ĐỒ án THIẾT kế hệ điều KHIỂN tự ĐỘNG tên đề tài điều KHIỂN hệ THỐNG máy KHOAN

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ-KĨ THUẬT CÔNG NGHIỆP  ĐỒ ÁN THIẾT KHIỂN-TỰ ĐỘNG KẾ HỆ ĐIỀU TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN HỆ KHOAN THỐNG MÁY Ngành đào tạo :Cơng Nghệ Kĩ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa Mã Ngành : 7510303 Họ Và Tên Sinh Viên : Nguyễn Thọ Nam Mã Sinh Viên : 18104300013 Giảng viên hướng dẫn : Th.s Phạm Văn Huy Hà Nội – 2021 MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU Tự động hóa trở thành phân ngành đóng vai trị quan trọng bậc công nghiệp không dừng lại đó, ngày thâm nhập sâu vào sống qua ứng dụng đột phá dân dụng hệ thống công nghiệp Cùng với phát triển không ngừng ngành khoa học khác, ngành tự động hóa đạt thành tựu to lớn Cơng nghệ tự động hóa tập hợp phương pháp kỹ thuật tiên tiến nhằm tạo thiết bị, hệ thống thiết bị trình sản xuất điều khiển tự động để thay giảm nhẹ lao động trực tiếp người đồng thời nâng cao suất lao động, chất lượng sản phẩm hiệu hoạt động người loại hình thức cơng việc khác Hiện nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điền tự phát triển nhanh làm xuất loại thiết bị điều khiển logic khả trình PLC Các cơng ty xí nghiệp sản xuất thường sử dụng cơng nghệ lập trình PLC sử dụng phần mềm tự động Vì lý đó, tự động hóa ngày có vai trị vơ quan trọng, thiếu hệ thống nhà máy cơng nghiệp, cơng ty Vì với kỹ sư điều khiển tự động hóa u cầu phải nắm vững kiến thức điều khiển logic khả trình PLC ứng dụng thực tế Nhằm hỗ trợ tốt cho sinh viên hiểu rõ điện tử công suất thực tiễn trường đại học Kinh Tế Kỹ Thuật - Công Nghiệp tạo điều kiện cho sinh viên học môn đồ án II lĩnh vực Do sinh viên nắm vững lý thuyết, có lối tư logic tổng quan ngành học mình,phần hình dung mơi trường làm việc thực tế Qua tập đồ án này, em giời thiệu lập trình PLC ứng dụng PLC vào trình vận chuyển Với đề tài: “ Điều khiển động cợ ba pha không đồng roto lồng sóc” Trong q trình thực dồ án em hướng dẫn tận tình trách nhiệm thầy Phạm Quang Huy - Giảng viên khoa Điện Em chân thành cảm ơn! Hà Nội,ngày 30 tháng 11năm 2021 Sinh viên Nguyễn Thọ Nam LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn đồ án “Thiết kế hệ điều khiển – tự động” kết trình nghiên cứu thân hướng dẫn thầy Phạm Văn Huy, không chép kết luận văn đồ án trước Luận văn đồ án có tham khảo tài liệu , thông tin theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn đồ án Người cam đoan Nguyễn Thọ Nam NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Đề số 11:Bài tốn cho sơ đồ cơng nghệ: Trong : A,B,C,D,E,F cơng tắc hành trình Q trình P,T X,L điều khiển động ba pha khơng đồng roto lồng sóc u cầu : Hãy tổng hợp mạch điện điều khiển cho công nghệ theo phương pháp hàm tác động Lập trình cho hệ thống điều khiển cơng nghệ sử dụng ngôn ngữ PLC Thiết kế giao diện điều khiển sử dụng phần mềm Win CC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ CẦU TRỤC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 1.1.GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ 1.1.1 Giới thiệu chung cầu trục Cầu trục thiết bị dùng để nâng bốc vận chuyển hang hóa thiết bị dùng công trường xây dựng, nhà máy công nghiệp luyện kim, khí lắp ráp, hải cảng • Cầu trục vận chuyển dùng rộng rãi với yêu cầu xác khơng cao • Cần trục lắp ráp dùng nhiều nhà máy khí ghép chi tiết máy móc với u cầu xác cao Hình 1.1 Cầu trục SAFETY FIRST Cầu trục rải liệu xếp vào loại cầu trục chuyển Nó di chuyển phụ thuộc theo hai phương: phương nằm ngang phương thẳng đứng nhờ vào hệ thống truyền động đặt cầu trục Chế độ làm cấu trục xác định từ yêu cầu q trình cơng nghệ, chức cần trục dây truyền sản xuất Nhìn chung thiết bị điện cần trục làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại, dễ bị tải tần số đóng cắt lớn, chế độ độ xảy nhanh mở máy, hãm đảo chiều, Từ đặc điểm hệ cần trục nói chung, đưa yêu cầu công nghệ hệ thống cần trục rải liệu: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tự động phải đơn giản Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản cấu tạo thay dễ dàng Điện áp cung cấp cho lưới điện cần trục không 500V xoay chiều (thường dùng mạng điện ~380V ~220V) Cần trục phải bảo vệ chống tải chống ngăn mạch role dịng điện cực đại, khơng dùng role nhiệt cầu trì mạch động lực Mặt khác để tránh động tự mở máy sau điện áp phục hồi, người ta phải dùng thiết bị bảo vệ điện áp cực tiểu - bảo vệ khơng Q trình mở máy diễn theo trình tự mở sẵn Sơ đồ điều khiển chung cho hai động Đảm bảo rải liệu chế độ thấp dừng xác nơi rải liệu nạp liệu Để bảo vệ an toàn cho người thiết bị vận hành, sơ đồ điều khiển thiết phải dùng công tắc hành trình để hạn chế chuyển động cấu chúng vượt giới hạn cho phép Khi có cố, phải có khả điều chỉnh hệ thống vị trí ban đầu để chuẩn bị tiến hành chu trình làm việc Các phận chuyển động cần trục phải có phanh hãm điện từ để giữ chặt chẽ cấu chuyển động dừng động điện Mặt khác phải đảm bảo mối liên hệ chặt chẽ động phanh hãm Khi điện phanh hãm phải dừng truyền động trạng vị trí làm việc Các khí cụ, thiết bị điện hệ thống điều khiển phải việc tin cậy điều kiện môi trường nhằm nâng cao suất, an toàn vận hành vận hành Một số loại cầu trục sử dujnh phổ biến nay: • • • • • • Cầu trục cho cầu cảng: Với sức nâng hàng hóa lớn Cầu trục phịng nổ: Cho nhà máy gas,khí, hầm lị than, Cầu trục thủy điện: Phục vụ trình vận hành làm việc lắp đặt sửa chữa thay tua bin máy phát, trạm nguồn, Cầu trục luyện kim: Cầu trục làm việc phân xưởng luyện kim có nhiệt độ cao Cầu trục gầu ngoạm: Cầu trục có móc cẩu dạng gầu ngoạm chuyên dụng để bốc vật liệu rời (than, cát ) Cầu trục mâm từ: Cầu trục có móc cẩu cụm nam châm điện chuyên dùng để bốc thép tấm, 1.1.2 Giới thiệu chung PLC S7-1200 Bộ điều khiển PLC S7-1200, sử dụng với linh động khả mở rộng phù hợp hệ thống tự động hóa nhỏ vừa tương ứng với người dùng cần thiết Thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh động, hỗ trọ mạnh mẽ tập lệnh làm cho PLC S7-1200 trở thành giải pháp hoàn hảo việc điều khiển, lựa chọn phù họp nhiều ứng dụng khác CPU PLC S7-1200 kết hợp với vi xử lý, nguồn tích hợp, tín hiệu đàu vào/ra, thiết kế theo tảng PROFINET, đếm/phát xung tốc độ cao tích hợp thân, điều khiển vị trí (motion control), ngõ vào analog làm cho PLC S7-1200 trở thành điều khiển nhỏ mạch mẽ Sau dowload chương trình xuống CPU lưu giữ logic cần thiết theo dõi kiểm sốt thiết bị thơng tin ứng dụng người lập trình CPU giám sát ngõ vào thay đổi ngõ theo logic chương trình người dùng, bao gồm phép toán logic đại số Boolean, đếm, định thì, phép tốn phức tạp, giao tiếp truyền thông với thiết bị thông minh khác PLC S7-1200 tích hợp sẵn cổng PROFINET để truyền thơng mạng PROFINET Ngồi ra, PLC S7-1200 truyền thông PROFIBUS, GPRS, RS485 RS232 thông qua module mở rộng Hình 1.2 Cấu tạo điều khiển Siemen S7-1200 Hiện nay, PLC S7-1200 có nhiều dòng CPU khác như: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C đồng thời người dùng có nhiều lựa chọn với nguồn điện áp AC/DC, tín hiệu đầu vào/ra relay/DC… Tuy nhiên, tùy ứng dụng chương trình mà người dùng lựa chọn CPU cho phù hợp với cấu hình hệ thống giá thành để làm cho hệ thống hoạt động tốt 1.1.3 Giới thiệu chung HMI HMI từ viết tắt Human-Machine-Interface, nghĩa thiết bị giao tiếp người điều hành máy móc thiết bị Nói cách xác, cách mà người “giao tiếp” với máy móc qua hình giao diện HMI Tất thông số cách thao tác trao đổi tương tác chiều, với mục đích giám sát cách chặt chẽ, xuyên suốt trình hoạt động hệ thống HMI có giao diện đồ họa, giúp cho người dùng có nhìn trực quan tình trạng hệ thống Hình 1.3 Bảng điều khiển HMI Trong cơng nghiệp HMI thường kết hợp với PLC (Programmable Logic Controller) điều khiển lập trình để điều khiển vận hành dây chuyền máy móc Hình 1.4 Sự kết hợp HMI với PLC công nghiệp Cùng với phát triển Công nghệ thông tin Công nghệ Vi điện tử, HMI ngày sử dụng thiết bị tính tốn mạnh mẽ HMI đại chia làm loại chính: • HMI PC Windows/MAC: SCADA, Citect • HMI nhúng: HMI chuyên dụng, hệ điều hành Windows CE 6.0 • Ngồi cịn có số loại HMI biến thể khác MobileHMI dùng Palm, PokectPC Ưu điểm sử dụng HMI: • Hiển thị tất thông tin, liệu phát sinh, cố trình hoạt động vận hành máy móc Nhờ giúp người vận cập nhật đầy đủ thơng tin • Đơn giản hóa tất thao tác vận hành, trước hệ thống phức tạp phải gồm nhiều nút nhấn, công tắc, thiết bị ngoại vi để điều khiển vận hành chúng, HMI cho vận hành hình hiển thị • Giúp kỹ sư sử lý kịp thời nhanh có thể, tránh thao tác nhầm lẫn khơng đáng có Bên cạnh ưu điểm HMI có hạn chế như: • Thường ứng dụng cho hệ thống phức tạp, chi phí dầu tư lớn so với cách lắp ghép thiết bị truyền thống Địi hỏi người vận hành phải có kiến thức lập trình vận hành chúng Các thiết bị phải đồng hóa, chưa linh hoạt sửa chữa Vị trí HMI hệ thống tự động hóa đại • HMI ln có hệ SCADA đại, vị trí HMI cấp điều khiển giám sát 1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Bài tốn: Cho sơ đồ cơng nghệ: Hình 1.5 Sơ đồ cơng nghệ Trong A,B,C,D,E,F cơng tắc hành trình Quá trình T,P,L,X điều khiển động pha không đồng roto lồng sóc Diễn giải: • Khi m tác động, q trình bắt đầu lên lần thứ nhất, trình L lần thứ 10 Sau kiểm tra kết nối thành cơng ta nhấn load Hình 5.23: Kết nối với PLC SIM Ở phần action ta chọn start module sau nhấn finish Hình 5.24: Kết nối với PLC SIM Ở hình HMI WINCC ta nhấn chọn start simulation để kiểm tra lỗi chương trình khởi chạy hình mơ HMI WINCC Hình 5.25: Chạy mơ WINCC Sau hoàn thành tất thao tác hình mơ HMI WINCC ta tiên hành mơ Hình 5.26: Màn hình mơ HMI WINCC 5.4 CHẠY MƠ PHỎNG Ở CHẾ ĐỘ MANUAL Đầu tiên để cấp điện cho toàn hệ thống ta nhấn nút START – đèn báo cấp nguồn cho hệ thống sáng Hình 5.27: Khởi động hệ thống Để chạy chế độ manual ta nhấn nút MANUAL- đèn báo chế độ điều khiển tay sáng Hình 5.28: Chọn chế độ điều khiển tay Ban đầu thùng hàng CTHT A, đèn báo CTHT A sáng Ta nhấn giữ nút LÊN động thực hiên trình đưa thùng hàng từ CTHT A lên đến CTHT B Hình 5.29: hành trình lên Khi thùng hàng lên đến CTHT B ta nhấn giữ nút PHẢI, động thực hiên trình đưa thùng hàng sang phải đến CTHT C Hình 5.30: Hành trình sang phải Khi thùng hàng đến CTHT C ta nhấn giữ nút XUỐNG, động thực hiên trình đưa thùng hàng xuống đến CTHT D Hình 5.31: Hành trình xuống Khi thùng hàng xuống đến CTHT D ta nhấn giữ nút LÊN, động thực hiên trình đưa thùng hàng lên đến CTHT E Hình 5.32: Hành trình lên Khi thùng hàng lên đến CTHT E ta nhấn giữ nút XUỐNG, động thực hiên q trình đưa thùng hàng xuống đến CTHT C Hình 5.33: Hành trình xuống Khi thùng hàng xuống đến CTHT C ta nhấn giữ nút TRÁI, động thực hiên trình đưa thùng hàng sang trái đến CTHT B Hình 5.34: Hành trình sang trái Khi thùng hàng đến CTHT B ta nhấn giữ nút LÊN, động thực hiên q trình đưa thùng hàng lên đến CTHT F Hình 5.35: Hành trình lên Khi thùng hàng lên đến CTHT F ta nhấn giữ nút XUỐNG, động thực hiên trình đưa thùng hàng xuống đến CTHT A Hình 5.36: hành trình xuống Khi thùng hàng quay trở lại CTHT A ta hồn thành chu trình sơ đồ cơng nghệ mà tốn đặt Hình 5.37: Hồn thành chu trình 5.5 CHẠY MƠ PHỎNG Ở CHẾ ĐỘ AUTO Để chạy chế độ AUTO ta nhấn nút START – nhấn nút AUTO, thùng hàng ban đầu CTHT A nên đèn CTHT A sáng động tự động thực hiên trình đưa thùng hàng lên Hình 5.38: Hành trình lên Khi thùng hàng đưa đến CTHT B, đèn báo CTHT B sáng, trình đưa thùng hàng lên động dừng lại, động thực hiên trình đưa thùng hàng đến CTHT C Hình 5.39: Hành trình sang phải Khi thùng hàng đưa đến CTHT C, đèn báo CTHT C sáng, trình đưa thùng hàng sang phải động dừng lại, động thực hiên trình đưa thùng hàng xuống đến CTHT D Hình 5.40: hành trình xuống Khi thùng hàng đưa đến CTHT D, đèn báo CTHT D sáng, trình đưa thùng hàng xuống động dừng lại, động thực hiên trình đưa thùng hàng lên CTHT E Hình 5.41: Hành trình lên Khi thùng hàng đưa đến CTHT E, đèn báo CTHT E sáng, trình đưa thùng hàng lên động dừng lại, động thực hiên trình đưa thùng hàng xuống đến CTHT C Hình 5.42: hành trình xuống Khi thùng hàng đưa đến CTHT C, đèn báo CTHT C sáng, trình đưa thùng hàng xuống động dừng lại, động thực hiên trình đưa thùng hàng sang trái đến CTHT B Hình 5.43: Hành trình sang trái Khi thùng hàng đưa đến CTHT B, đèn báo CTHT B sáng, trình đưa thùng hàng sang trái động dừng lại, động thực hiên trình đưa thùng hàng lên đến CTHT F Hình 5.44: Hành trình lên Khi thùng hàng đưa đến CTHT F, đèn báo CTHT F sáng, trình đưa thùng hàng lên động dừng lại, động thực hiên trình đưa thùng hàng xuống đến CTHT A Hình 5.45: hành trình xuống Khi thùng hàng đưa đến CTHT A hồn thàn chi trình Q trình thực hiên lặp lại liên tục cách tự động theo sơ đồ cơng nghệ mà tốn đề ban đầu • Lưu ý Trong trường hợp hệ thống điều khiển tay chế độ MANUAL ta trực tiếp chuyển sang chế độ điều khiển tự động cách nhấn nút AUTO Hệ thống tiếp tục thực trình cách tự động theo sơ đồ công nghệ Trong trường hợp hệ thống điều khiển tự động chế độ AUTO ta trực tiếp chuyển sang chế độ điều khiển tay cách nhấn nút MANUAL Hệ thống dừng lại ta tiếp tục điều khiển hệ thống nút nhấn bảng điều khiển KẾT LUẬN Qua thực đề tài: “ Thiết kế hệ điều khiển – tự động” bảo thầy Phạm Văn Huy với cố gắng nỗ lực thân, em hồn thành đồ án mơn học theo kế hoạch giao Trong đề tài em thực vấn đề sau: • Tìm hiểu PLC S7 – 1200 • Tìm hiểu phần mềm thiết kế TIA PORTAL, giao diện WIN CC • Tìm hiểu phương pháp tổng hợp mạch theo phương pháp hàm tác động • Thiết kế, lựa chọn linh kiện hệ thống điều khiển – tự động • Xây dựng mơ hình mơ hệ điều khiển – tự động phần mềm PLC S7 – 1200 giao diện WIN CC LỜI CẢM ƠN Tuy nhiên thời gian hiểu biết có hạn nên bên cạnh kết đạt nhiều hạn chế Trong trình thực đề tài giúp em có thêm hiểu mơn chuyên ngành Đó kết việc học tập nghiên cứu với bảo tận tình thầy khoa Điện Em xin chân thành cảm ơn thầy cô đặc biệt thầy Phạm Văn Huy bảo tận tình để em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Điều Khiển Logic Lập Trình PLC, Nguyễn Trọng Thắng, Trần Thề San, NXB KH&KT 2) Điều Khiển PLC, TS Nguyễn Trọng Doanh, NXB KH&KT 3) Giáo trình PLC, Nguyễn Đức Thành, 2009, NXB ĐHQG 4) PLC Lập Trình Ứng Dụng Trong Công Nghiệp, Trần Thế San - Nguyễn Ngọc Phương, NXB KH&KT 5) Tự động hóa với S7-1200, Nguyễn Dỗn Phước, NXB KH&KT 6) Ứng Dụng PLC S7-1200, Wincc Trong Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Tự Động, TS.Đào Quang Thủy, NXB KH&KT ... Vẽ sơ đồ hệ thống điều khiển thuyết minh sơ đồ Bước 6: Phân tích mạch điều khiển hiệu chỉnh có 24 3.2.THIẾT KẾ HỆ THỐNG THEO PHƯƠNG PHÁP HÀM TÁC ĐỘNG Hình 3.1: Sơ đồ cơng nghệ Chu kì hoạt động. .. ngành tự động hóa đạt thành tựu to lớn Cơng nghệ tự động hóa tập hợp phương pháp kỹ thuật tiên tiến nhằm tạo thiết bị, hệ thống thiết bị trình sản xuất điều khiển tự động để thay giảm nhẹ lao động. .. P,T X,L điều khiển động ba pha khơng đồng roto lồng sóc u cầu : Hãy tổng hợp mạch điện điều khiển cho công nghệ theo phương pháp hàm tác động Lập trình cho hệ thống điều khiển cơng nghệ sử dụng