Thiết kế hệ thống điều khiển cho công nghệ khoan một lỗ hai giai đoạn

y nâng mũi khoan chuyển động đi lên với vận tốc V1 để lấy phoi ra ngoài. Khi lên tới vị trí A thì kết thúc giai đoạn khoan thứ nhất, đồng thời bắt đầu giai đoạn khoan thứ hai . Giai đoạn thứ hai : Khi vấu gạt của mũi khoan về vị trí A thì mũi khoan thực hiện đi xuông với vận tốc V1 lần thứ hai qua B và tới vị trí C lần thứ hai, lúc này vận tốc mũi khoan giảm xuống bằng vận tốc V2 thực hiện khoan hết độ sâu h2. Sau khi đã khoan hết chiều sâu h2, vấu gạt của mũi khoan chạm vào D thực hiện đảo chiều quay nâng mũi khoan chuểy động đi lên lànn thú hai với vận tốc V1, về vị trí A kết thúc giai đoạn khoan thứ hai đồng thời kết thúc công nghệ khoan một lỗ hai gai đoạn. I.2.giới thiệu phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển phương pháp “ grapcet ” “ Grapcet “ công cụ để mô tả mạch trình tự trong công nghiệp. Trong dây truyền sản xuất công nghiệp, các thiết bị máy móc thường được hoạt động theo một trình tự lôgic chặt chẽ nhầm đảm bảo chất lượng sản phẩm và an toàn cho người và thiết bị. “ GRAPCET “ là một đồ hình chức năng cho phép mô tả các trang thái làm việc của hệ thống và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái chuyển biến từ trạng thái này sang ttrạng thái khác, đó là một Grapcet định hướng và được xác định bởi các phần tử sau G = ( E, T, A, M ) Trong đó E = ( E1, E2,….Em ) là một tạp hữu hạn các trạng thái ( giai đoạn ) của hệ thống được ký hiệu bằng các hình vuông. Mỗi trạng thái ứng với những tác động nào đó của phần điều khiển và trong một trạn thái các hành vi điều khiển là không thay đổi. Một ttrạng thái có thể hoạt động hoặc không hoạt động. Điều khiển chính là thực hiện các mệnh đề lôgíc chứa các biến vào và các biến ra để hệ thống có được một ttrạng thái xác định trong hệ và đó cũng là một trạng thái của Grapcet. T = ( t1, t2……ti ) là tập hữu hạn các chuyển ttrạng thái được biểu hiện bằng gạch ngang ‘-’. Hàm Boole gắn với một chuyển trạng thái được gọi là ‘một tiếp nhận’. Giữa hai trạng thái luôn luôn tồn tại một chuyển trạng thái. A = ( a1, a2……an ) là tập các cung định hướng nối giữa một trạng thái với một chuyển hoặc giữa một chuyển với một trạng thái. M = ( m1, m2……mm ) là tập các giá trị ( 0,1). Nếu mi = 1 thì ttrạng thái thứ i là hoạt động, nếu mi = 0 thì trạng thái i là không làm việc “ GRAPCET “ cho một quá trình luôn luôn là khép kín từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối và từ trạng thái cuối đến trtạng thái đầu. Phương pháp Grapcet là phương pháp đồ hình. Mỗi một công nghệ đều hoạt động theo một tuần tự có tính chất chu kỳ từ trạng thái đầu tiên đến ttrạng thái cuối cùng và lặp đi lặp lại như thế. Mỗi một trạng thái không tự xuất hiện và cũng không tự mất đi nếu không có các tác nhân kích thích. Phương pháp này mô tả hoạt động của hệ thống dưới dạng một cơ đồ miêu tả các trạng thái làm việc của hệ tuần tự từ trạng thái đầu tiên đến trạng thái kết thúc và lại trở về trạng thái ban đầu, trên sơ đồ có hướng chuyển ttrạng thái bằng các mũi tên và có các tác nhân kích thích. Sau đây là các bước thực hiện phương pháp. Lập GRAPCET i Là một sơ đồ mô tả quá trình làm việc của một công nghệ nào đó dưới dạng các trạng thái, trên sơ đồ đó ghi đầy đủ các hành vi của các tác nhân kích thích Từ dồ hình trạng thái ta đưa ra phương trình cho từng trạng thái. hàm ghi ( hàm đóng ) hàm xoá ( hàm cắt ) Lập GRAPCET II Chọn sơ bộ và ký hiệu ( tên ) cho từng thiết bị, từ sơ đồ Grapcet i người ta thay thế các ghi chú bằng các chữ viết mô tả hành vi của hệ bằng các ký hiệu của thiết bị mà ta vừa chọn. Chương ii Thiết kế sơ đồ nguyên lý ii.1.sơ đồ công nghệ ii.2.sử dụng phương pháp “ grapcet “ mô tả công nghệ II.2.1. Lập Grapcet i II.2.2. Chọn thiết bị và ký hiệu (đặt tên ) cho từng thiết bị trên sơ đồ - Chọn rơle trung gian S0 là rơle trung gian XV1 là rơle trung gian điều khiển quá trình đi xuống với vận tốc V1 XV21 là rơle trung gian điều khiển quá trình đi xuống với vận tốc V2 lần thứ nhất XV22 là rơle trung gian điều khiển quá trình đi xuống với vận tốc V2 lần thứ hai LV1 là rơle trung gian điều khiển quá trình đi lên với vận tốc V1 - Chọn cảm biến vị trí để điều khiển quá trình A là cảm biến vị trí đièu khiển quá trình đi xuống với vận tốc V1 lần thứ nhất B là cảm biến vị trí điều khiển quá trình đi xuống với vận tốc V2 lần thứ nhất C là cảm biến vị trí thực hiện hai chúc năng : Khi vấu gặp của mũi khoan gặp C lần thứ nhất thì điều kgiển quá trình đi lên lân 1 với vận tốc V1, còn khi gặp C lần thứ hai thì điều khiển quá trình đi xuống với vận tốc V2 D là cảm biến vị trí điều khiển quá đi lên với vận tốc V1 Chọn nút ấn M để thực hiện khởi động Chọn nút ấn G để xác định ttrạng thái ban đầu của hệ II.2.3.Lập GRAPCET II Mô tả quá trình công nghệ bằng chữ viết II.2.4. Xác định hàm điều khiển Từ sơ đồ GRAPCET II ta viết được hàm diều khiển như sau S0+ = g + alv1, S0- = XV1 XV1+ = ( m + a ) S0 , XV1- = XV21 + XV22 XV21+ = . b. XV1 , XV21- = LV1 XV22+ = cXV1 , XV22- = LV1 LV1+ = cXV21 +d XV22 , LV1- = S0 + XV1 Ta có: S = Vậy ta suy ra các hàm điều khiển cho các rơle trung gian II.2.5.Xây dựng sơ đồ cấu trúc từ hàm điều khiển Nhận xét : Ta thấy rằng hàm đóng là hàm không thoả mãn vì hàm đóng đổi trị ttrong ngay trong quá trình làm việc, ví dụ như tín hiệu a là tín hiệu xung khi vấu gạt tác động vào ná thì nó cho tín hiệu a = 1, còn khi vấu gạt không đi qua nó thì a = 0 nên biến trung gian đổi trị. Để khắc phục điều này người ta dùng biến trung gian, trong trường hợp này người ta dùng biến ra làm biến trung gian. Mặt khác biến trung gian RTr ở đây phải làm nhiệm vụ là: - Khi gặp b lần 1 thì cấp điện cho Rơle XV21 - Khi gặp b lần 2 thì không được cấp điện cho Rơle XV21 Để thực hiện được điều này ta dùng rơle trung gian RTr có tiếp điểm thường đóng RTr, cùng với khi có tín hiệu b thì có XV21. Đồng thời lấy tiếp điểm của rơle XV21 cấp điện áp cho cuộn hút RTr và cắt tiếp điểm thường đóng RTr ra Khi chuyển sang giai đoạn 2 thì gặp b lần 2, do tiếp điểm thường kín RTr đã mở ra do vậy rơle XV21 không thể có diện mà vẫn thực hiện hành trình cũ với vận tốc V1 Khi gặp c lần 2 thì rơle XV22 được cấp điện, đồng thời tiếp điểm thường đóng của rơle XV22 cắt điện RTr và lúc này tiếp điểm thường đóng của RTr đóng lại để thực hiện cho chu kỳ tiếp theo Vậy ta viết lại các hàm điều khiển như sau Vậy ta có sơ đồ cấu trúc sau khi hiệu chỉnh chương iii giới thiệu về động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc III.1.cấu tạo III.1.1. Phần tĩnh hay stato a.Vỏ máy : Vỏ máy thường làm bằng gang, thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ. Không dùng để làm mạch dẫn từ mà nó có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn b.Lõi sắt: Lõi sắt là phần dẫn từ, lá thép được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện để giảm tổn hao. Mỗi lá thép kỹ thuật điện được phủ sơn cách điệnđể giảm tổn hao dòng điện xoáy gây nên c. Dây quấn : Dây quấn stato được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt III.1.2.phần quay hay rôto Vì là loại rôto lồng sóc nên kết cấu của loại dây quấn này rất khác với dây quấn stato. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto đặt vào thanh dẫn hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta hay gọi là lồng sóc Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. Để cải thiện tính năng mở máy thì trong máy công suất tương đối lớn rãnh rôto có thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc, còn trong máy công suất nhỏ rãnh rôto thường làm chéo đi một góc so với tâm trục III.2.đặc tính cơ động cơ không đồng bộ (kđb) và ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ III.2.1. Phương trình đặc tính cơ Sơ đồ thay thế 1 pha của đông cơ KĐB Trong đó : U1f: điện áp pha đặt vào stato Im : dòng điện mạch từ hoá I1 : dòng điện mạch rôto I’2: dòng điện mạch rôto đã quy đổi về stato Rm: điện trở mạch từ hoá R1 : điện trở mạch stato R’2: điện trở mạch rôto đã quy đổi về stato Xm, X1, X’2: điện kháng mạch từ hoá, điện kháng stato, điêm kháng rôto đã quy đổi về stato Hệ số trượt s: với trong đó : w0 : tốc độ đồng bộ (tốc độ từ trươngf quay) p : số đôi cực f : tần tsố lưới điện xoay chiều ba pha cấp vào stato ta có: với Nhận xét: đói với các dòng điện người ta thấy ở hai ttrạng thái khi w = w0 thì S = 0 khi w = 0 thì S = 1 Vậy ta có đặc tính dòng điện I1và I2’ theo tốc độ như sau S S 1 0 I10 I2nm I1nm I Tổn hao trong rôto của động cơ DP2 = 3I2’2R2’ = P12 - P2 = M1w0 – M2w coi M1 = M2 suy ra DP2 = M(w0 - w) = Msw0 vậy thế I2’ vào ta được suy ra M = f(s) là phương trình đặc tính cơ ủa động cơ, khảo sát hàm này ta được các điểm cực trị S Mth sth sth Mth M dấu “+” ứng với chế độ đọng cơ dấu “-“ ứng với chế độ máy phát Đồ thị đặc tính cơ Nhận xét : trong hệ thống truyền động người ta khảo sát ở chế đô động cơ biến thiên w=0 đw=w0 S=1đ S=0 cho nên ta chuyển đặc tính cơ của động cơ không đồng bợ như sau . w s w0 0 sth 1 Mth M III.2.2.ảnh hưởng của các đặc tính cơ ảnh hưởng của điện áp Từ phương trình đặc tính cơ Ta thấy rằng khi giảm áp thì nhận thấy Mth giảm mạnh nên ta có đặc tính cơ như sau S Tự nhiên Sth U2 U1 Uđm 1 Mth M Đặc điểm - khi giảm điện áp các đường đặc tính nằm dưới đường đặc tính tự nhiên - đoạn đặc tính làm việc ngắn lại - các giá trị mômen giảm nhanh theo U1f2 b.ảnh hưởng của điện trở mạch rôto R2’ = r’2 + R2f’ Khi có thêm R2f vào mạch rôto, ta có S Tự nhiên sth sth1 Rf1 sth2 Rf2 M Đặc điểm - điện trở phụ càng lớn thì đường đặc tính cơ càng dốc nhưng đoạn đặc tính được kéo dài - phương pháp này nếu mà chọn Rf thích hợp thì sẽ tăng được mômen mở máy III.2.3. Mở máy động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc Trong quá trình mở máy động cơ điện, mômen mở máy là đặc tính chủ yếu nhất trong những đặc tính mowr máy của động cơ. Muốn cho máy quay được thì mômen mở máy của động cơ phải lớn hơn mômen tải tĩnh và mômen ma sát tĩnh Những yêu cầu cơ bản khi mở máy phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với mômen của tải dòng điện mở máy càng nhỏ àng tốt phương ơpháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn với nhau như đòi hỏi dònh điện mở máy nhỏ thì thường làm cho mômen giảm theo hoặc cần các thiết bị đắt tiền. Vì vậy cần phải căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể mà chọn phương pháp mở máy cho thích hợp. Để hạn chế dòng điện khởi động tránh gây lên dao động điện áp lưới qua trị số cho phép, cũnh như ảnh hưởnh xấu đến bản thân động cơ, do đó đối với động cơ rôto lồng sóc thì người ta dùng điện kháng nối tiêpd vào mạch stato hoặc dùng bién áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy hoặc mở máy bằng phương pháp đổi nối Y - D III.2.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ a.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp Khi thay đổi điện áp lưới, ví dụ như giảm điện áp. Vì mômen của động cơ không đồng bộ tỉ lệ với bình phương điện áp stato, do vậy khi điện áp giảm xuống thì mômen sẽ giảm xuống bình phương lần. Nếu như mômen tải không đổi thì tốc độ giảm xuống b.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số Ta có biểu thức tốc độ động cơ không đồng bộ như sau Nhận thấy khi ta thay đổi tần số f thì tốc độ động cơ thay đổi theo, ví dụ như khi giảm tần số f thì tốc độ động cơ giảm theo và ngược lại khi tăng tần số f thì tốc độ tăng theo. Do đó khi thay đổi tần số thì ta có thể thay đổi được tốc độ c. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi số đôi cực p Động cơ không đồng trong điều kiện làm việc bình thường có hệ số trượt nhỏ, do đó tốc độ của động cơ điện gần bằng tốc độ đồng bộ n1 = , từ đấy ta thấy khi tần số không thay đổi thì tốc độ đồng bộ của động cơ điện tỷ lệ nghịch với số đôi cực, vì vậy khi thay đổi số đôi cực p của dây quấn stato ta có thể thay đổi được tốc độ Dây quấn dtato có thể nối thành bao nhiêu số đôi cực khác nhau thì tốc độ có bấy nhiêu cấp, vì vậy thay đổi tốc độ thì chỉ có thể thay đổi từng cấp một, không bằng phẳng. Thường có hai cấp tốc độ thì gọi là động cơ hai cấp tốc độ, cũng có loại ba, bốn tốc độ chương IV thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển IV.1. Sơ đồ nguyên lý mạch động lực Iv.1.1.Các hệ thống bảo vệ a.Bảo vệ ngắn mạch bằng áptômát thay cho cầu chì thông thường người ta dùng áptômát, nó có đặc tính hoàn thiện hơn. Việc đóng lại áptômát đã tác động cắt cũng rất nhanh. Aptômát có khả năng cắt dòng điẹn lớn hàng trăm lần so với trị số danh định, khi có quá tải hoặc ngắn mạch aptômát sẽ cắt cả 3 pha tránh được chế độ công tác 2 pha Dòng điẹn chỉnh định của cơ cấu nhả điẹn từ của áptômát nên chọn trị số nhỏ nhất nhưng không được tác động cắt hệ thống động lực ở những trường hợp quá tải tạm thời do khởi động hoặc do phụ tải đỉnh nhọn cho phép của công nghệ. Đối với động cơ 3 pha rôto lồng sóc thì ta chọn dòng chỉnh định là Icđ = 1.3Ikđ b. Bảo vệ quá tải lâu dài (hay bảo vệ nhiệt) quá tải lâu dài vượt quá ttrị số cho phép sẽ gây lên phát nóng làm nhiệt độ của dây quấn động cơ tăng lên vượt quá trị số cho phép sẽ dẫn đến cháy. Để khắc phục được điều này ta dùng rơle nhiệt. Rơle nhiệt không nhạy với quá tải nhắn hạn và khởi động, thời gian chậm của nó tỉ lệ nghịch với dòng điện quá tải. Do có quán tính nhiệt nên rơle nhiệt không bảo vệ ngắn mạch được c. Bảo vệ quá tải ngắn hạn xung kích (bảo vệ dòng điện cực đại) Những quá tải tạm thời, nhưng dòng điện xung kích lớn có thể gây nên lực điện động làm hư hỏng các bộ phận của máy điện như cháy cổ góp hoặc cuộn dây, làm hỏng các cơ cấu cơ khí có liên quan khác. Vì vậy ta sử dụng rơle dòng điện cực dại để cắt động cơ ra khỏi lưới Nếu nguồn cung cấp cho động cơ từ biến thế có trung tính nối đất thì đặt rơle trên cả 3 pha, nếu trung tính biến áp cách điện hoặc phía thứ cấp biến áp nối hình tam giác thì rơle bảo vệ đặt trên hai pha ._.