Tài liệu Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực cho hệ thống khoan tự động có yêu cầu công nghệ được mô tả như hình vẽ

GIỚI THIỆU DEMO TỔ HỢP HÀM ĐIỀỀU KHIỂN I. Giới thiệu các phương pháp tổ hợp hàm điềều khiển Khi tiến hành tổng hợp một hệ điều khiển theo quy trình công nghệ đã cho(có thể bằng lời nói, chử viết, đồ thị công nghệ...) người ta biểu diễn sự hoạt động của công nghệ theo đúng tuần tự thời gian tác động của các biến vào và ảnh hưởng của nó tới các biến ra để từ đổ 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 bằng phương pháp ma trận trạng thái.  Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp hàm tác động.  Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp phân tầng.  Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp Grafcet. Một mạch điều khiển được tổng hợp phải đáp ứng các chỉ tiêu sau:  Thực hiện đúng quy trình và tiến trình công nghệ đã được đặt ra.  Có độ tin cậy điều khiển cao.  Đảm bảo gọn nhẹ, đơn giản và thuận tiện cho việc vận hành.  Có tính kinh tế và đáp ứng về mặt mỹ thuật. Chất lượng mũi khoan và năng suất làm việc phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ điều khiển. Quá trình làm việc được thực hiện theo một trật tự logic, theo trình tự thời gian xác đinh do đó để điều khiển được công nghệ ta phải tổng hợp được hàm điều khiển cho hệ thống. Ở đây ta sử dụng phương pháp Grafcet. So với các phương pháp khác thì phương pháp Graftcet có ưu điểm đơn giản và đảm bảo sự chính xác về tuần tự thực hiện quá trình đồng thời cũng đáp ứng được các chỉ tiêu của một mạch điều khiển đã nêu ở trên. a. Grafcet 1 Grafcet I là một đồ hình trạng thái mà trên các trạng thái người ta giải thích chi tiết những hành vi xảy ra ở hệ thống theo công nghệ yều cầu I. Thiềết kềế mạch Từ lưu đồ thuật toán Graftcet đã xây dựng ở phần trên, ta chuyển sang mạch điều khiển bằng role: MỞ ĐẦỀU Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, 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 hóa trong các quá trình sản xuất mà trước hết đó là năng suất sản xuất và chất lượng 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 cơ sở và hỗ trợ cho sự phát triển tương xứng của lĩnh vực tự động hóa. Nước ta là một nước đang phát triển và những năm gần đây cùng với sự đòi hỏi của sản xuất cũng như 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 hóa các quá trình sản xuất đã có bước phát triển mới tạo ra sản phẩm có hàm lượng chất xám cao tiến tới hình thành một nền kinh tế tri thức. Ngày nay tự động hóa điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào từng ngõ ngách, 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 hóa điều khiển công nghệ khoan là quá trình tạo ra một lỗ thủng trên bề mặt vật thể có kích thước chiều sâu định trước. Trong công việc thiết kế, tự động hóa điều khiển được thể hiện qua hai quá trình sau:  Tự động hóa điều khiển công việc đưa vật thể cào vị trí định trước (xác định vị trí lỗ khoan).  Tự động hóa việc điều khiển mũi khoan vào khoan vật thể sau đó quay về vị trí cũ để đảm bảo cho quy trình tiếp theo. KHÁI QUÁT CHUNG VỀỀ CÔNG NGHỆ Khoan được điều chỉnh lên xuống bằng động cơ không đồng bộ ba pha  Ban đầu mũi khoan ở vị trí cảm biến A  Nhấn nút khởi động m  Mũi khoan chạy, động cơ quay theo chiều đưa mũi khoan đi xuống với tốc độ V1  Sau khi mũi khoan đã khoan tới vị trí cảm biến B. Mũi khoan vẫn tiếp tục khoan, động cơ tiếp tục quay theo chiều đưa mũi khoan đi xuống nhưng với tốc độ V2  Sau khi tới vị trí cảm biến C. Mũi khoan vẫn tiếp tục quay, động cơ quay theo chiều đưa mũi khoan đi lên với tốc độ V1  Khi đi lên tới vị trí A. Động cơ và khoan dừng lại, kết thúc quá trình khoan.  Để bắt đầu quá trình khoan mới, ta ấn nút m  Nếu trong quá trình làm việc, vì một lý do nào đó mà động cơ dừng, sau khi khắc phục sự cố, ta cần tác động vào cảm biến phía trước giai đoạn động cơ đang làm việc để động cơ tiếp tục hoạt động theo chu trình  Trong trường hợp hệ thống đang vận hành mà ta muốn dừng quá trình thì theo bài ta không có cách nào để dừng lại được, vậy để đảm bảo an toàn, ta thêm nút dùng D. Khi muốn hệ thống tiếp tục ta thực hiện như khi gặp sự cố. BIỀẾN TẦỀN LS I. Giới thiệu chung vềề biềến tầền Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được. Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ. Ưu điểm khi sử dụng biếến tầần:  Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển. Vì vậy khi điều khiển động cơ, ta có thể điều chỉnh trơn tốc độ động cơ.  Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.  Biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA. II. Giới thiệu biềến tầền LS Biến tần LS là thương hiệu Biến tần được LS Industrial phát triển với nhiều loại với các công suất khác nhau:  Biến tần LS-IC5có công suất 0.37kW ~ 2.2kW với đầu ra 3 pha 220V  Biến tần LS-IG5A có công suất 0.37kW ~ 22kW với đầu ra 3 pha 380V  Biến tần LS-IP5A có công suất: 5.5kW ~ 450Kw với đầu ra 3 pha 380V  ...Và nhiều loại khác Yêu cầu đề tài dùng động cơ không đồng bộ ba pha có Pđm = 3.7kW, Uđm=380V nên ta sử dụng biến tần LS-IG5A Biến tần LS-IG5A có một số thông số như sau:  Điện áp đầu vào: 3pha – 380V  Tần số đầu ra: 0.01 ~ 400Hz  Tần số sóng mang: 1 ~ 10kHz  Mômen 150% tại 0,5Hz  Tích hợp giao diện truyền thông RS485/MODBUS-RTU  Có thể chon tăng cường mômen bằng tay/tự động  Tích hợp hãm cắt  Điều khiển PID  Tự động restart sau khi mất điện tức thời  Bảo vệ nối sai dây nguồn/tải  Upload và download thông số từ bộ phím III. Sơ đồề đầếu nồếi, chức năng, cách cài đặt biềến tầền Sơ đồầ đầếu dầy Panel điếầu khiển Phím Chức năng Mô tả Run Phím chạy Lệnh chạy biến tần Stop Phím dừng ▲ Lên Tăng giá trị thông số ▼ Xuống Giảm giá trị thông số Dừng biến tần khi chạy và xóa lỗi khi có lỗi ◄ Trái ► Phải OK Phím chọn Di chuyển con trỏ sang trái Di chuyển con trỏ sang phải Chọn chức năng được đang hiển thị Cách cài đặt biếến tầần Nhấn nút ◄► để lựa chọn các nhóm lệnh của biến tần. Có 4 nhóm lệnh là:  Drive group: Khi vào nhóm này biến tần LS-IG5A sẽ cài đặt các thông số: tần số, thời gian tăng tốc (acc), thời gian giảm tốc(dec), chọn lựa đầu vào điều khiển chạy/ dừng (drv), chọn lựa kiểu cài đặt thay đổi tần số điều khiển (frq). . .  FU group1: Khi vào nhóm này biến tần LS-IG5A sẽ cài đặt các thông số có chức năng điều chỉnh tần số, điện áp . . . .  FU group2: Khi vào nhóm này biến tần LS -IG5A sẽ cài đặt thông số cho ứng dụng PID, thông số motor . . . .  IO group: Khi vào nhóm này biến tần LS-G5A sẽ cài đặt các thông số chức năng ngõ ra, vào. . . Để di chuyển tói các chức năng bên trong một nhóm, ta nhấn nút ▲▼, để chọn chức năng đó ta ấn OK. IV. Cài đặt tham sồế cho biềến tầền Mạch điều khiển là rơle nên ta cần điều khiển biến tần từ thiết bị ngoại vi. Phương pháp này được sử dụng trong hầu hết các hệ thống biến tần. Để có thể điều khiển biến tần bằng thiết bị ngoại vi thì trước hết ta cần cài đặt từ panel của biến tần một số thông số như sau:  Drv = 1  Frq = 3  I8 = tần số nhỏ nhất  I10 = tần số lớn nhất  Các thông số giới hạn điện áp, tần số  Các thông số động cơ TỔ HỢP HÀM ĐIỀỀU KHIỂN II. Giới thiệu các phương pháp tổ hợp hàm điềều khiển Khi tiến hành tổng hợp một hệ điều khiển theo quy trình công nghệ đã cho(có thể bằng lời nói, chử viết, đồ thị công nghệ...) người ta biểu diễn sự hoạt động của công nghệ theo đúng tuần tự thời gian tác động của các biến vào và ảnh hưởng của nó tới các biến ra để từ đổ 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 bằng phương pháp ma trận trạng thái.  Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp hàm tác động.  Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp phân tầng.  Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp Grafcet. Một mạch điều khiển được tổng hợp phải đáp ứng các chỉ tiêu sau:  Thực hiện đúng quy trình và tiến trình công nghệ đã được đặt ra.  Có độ tin cậy điều khiển cao.  Đảm bảo gọn nhẹ, đơn giản và thuận tiện cho việc vận hành.  Có tính kinh tế và đáp ứng về mặt mỹ thuật. Chất lượng mũi khoan và năng suất làm việc phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ điều khiển. Quá trình làm việc được thực hiện theo một trật tự logic, theo trình tự thời gian xác đinh do đó để điều khiển được công nghệ ta phải tổng hợp được hàm điều khiển cho hệ thống. Ở đây ta sử dụng phương pháp Grafcet. So với các phương pháp khác thì phương pháp Graftcet có ưu điểm đơn giản và đảm bảo sự chính xác về tuần tự thực hiện quá trình đồng thời cũng đáp ứng được các chỉ tiêu của một mạch điều khiển đã nêu ở trên. I. Tổ hợp hàm điềều khiển băềng phương pháp Grafcet b. Grafcet 1 Grafcet I là một đồ hình trạng thái mà trên các trạng thái người ta giải thích chi tiết những hành vi xảy ra ở hệ thống theo công nghệ yều cầu c. Grafcet 2 Graftcet 2 có thể coi là Graftcet 1 nhưng mô tả được thay thế bằng các thiết bị thực tế. Vậy trước hết ta phải chọn thiết bị chấp hành, thiết bị điều khiển và dựa vào các thiết bị đó người ta kí hiệu cho tên các thiết bị để phù hợp với công nghệ và thay thế các chữ viết mô ta ở Grafcet 1 bằng các kí hiệu.  Nút M là nút khởi động  Nút D là nút dừng  X là trạng thái đi xuống  L là trạng thái đi lên