Mô hình điều khiển động cơ sử dụng bộ điều khiển khả trình Zen - Omron

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2016-2017 MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH ZEN-OMRON Trưởng khoa Xác nhận chủ nhiệm đề tài ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ: KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: LÊ PHƯỚC ĐỨC Tháng năm 2017 i MỤC LỤC MỤC LỤC i CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH ZENOMRON 1.1 Tổng quan điều khiển 1.2 Các loại điều khiển 1.3 Hệ thống số 1.4 Các khái niệm xử lý thông tin 1.5 Bộ điều khiển lập trình PLC – Cấu trúc phương thức hoạt động 1.6 Các dạng ZEN có 1.7 Cấu trúc ZEN 11 1.8 Các đặc trưng Zen 11 1.9 Phương pháp lắp đặt 12 1.10 Lựa chọn ngôn ngữ hiển thị 14 1.11 Đặt thời gian ngày tháng 14 1.12 Lập chương trình LAD 15 1.13 Nối dây ngõ vào/ ngõ 15 1.14 Xóa chương trình 15 1.15 Viết chương trình bậc thang 16 1.16 Sửa chương trình LAD 21 1.17 Sử dụng Timer (T) Timer có lưu (Holding Timer) (#) 23 1.18 Sử dụng đếm (Counter) 26 CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SỦ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH ZEN-OMRON 2.1 Cài đặt phần mềm 30 ii 2.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm lập trình ZEN SOFT 30 2.3 Mơ hình thí nghiệm ZEN hãng Omron 33 2.4 Hướng dẫn sử dụng mơ hình 34 CHƯƠNG 3: MỘT SỐ BÀI THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 36 3.1 Bài thực hành 1: MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA 36 3.2 Bài thực hành 2: MỞ MÁY TUẦN TỰ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA 37 3.3 Bài thực hành 3: MỞ MÁY TUẦN TỰ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA THEO KIỂU CHẠY TRƯỚC, TẮT SAU 39 3.4 Bài thực hành 4: ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA THEO KIỂU TRỰC TIẾP 41 3.5 Bài thực hành 5: ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA THEO KIỂU GIÁN TIẾP 42 3.6 Bài thực hành 6: MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA THEO PHƯƠNG PHÁP SAO/TAM GIÁC BẰNG TAY 44 3.7 Bài thực hành 7: TẮT MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA SAU KHOẢNG THỜI GIAN ĐẶT TRƯỚC 46 3.8 Bài thực hành 8: MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SAO/TAM GIÁC SAU KHOẢNG THỜI GIAN ĐẶT TRƯỚC 48 3.9 Bài thực hành 9: MỞ MÁY/TẮT MÁY TUẦN TỰ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA SAU KHOẢNG THỜI GIAN ĐẶT TRƯỚC 49 3.10 Bài thực hành 10: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ 51 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN 53 4.1 Kết đạt 53 4.2 Hạn chế đề tài 53 4.3 Hướng phát triển đề tài 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 iii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH ZEN HÃNG OMRON 1.1 Tổng quan điều khiển Điều khiển có nhiệm vụ thực chức riêng máy móc hay thiết bị theo trình tự hoạt động định trước phụ thuộc vào trạng thái máy hay phát tín hiệu Sự điều khiển phân biệt theo đặc điểm khác nhau: * Theo loại biểu diễn thông tin - Điều khiển nhị phân: Xử lý tín hiệu đầu vào nhị phân (tín hiệu 1-0) thành tín hiệu nhị phân - Điều khiển số: Xử lý thông tin số, có nghĩa thơng tin biểu diễn dạng số * Theo loại xử lý tín hiệu - Điều khiển liên kết: Các trạng thái tín hiệu xác định ngõ điều khiển trạng thái tín hiệu ngõ vào tuỳ thuộc vào chức liên kết (AND, OR, NOT) - Điều khiển trình tự: Điều khiển với trình tự theo bước, đóng mạch bước sau xảy phụ thuộc vào điều kiện đóng mạch Điều kiện đóng mạch phụ thuộc vào qui trình hay thời gian - Điều khiển không đồng bộ: Việc điều khiển xử lý thay đổi trực tiếp tín hiệu ngõ vào khơng cần tín hiệu xung phụ (điều khiển chậm) - Điều khiển đồng xung: Việc điều khiển xử lý tín hiệu đồng với tín hiệu xung (điều khiển nhanh) * Theo loại thực chương trình - Điều khiển theo chương trình kết nối cứng: Loại điều khiển lập trình cố định, có nghĩa khơng thể thay đổi ví dụ lắp đặt dây nối cố định hay thay đổi chương trình thơng qua đầu nối (ma trận diode) iv - Điều khiển khả trình: Chức điều khiển lưu giữ nhớ chương trình Nếu sử dụng nhớ đọc/ghi (RAM), thay đổi chương trình mà khơng cần can thiệp đến phần khí (điều khiển lập trình tự do) Nếu ngược lại nhớ đọc (ROM), chương trình thay đổi cách thay đổi nhớ (điều khiển thay đổi chương trình) Hình 1.1: Sơ đồ loại điều khiển 1.2 Các loại điều khiển Trong kỹ thuật điều khiển tự động hóa, người ta chia làm hai loại điều khiển: điều khiển kết nối cứng điều khiển khả trình * Điều khiển kết nối cứng Điều khiển kết nối cứng loại điều khiển mà chức đặt cố định (nối dây) Nếu muốn thay đổi chức điều có nghĩa thay đổi kết nối dây Điều khiển kết nối cứng thực với tiếp điểm (Relay, khởi động từ, v.v.) hay điện tử (mạch điện tử) * Điều khiển khả trình (PLC) Điều khiển khả trình loại điều khiển mà chức đặt cố định thơng qua chương trình cịn gọi nhớ chương trình Sự điều khiển bao gồm thiết bị điều khiển mà tất phát tín hiệu cần thiết đối tượng điều khiển kết nối cho chức cụ thể Nếu chức v điều khiển cần thay đổi, phải thay đổi chương trình thiết bị lập trình đối tượng điều khiển tương ứng hay cắm nhớ chương trình lập trình khác vào điều khiển 1.3 Hệ thống số Trong xử lý phần tử nhớ, ngõ vào, ngõ ra, thời gian, ô nhớ v.v PLC hệ thập phân khơng sử dụng mà hệ thống số nhị phân (hệ hai trị) * Hệ nhị phân Hệ nhị phân có số 1, đọc biểu diễn giá trị dễ dàng kỹ thuật Giá trị định vị số nhị phân số mũ hai Độ lớn số thông thường biểu diễn dạng mã BCD (Binary-CodeDecimal) Đối với số Decimal viết với số nhị phân vị trí * Số thập lục phân ( Hexadecimal) Hệ thập lục phân có 16 ký hiệu khác từ 0-9 A-F Giá trị định vị số thập lục phân số mũ 16 - Hệ nhị phân: Chữ số: 0,1 Giá trị định vị = Số mũ số 23 22 21 20 Hệ thập lục phân: gồm chữ số 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F Giá trị định vị = số mũ số 16 163 162 4096 256 161 160 16 1.4 Các khái niệm xử lý thông tin Trong PLC, hầu hết khái niệm xử lý thông tin liệu sử dụng bit, byte, Word, doubleword 1.4.1 Bit Bit đơn vị thơng tin nhị phân nhỏ nhất, có giá trị vi Mức ~ có điện áp 12V 0V Mức ~ khơng có điện áp Hình 1.2 Một bit có mức mức 1.4.2 Byte byte gồm có bit 1.4.3 Word Word gồm có byte hay 16 bit Với Word biểu diễn dạng: số nhị phân, ký tự hay câu lệnh điều khiển 1.4.4 DoubleWord DoubleWord gồm có byte hay 32 bit Với DoubleWord biểu diễn dạng: số nhị phân, ký tự hay câu lệnh điều khiển 1.5 Bộ điều khiển lập trình PLC – Cấu trúc phương thức hoạt động 1.5.1 Giới thiệu vii Các thành phần kỹ thuật điều khiển điện điện tử ngày đóng vai trị vơ to lớn lĩnh vực tự động hóa ngày cao Trong năm gần đây, bên cạnh việc điều khiển Relay khởi động từ việc điều khiển lập trình phát triển với hệ thống đóng mạch điện tử thực lập trình máy tính Trong nhiều lĩnh vực, loại điều khiển cũ thay đổi điều khiển lập trình được, gọi điều khiển logic khả trình, viết tắt tiếng Anh PLC (Programmable Logic Controller) Sự khác biệt điều khiển logic khả trình ( thay đổi qui trình hoạt động) điều khiển theo kết nối cứng (không thay đổi qui trình hoạt động) là: Sự kết nối dây khơng cịn nữa, thay vào chương trình Có thể lập trình cho PLC nhờ vào ngơn ngữ lập trình đơn giản Đặc biệt người sử dụng khơng cần nhờ vào ngơn ngữ lập trình khó khăn, lập trình PLC nhờ vào liên kết logic Như thiết bị PLC làm nhiệm vụ thay phần mạch điện điều khiển khâu xử lý số liệu Nhiệm vụ sơ đồ mạch điều khiển xác định số hữu hạn bước thực xác định gọi chương trình Chương trình mơ tả bước thực gọi tiến trình điều khiển, tiến trình lưu vào nhớ nên gọi điều khiển theo lập trình nhớ hay điều khiển khả trình Trên sở khác khâu xử lý số liệu biểu diễn hai hệ điều khiển sau: Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển người ta thay đổi mạch điều khiển: Lắp lại mạch, thay đổi phần tử hệ điều khiển relay điện Trong khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển hệ điều khiển logic khả trình (PLC) người ta thay đổi chương trình soạn thảo 1.5.2 Sự khác điều khiển relay điều khiển PLC Sự khác hệ điều khiển relay hệ điều khiển PLC minh hoạ cách cụ thể sau: viii Điều khiển hệ thống máy bơm qua khởi động từ K1, K2, K3 Trình tự điều khiển sau: Các khởi động từ phép thực tuần tự, nghĩa K1 đóng trước, K2 đóng cuối K3 đóng Để thực nhiệm vụ theo yêu cầu mạch điều khiển thiết kế sau: Hình 1.3: Mạch điều khiển trình tự máy bơm Khởi động từ K2 đóng cơng tắc S3 đóng với điều kiện khởi động từ K1 đóng trước Phương thức điều khiển gọi điều khiển trình tự Tiến trình điều khiển thực cách cưỡng - Bốn nút nhấn S1, S2, S3, S4: Các phần tử nhập tín hiệu - Các tiếp điểm K1, K2, K3 mối nối liên kết phần tử xử lý - Các khởi động từ K1, K2, K3 kết xử lý Nếu thay đổi mạch điện điều khiển phần xử lý hệ PLC ta biểu diễn hệ thống sau: - Phần tử vào: Các nút nhấn S1, S2, S3, S4 giữ nguyên - Phần tử ra: Ba khởi động từ K1, K2, K3, để đóng mở ba máy bơm giữ nguyên - Phần tử xử lý: Được thay PLC Sơ đồ kết nối với PLC cho hình 2.3 Trình tự đóng mở theo u cầu đề lập trình, chương trình nạp vào nhớ Bây giả thiết nhiệm vụ điều khiển thay đổi Hệ thống ba máy bơm giữ nguyên, trình tự thực sau: đóng hai ba máy bơm máy bơm hoạt động cách độc lập ix Như theo yêu cầu hệ thống điều khiển relay điện phải thiết kế lại mạch điều khiển, sơ đồ lắp ráp phải thực lại hoàn toàn Sơ đồ mạch điều khiển biễu diễn hình Như mạch điều khiển thay đổi nhiều phần tử đưa tín hiệu vào giữ nguyên, chi phí cho nhiệm vụ cao Nếu ta thay đổi hệ điều khiển hệ điều khiển lập trình PLC, nhiệm vụ điều khiển thay đổi thực nhanh đơn giản cách thay đổi lại chương trình L F1 S1 Nhập số liệu S2 S3 K1 S4 K2 K3 Xử lý K1 Kết K1 N K2 K2 K3 Hình 1.4: Sơ đồ mạch chuyển thành chương trình PLC Hình 1.5: Sơ đồ kết nối PLC x Yêu cầu:  Khi nhấn S1 động M1 hoạt động trước, sau nhấn S2 để động M2 hoạt động  Khi nhấn S0 động dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị ZEN thiết bị ngoài: Thiết bị ngồi Thiêt bị ZEN Chú thích S1 I0 Nút nhấn mở máy M1 S2 I1 Nút nhấn mở máy M2 S0 I2 Nút nhấn dừng khẩn cấp K1 Q0 Cuộn dây Contactor K1 K2 Q1 Cuộn dây Contactor K2 Sơ đồ kết nối ZEN với thiết bị ngoài: Viết chương trình LAD xxxv 3.3 Bài thực hành 3: MỞ MÁY TUẦN TỰ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA THEO KIỂU CHẠY TRƯỚC, TẮT SAU Yêu cầu: Khi chạy:  Khi nhấn S1 động M1 hoạt động trước, sau nhấn S2 để động M2 hoạt động Khi dừng:  Bắt buột phải nhấn S3 để dừng M2 trước, sau nhấn S4 để dừng M1  Khi nhấn S0 động dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị ZEN thiết bị ngoài: Thiết bị Thiêt bị ZEN Chú thích S1 I0 Nút nhấn mở máy M1 S2 I1 Nút nhấn dừng M1 S3 I2 Nút nhấn mở máy M2 S4 I3 Nút nhấn dừng M2 S0 I4 Nút dừng khẩn cấp K1 Q0 Cuộn dây Contactor K1 K2 Q1 Cuộn dây Contactor K2 xxxvi Sơ đồ kết nối ZEN với thiết bị ngoài: Viết chương trình LAD 3.4 Bài thực hành 4: ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA THEO KIỂU TRỰC TIẾP Yêu cầu: Khi chạy: xxxvii  Khi nhấn S1 động M hoạt động, muốn đảo chiều quay nhấn trực tiếp S2 động đảo chiều nhấn S2 trước động M hoạt động muốn đảo chiều nhấn trực tiếp S1 Khi dừng:  Khi nhấn S0, động M dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị ZEN thiết bị ngồi: Thiết bị ngồi Thiêt bị ZEN Chú thích S1 I0 Nút nhấn dừng S2 I1 Nút nhấn chạy thuận S0 I2 Nút nhấn chạy nghịch K1 Q0 Cuộn dây Contactor KT K2 Q1 Cuộn dây Contactor KN Sơ đồ kết nối ZEN với thiết bị ngồi: Chương trình LAD viết sau xxxviii 3.5 Bài thực hành 5: ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA THEO KIỂU GIÁN TIẾP Yêu cầu: Khi chạy:  Khi nhấn S1 động M hoạt động, muốn đảo chiều quay phải nhấn S0 ngắt điện động cơ, sau nhấn S2 động đảo chiều nhấn S2 trước động M hoạt động muốn đảo chiều nhấn S0 ngắt điện động sau nhấn S1 động đảo chiều Khi dừng:  Khi nhấn S0, động M dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị ZEN thiết bị ngoài: Sơ đồ kết nối ZEN với thiết bị ngoài: xxxix Chương trình LAD viết sau 3.6 Bài thực hành 6: MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA THEO PHƯƠNG PHÁP SAO/TAM GIÁC BẰNG TAY Yêu cầu: Khi mở máy :  Khi nhấn S1 động M mở máy chế độ sao, nhấn S2 động làm việc chế độ tam giác Khi dừng:  Khi nhấn S0, động M dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị ZEN thiết bị ngoài: Sơ đồ kết nối ZEN với thiết bị ngoài: xl Viết chương trình LAD 3.7 Bài thực hành 7: TẮT MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA SAU KHOẢNG THỜI GIAN ĐẶT TRƯỚC Yêu cầu: Khi chạy: Nhấn S1động hoạt động, sau khoảng thời gian 5s động dừng, động bị cố tải đèn H sáng Khi dừng: Nhấn S0 động dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị ZEN thiết bị ngoài: Thiết bị Thiêt bị Chú thích ZEN S0 I0 Nút nhấn dừng khẩn cấp S1 I1 Nút mở máy động F I2 Báo cố tải H Q0 Đèn báo tải K Q1 Cuộn dây Contactor K Sơ đồ kết nối ZEN với thiết bị ngoài: xli + 24 VDC S0 S1 I0 F I1 I2 com ZEN Q0 H Q1 com K 220 VAC Viết chương trình LAD 3.8 Bài thực hành 8: MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SAO/TAM GIÁC SAU KHOẢNG THỜI GIAN ĐẶT TRƯỚC Yêu cầu: xlii Khi mở máy :  Khi nhấn S1 động M mở máy chế độ sao, sau 10 động làm việc chế độ tam giác Khi dừng:  Khi nhấn S0, động M dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị ZEN thiết bị ngoài: Sơ đồ kết nối ZEN với thiết bị ngoài: Viết chương trình LAD 3.9 Bài thực hành 9: MỞ MÁY/TẮT MÁY TUẦN TỰ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA SAU KHOẢNG THỜI GIAN ĐẶT TRƯỚC Yêu cầu: xliii Khi mở máy :  Khi nhấn S1 động M1 hoạt động, 3s sau M2 hoạt động, 3s sau M3 hoạt động Khi dừng:  Khi nhấn S0, động M1 dừng trước, 5s sau M2 dừng, 5s sau M3 dừng Bảng kết nối thiết bị ZEN thiết bị ngoài: Sơ đồ kết nối ZEN với thiết bị ngoài: Viết chương trình LAD 3.10 Bài thực hành 10: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ xliv Yêu cầu: Khi mở máy :  Mỗi lần hoạt động có động vận hành, bắt đầu khởi động nhấn nút S1 động M1 chạy trước, nhấn tiếp nút S1 động bên phải M2 vận hành, chu kỳ tiếp tục động M8 vận hành nhấn tiếp S1 M1 lại vận hành Khi dừng:  Khi nhấn S0, dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị ZEN thiết bị ngoài: Sơ đồ kết nối ZEN với thiết bị ngoài: xlv Viết chương trình LAD xlvi Chương KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết đạt : Trong đề tài tác giả trình bày tổng quan PLC, phân loại ứng dụng số loại PLC hãng Omron, nghiên cứu tìm hiểu cách đấu dây ngõ vào, ngõ điều khiển, mạch động lực, cách thức sử dụng điều khiển lập trình ZEN hãng Omron Tác giả thiết kế thi cơng mơ hình thí nghiệm ZEN, có kèm theo kết nối ngõ thiết bị để dễ dàng cho người sử dụng, đồng thời kèm theo tài liệu hướng dẫn thực hành thực hành với ZEN 4.2 Những hạn chế đề tài : Trong đề tài tác giả nghiên cứu ZEN loại cỡ nhỏ với 14 In /Out, chưa nghiên cứu module mở rộng, chưa mở rộng nghiên cứu dòng PLC khác, thiết kế thi cơng mơ hình thí nghiệm ZEN mức độ tiếp cận bản, nhiều hạn chế việc nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực ZEN Trong đề tài này, tác giả chưa nghiên cứu kết nối, giao tiếp mạng ZEN, chưa nghiên cứu mơ hình sản xuất ứng dụng ZEN 4.3 Hướng phát triển đề tài : Qua việc phân tích hạn chế đề tài, tác giả đề hướng phát triển đề tài sau : - Tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu điều khiển lập trình cỡ nhỏ, mở rộng nghiên cứu dòng ZEN hệ mới, nghiên cứu cách thức kết nối, giao tiếp mạng ZEN - Nghiên cứu triển khai mơ hình sản xuất ứng dụng ZEN xlvii xlviii TÀI LIỆU THAM KHẢO - Tài liệu tiếng Việt [1] Nguyễn Doãn Phước, 2012, Hướng dẫn sử dụng PLC OMRON, NXB KHKT [2] Kỹ thuật điều khiển lập trình – Trung tâm Việt Đức – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM [3] Chương trình chi tiết học phần PLC - Tài liệu nước [1] Automatisieren mit sps – Guenter – Wellenreuther – Dieter Zastrow, nxb Viweg [2] Stuerung Von – ELWE [3] Omron ZEN PLC Datasheet xlix ... 1210 0- 121006 1210 0- 1210012 Rơ le Bán Rơ le Bán Rơ le Bán Khơng ZENZENZENCó Khơng ZENZENZENCó Khơng ZENZENZENCó Khơng ZENZENZENCó Khơng ZENCó ZENKhơng ZENCó ZENKhơng ZENCó ZEN- 1212Bán 10010012Loại... 23 1.18 Sử dụng đếm (Counter) 26 CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SỦ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH ZEN- OMRON 2.1 Cài đặt phần mềm 30 ii 2.2 Hướng dẫn sử dụng phần... K3 Hình 1.6: Sơ đồ mạch điều khiển động thay đổi Hệ điều khiển lập trình PLC có ưu điểm sau: - Thích ứng với nhiệm vụ điều khiển khác - Khả thay đổi đơn giản trình đưa thiết bị vào sử dụng - Tiết