trình điều khiển PLC • Khởi động hệ thống • Bắt đầu làm việc Chương 3 Thiết kế và lập trình điều khiển với PLC • A đi xuống • Xylanh A đi về Chương 3 Thiết kế và lập trình điều khiển với PLC • Xylanh B đi ra • Xylanh C đi ra Chương 3 Thiết kế và lập trình điều khiển với PLC • Xylanh B thu về • Xylanh C thu về 3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch lực Chương 3 Thiết. .. RS232C, RS485 Chương 2 Lựa chọn thiết bị Hình 2.10 PLC mitsubishi FX3U Chương 3 Thiết kế và lập trình điều khiển với PLC CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VỚI PLC 3.1 Tổng quan về PLC Mitsubishi PLC là bộ điều khiển lập trình “ Programmable Logic Controller” Bộ điều khiển lập trình là một thiết bị mà người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt hay trình tự các sự kiện các sự kiện này... khiển với PLC • Xylanh B thu về • Xylanh C thu về 3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch lực Chương 3 Thiết kế và lập trình điều khiển với PLC Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý mạch lực Chương 4 Sơ đồ đi dây và lắp ráp thiết bị CHƯƠNG 4 SƠ ĐỒ ĐI DÂY VÀ LẮP RÁP THIẾT BỊ 4.1 Sơ đồ đấu dây giữa PLC với thiết bị Hình 4.1 Sơ đồ đi dây kết nối với PLC ... lớn nhất qua van phân phối Ta phải chọn bộ điều chỉnh tốc độ sao cho nó cho phép một lưu lượng khí cần thiết đủ để điều chỉnh xung quanh mức lưu lượng khí yêu cầu Mô hình ta dùng 6 van tiết lưu lắp trực tiếp vào đầu van khí của xilanh Hình 2.4 Van tiết lưu Chương 2 Lựa chọn thiết bị 2.1.5 Máy nén khí Hình 2.5 Máy nén khí  Thống số kỹ thuật máy nén khí Puma Trung Quốc 2Hp: • Model:PX-20100 • Công suất... trình cho một PLC là đi tìm điều kiện tín hiệu ngõ vào tác động lên đối tượng điều khiển cho ngõ ra tương ứng Hình 3.1 cấu trúc chung 1 bộ điều khiển PLC Chương 3 Thiết kế và lập trình điều khiển với PLC 3.1.1 Ưu điểm của hệ thống sử dụng PLC Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng như các khái niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có những ưu điểm sau:... trình phức tạp • Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp • Dễ dàng kết nói được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, kết nối mạng Internet, các Modul mở rộng • Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ • Giá bán cạnh tranh Đặc trưng của tất cả các dòng PLC bất kì lả khả năng có thể lập trình được, chỉ số IP ở dải quy định cho phép PLC hoạt động trong môi trường khắc nghiệt công nghiệp, yêu tố