thiết kế tủ điện

thiết kế tủ điện điều khiển tuần tự 3 băng tải sử dụng plc

LỜI NHẬN XÉT MỤC LỤC LỜI NHẬN XÉT LỜI MỞ ĐẦU .5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan hệ thống băng tải 1.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc băng tải vận chuyển than 1.3 Đặc điểm hệ thống băng tải vận chuyển than .7 1.4 Yêu cầu điều khiển .7 1.4.1 Các yêu cầu động truyền động hệ truyền động điện 1.4.2 Chế độ điều khiển băng tải CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC 2.1 Giới thiệu chung PLC 2.2 Cấu trúc PLC .9 2.2.1 Các hoạt động xử lý bên PLC 11 2.2.2 Ngơn ngữ lập trình PLC 11 2.2.3 Ưu điểm nhược điểm PLC .12 2.3 Giới thiệu PLC FX 1S hãng Mitsubishi .13 2.3.1 Giới thiệu sơ lược .13 2.3.2 Đặc tính kỹ thuật 14 2.3.3 Một số lệnh 16 2.4 Nguồn cấp cho PLC FX 1S .17 2.5 Các thiết bị lập trình PLC 19 2.6 Phần mềm lập trình GX works .19 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 21 3.1 Lựa chọn thiết bị điều khiển 21 3.1.1 PLC Mitsubishi FX 1S 30MT 21 3.1.2 Thiết bị cấp nguồn 21 3.2 Tính chọn thiết bị bảo vệ, đóng cắt 22 3.2.1 Aptomat 22 3.2.2 Contactor 23 3.2.3 Relay nhiệt .23 3.2.4 Dây dẫn 24 3.2.5 Nút ấn .24 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 25 4.1 Sơ đồ khối 25 4.2 Sơ đồ kết nối .25 4.2.1 Kết nối PLC 25 4.2.2 Sơ đồ mạch động lực 25 4.3 Chương trình điều khiển 26 4.4 Sơ đồ tủ điện 28 4.5 Lưu đồ thuật toán 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 KẾT LUẬN .31 DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU Hình 1: Cấu tạo băng tải .6 Hình 1: Cấu trúc PLC Hình 2: Ngơn ngữ lập trình IL 12 Hình 3: Ngơn ngữ lập trình FBD 12 Hình 4: Ngơn ngữ lập trình LD 12 Hình 5: Một số loại PLC FX 1S hãng Mitsubishi 14 Bảng 1: Thông số kỹ thuật PLC FX 1S 16 Bảng 2: Lệnh Load, Load Inverse 16 Bảng 3: Lệnh Out .16 Bảng 4: Lệnh And, And Inverse .17 Bảng 5: Lệnh Or, Or Inverse 17 Hình 6: Nguồn cấp cho PLC FX1N dạng xoay chiều 18 Hình 7: Nguồn cấp cho PLC FX1N dạng chiều 18 Hình 8: Đấu đầu Rơ le 18 Hình 9: Đấu đầu Transistor .18 Hình 10: Phần mềm lập trình GX works .20 Hình 1: PLC Mitsubishi FX 1S 30MT 21 Hình 2: Bộ nguồn 24V DC 3A 21 Hình 3: Aptomat pha MCB Chint NXB-125G 23 Hình 4: Contactor LS MC 32A 23 Hình 5: RelayLS MT 32A 24 Hình 6: Nút ấn LA38-11D .24 Hình 1: Sơ đồ khối 25 Hình 2: Sơ đồ kết nối PLC .25 Hình 3: Sơ đồ mạch động lực 25 Hình 4: Mặt tủ 28 Hình 5: Mặt ngồi tủ .29 Hình 6: Lưu đồ thuật toán chế độ độc lập 29 Hình 7: Lưu đồ thuật toán chế độ .30 LỜI MỞ ĐẦU Với phát triển khoa học công nghệ nay, việc ứng dụng thiết bị điều khiển trình PLC để tự động hóa q trình sản xuất, nhằm mục tiêu tăng xuất lao động, giảm sức người, nâng cao chất lượng sản phẩm vấn đề cấp thiết cơng ty xí nghiệp giúp tự động hóa sản xuất để tiện lợi cho việc quản lý dây chuyền sản phẩm cho toàn hệ thống cách hợp lý yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm nhiều thời gian quản lý cách dễ dàng Đồ án chuyên ngành: Ứng dụng PLC Mitsubishi lập trình cho hệ thống vận chuyển than với băng tải giúp sinh viên áp dụng cách tổng quan kiến thức học tích luỹ q trình học tập để giải vấn đề Trong trình làm đồ án với kiến thức học, nỗ lực cố gắng thân giúp đỡ, bảo thầy cô môn, đặc biệt hướng dẫn trực tiếp, tận tình giáo Nguyễn Thị Thùy Dương giúp em hồn thành tiến độ đồ án mơn học Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trang bị cho em kiến thức chuyên mơn để hồn thành đồ án Tuy nhiên trình độ có hạn nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đóng góp ý kiến thầy giáo Hưng n, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực Nguyễn Văn Khánh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan hệ thống băng tải Băng tải, băng chuyền thiết bị cơng nghiệp tự động hóa, chuyển tải có tính kinh tế cao ứng dụng vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu nhiều khoảng cách Có thể hiểu rằng, thiết bị vận chuyển đồ vật từ nơi đến nơi khác, từ điểm A đến điểm B Nhờ mà đây, người tốn sức nâng đỡ, vác sức người hay dụng cụ vận chuyển truyền thống xe đẩy, xe chở hàng,… 1.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc băng tải vận chuyển than Hình 1: Cấu tạo băng tải Cấu tạo băng tải gồm: - Khung băng tải: Có kết cấu vật liệu nhẹ linh hoạt lắp ráp Thông thường làm thép sơn tĩnh điện, inox nhơm định hình - Động băng tải: Dùng để điều khiển kiểm soát tốc độ - Dây băng tải: thường sử dụng dây PVC dây PU - Cơ cấu truyền động gồm: Rulo chủ động kéo, cấu chống lệch băng, lăn đỡ dây… - Bàn thao tác băng tải thường gỗ, inox, phía có dán lớp nhựa PVC chống trầy xước cho sản phẩm - Hệ thống đường khí nén đường điện có ổ cắm để lấy điện cho máy dùng băng tải Nguyên lý làm việc: Băng tải chủ yếu bao gồm lăn băng tải đóng chúng Con lăn truyền động cho băng tải quay gọi lăn dẫn động, lăn thay đổi hướng băng tải lăn đảo chiều Con lăn truyền động điều khiển động thơng qua giảm tốc từ băng tải truyền động nhờ động Các lăn truyền động thường lắp đầu để tạo điều kiện kéo Nguyên liệu (than) đưa vào điểm đầu nhờ truyền động băng tải mà di chuyển tới điểm cuối 1.3 Đặc điểm hệ thống băng tải vận chuyển than - Cơ động nhiều loại địa hình thuận tiện việc lắp đặt, bảo dưỡng - Có thể lắp cho hệ thống băng tải ngồi trời nhờ thích ứng với nhiều điều kiện môi trường khác - Độ bền cao, bị co giãn theo thời gian, chống va đập nhờ cấu trúc sợi cao su chặt chẽ - Chịu bào mòn của than - Vận hành ổn định nhiều hoạt động mà không gây nhiều tiếng ồn - Ít tiêu hao nhiều điện - Có thể vận chuyển than đá quãng đường dài mà khơng gặp khó khăn - Băng tải than vận chuyển theo phương ngang phương nghiêng giúp đẩy nhanh trình vận chuyển - Tiết kiệm nhiều chi phí th nhân cơng lao động - Đảm bảo an toàn lao động - Đảm bảo vấn an tồn lao động q trình làm việc - Tiết kiệm chi phí 1.4 Yêu cầu điều khiển 1.4.1 Các yêu cầu động truyền động hệ truyền động điện - Chế độ làm việc thiết bị vận tải liên tục chế độ dài hạn với phụ tải không đổi - Hệ truyền động thiết bị vận tải liên tục cần đảm bảo khởi động đầy tải Mô men khởi động động Mkd = (1,6 ÷ 1,8)Mđm Do hệ thống băng tải thiết bị hoạt động chế độ dài hạn, khởi động đầy tải cần mô men khởi động đủ lớn để đáp ứng yêu cầu tải Động không đồng đáp ứng yêu cầu Động không đồng bộ: Là loại động phù hợp với thiết bị có cơng suất nhỏ, rẻ, chắn, độ tin cậy cao 1.4.2 Chế độ điều khiển băng tải Vì hầu hết thiết bị vận tải liên tục không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên không quan tâm đến trình điều chỉnh tốc độ động cơ, mà quan tâm đến mô men khởi động động cơ, chế độ làm việc động chế độ làm việc dài hạn em lên chọn loại động không đồng pha có đặc tính phù hợp với yêu cầu a Chế độ vận hành tự động Theo quy định việc khởi động băng tải thực từ phòng điều khiển trung tâm (khởi động từ xa) Sơ đồ điều khiển động điện băng tải bố trí thích hợp, để tiến hành khởi động băng từ bảng điều khiển trung tâm Để điều khiển tự động từ bảng điều khiển khóa điều khiển, phải chọn sơ đồ cấp liệu Sau đặt khóa điều khiển vào vị trí tự động đèn vị trí thiết bị nhấp nháy Sau tín hiệu từ sơ đồ khởi động trung tâm chạy băng cuối theo tuyến băng tải b Chế độ vận hành chỗ Chế độ vận hành bảng điều khiển, việc thực chế độ cách ấn nút khởi động nút dừng hộp điều khiển, công việc công nhân vận hành băng tải trực tiếp thực Kết đạt sau hoàn thành chương 1: - Hiểu biết hệ thống băng tải sử dụng đề tài (đặc điểm, cấu tạo, động cơ, nguyên lý hoạt động, ứng dụng ) - Tìm hiểu chế độ vận hành băng tải CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC 2.1 Giới thiệu chung PLC PLC (Programmable Logic Controller), thiết bị điều khiển logic lập trình được, cho phép thực linh hoạt thuật điều khiển số thơng qua số ngơn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể thuật toán mạch số PLC tích hợp, có tính máy tính, nghĩa có vi xử lý (CPU), có hệ điều hành, có nhớ để lưu chương trình điều khiển liệu cổng vào để giao tiếp với đối tượng điều khiển, kết nối mạng PLC với giao tiếp với máy tính để thực chức điều khiển Ngồi PLC cịn có chứa khối chức đặc biệt khác đếm (counter), định thời (timer) nhiều khối hàm chuyên dụng khác 2.2 Cấu trúc PLC Tất PLC có thành phần là: + Một nhớ chương trình RAM bên (có thể mở rộng thêm số nhớ EPROM) + Một vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối PLC + Các Module vào/ra Hình 1: Cấu trúc PLC Đơn vị xử lý trung tâm (CPU): 10 - SET RESET dùng cho thiết bị lần tùy ý Tuy nhiên trạng thái lệnh cuối kích hoạt trạng thái có ảnh hưởng 2.4 Nguồn cấp cho PLC FX 1S Cấp nguồn ngõ vào: - Nguồn xoay chiều: Điện áp từ 100 – 240V AC (+ 10%, - 15%), tần số 50 – 60HZ Dòng khởi động 15A 5ms điện áp 100V, 25A 5ms điện áp 200V Hình 6: Nguồn cấp cho PLC FX1N dạng xoay chiều Trong đó: 1: Nguồn cấp AC 2: Nút nhấn (contact) 3: MPU (main processing unit) - Nguồn chiều: Điện áp 12V DC - 15%, 24V DC + 20% Dòng khởi động cực đại 22A 0.3ms 12V, 25A ms 24V Hình 7: Nguồn cấp cho PLC FX1N dạng chiều Trong đó: 1: Nguồn cấp DC 2: Nút nhấn (contact) 3: MPU (main processing unit) - Đấu dây ngõ ra: Ngõ Rơ le: 20 Hình 8: Đấu đầu Rơ le Ngõ transistor: Hình 9: Đấu đầu Transistor 2.5 Các thiết bị lập trình PLC - Ngõ vào ra: Ngõ vào ngõ nhớ bit, bit có ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái ngõ vào ngõ vật lý Ngõ vào nhận tín hiệu trực tiếp từ cảm biến ngõ relay, transitor hay triac vật lý Kí hiệu: Ngõ vào: X Ngõ ra: Y - Relay phụ trợ: Relay nhớ bit có tác dụng relay phụ trợ vật lý mạch điều khiển dung relay truyền thống, nên gọi relay logic Kí hiệu: Relay kí hiệu M dánh số thập phân - Relay trạng thái (state relays): kí hiệu S đánh số thập phân Theo thuật ngữ máy tính, relay cịn gọi cờ - Thanh ghi: nhớ 16 bit (word) dung để lưu số liệu, ghi kí hiệu D đánh số thập phân - Bộ định (timer): Được dùng để định kiện Bộ định PLC gọi định logic, PLC tổ chưc có tác dụng định vật lý Số lược định suer dụng tùy thuộc loại PLC Kí hiệu: T đánh số thập phân - Bộ đếm (counter): Được dùng để đếm kiện Bộ đếm PLC gọi đếm logic, mà nhớ PLC tổ 21 chức có tác dụng đếm vật lý Số lượng đếm sử dụng tùy thuộc vào loại PLC Kí hiệu: C đánh số thập phân 2.6 Phần mềm lập trình GX works GX Works2 phần mềm lập trình PLC hãng Mitsubishi phiên nâng cấp thay cho GX Developer bị hạn chế số tính Những cải tiến phiên phần mềm gồm có: - Giao diện thiết kế lại cách trực quan để thuận tiện cho người sử dụng -Thư viện modul cập nhập đầy đủ - Hỗ trợ thêm ngôn ngữ lập trình FBD SFC - Thao tác tùy chỉnh thông số dễ dàng - Bộ cài đặt tích hợp thêm gói phần mềm hỗ trợ Hình 10: Phần mềm lập trình GX works Trong đó: 1- Vùng soạn thảo: Nơi để soạn thảo chương trình 2- Project: Chứa thông tin liên quan đến tham số PLC, tham số trương trình vùng nhớ PLC 3- Lựa chọn kết nối 4- Các công cụ phục vụ soạn thảo chương trình doawload, up load, thao tác mơ Từ ta đọc chương trình hay viết chương trình vào PLC 22 5- Biên dịch chương trình kiểm tra xem chương trình có bị lỗi hay khơng 6- Tiến hành mơ Kết đạt sau hoàn thành chương 2: - Tìm hiểu thơng tin cần thiết PLC bao gồm: khái niệm, cấu tạo, tín hiệu kết nối, chức - Mơ lập trình thành công PLC phần mềm ( Thiết lập lệnh, soạn thảo chương trình điều khiển) - Hiểu biết thêm cách đấu nối ngõ vào cho PLC sử dụng đề tài - Kết nối, tải chương trình thành cơng lên PLC CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 3.1 Lựa chọn thiết bị điều khiển 3.1.1 PLC Mitsubishi FX 1S 30MT Hình 1: PLC Mitsubishi FX 1S 30MT - Điện áp nguồn cung cấp: 110-220VAC - Kết nối truyền thông: RS422 - Loại ngõ ra: Transistor - Tổng I/O: 16/14 3.1.2 Thiết bị cấp nguồn Bộ nguồn 24VDC hay gọi nguồn chiều 24V thiết kế để chuyển đổi điện áp từ nguồn xoay chiều 220VAC thành nguồn 24VDC để cung cấp cho thiết bị hoạt động 23 Hình 2: Bộ nguồn 24V DC 3A Bộ nguồn 24V có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện chiều chế độ dao động xung tạo mạch điện tử kết hợp với biến áp xung - Ưu điểm: Nguồn nhỏ gọn hẳn so với máy biến áp truyền thống, cấu tạo nhẹ, rẻ Dễ liên kết với thiết bị nhỏ gọn Hiệu suất cao nguồn xung hoạt động tốt dải tần số cao - Nhược điểm: Chế tạo đòi hỏi kỹ thuật cao, thiết kế phức tạp, việc sửa chữa khó khăn, ngồi tuổi thọ không cao (do cấu tạo chủ yếu linh kiện bán dẫn) 3.2 Tính chọn thiết bị bảo vệ, đóng cắt Thơng số cho trước: Cơng suất động cơ: 10kw →Chọn động không đồng pha roto ngắn mạch 11kW-15hp công ty BGM Việt Nam có: - Điện áp định mức 380 (V) - Hệ số công suất cos 0,89 - Hiệu suất 0,9 3.2.1 Aptomat Khái niệm: Aptomat TBĐ tự động cắt mạch điện có cố, dùng để bảo vệ cho mạch điện, thiết bị có cố tải, ngắn mạch, sụt áp, truyền công suất ngược - Thông số kĩ thuật ap tô mát + Điện áp định mức (V) + Dòng điện định mức (A) + Dòng điện cắt (A) + Thời gian cắt (s) - Điều kiện chọn AP : 24 Uđmap > Uđmdc Iđmap >Iđmđc Dòng điện định mức động cơ: Iđm = = = 20,864 (A) Ta chọn dịng điện tính tốn bảo vệ 125%÷150% so với dịng điện định mức động Dịng tính tốn aptomat: Itt = 1,5.= 1,5 20,86 = 31,297 (A) Chọn APT (aptomat tổng) ta có tổng dịng tính tốn cho động bảo vệ cho băng tải: = 31,287 = 93,891 (A) Chọn AP: Điện áp định mức > 380 V Dòng điện định mức > 93,891 A Chọn aptomat pha MCB Chint NXB-125G có U đm > 400V, Iđm =100A Ta chọn AP NXB-63 Pha hãng Chint có = 25A, = 230 ÷ 400V Hình 3: Aptomat pha MCB Chint NXB-125G 3.2.2 Contactor Khái niệm: Contactor loại khí cụ điện hạ áp có vai trị điều khiển đóng ngắt an tồn điện từ xa tự động tay cho mạch động lực, bảo vệ hệ thống thiết bị điện hoạt động Ưu điểm dập tắt hồ quang tiếp điểm thiết bị đóng ngắt nhanh Icontactor = Idm tải (1,2÷1,5) Dịng tính tốn cơng tăc tơ : Itt = 1,2 Iđm = 1,2 20,864 = 25,036 (A) Chọn Contactor có: Điện áp định mức > 380 V Dòng định mức > 25,036 A 25 → Chọn Contactor LS MC 32A , có Uđm >380 V, Iđm = 32A, Uđmch ≥ 220V Hình 4: Contactor LS MC 32A 3.2.3 Relay nhiệt Khái niệm: Relay nhiệt loại khí cụ điện dùng để bảo vệ tải cho động Irelay nhiệt = Idm tải (1,2÷1,5) Dịng tính tốn re lơ nhiệt : Itt = 1,2 = 1,2 20,864 = 25,036 (A) Chọn Relay nhiệt có: Điện áp định mức > 380 V Dòng định mức > 25,036A → Chọn RelayLS MT 32A , có > 380 V, = 32A Hình 5: RelayLS MT 32A 3.2.4 Dây dẫn Ta có cơng thức: S = Trong đó: S tiết diện dây dẫn I dòng điện chạy dây dẫn J mật độ dòng điện chạy dây dẫn Ta chọn J = 6A / (dây đồng) Suy ra: S = = = 3,47 mm Vậy ta chọn loại dây dẫn có tiết diện S= cho mạch động lực 26 3.2.5 Nút ấn Khái niệm: Nút ấn loại khí cụ điện đóng ngắc, điều khiển mạch điện tay sử dụng để khởi động, dừng động cơ, đèn, Hình 6: Nút ấn LA38-11D Chọn nút ấn LA38-11D - Loại: Nhấn nhả - Có đèn: điện áp 220V - Cặp tiếp điểm: NO,1 NC Kết đạt sau hoàn thành chương 3: - Tính chọn thiết bị cho tủ điều khiển ( nguồn nuôi, điều khiển, bảo vệ ) phù hợp với đề tài - Lập đầy đủ danh sách thiết bị, chủng loại, số lượng thiết bị cần mua CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Sơ đồ khối Khối nguồn Băng tải Khối xử lý Hình 1: Sơ đồ khối 4.2 Sơ đồ kết nối 4.2.1 Kết nối PLC 27 Hình 2: Sơ đồ kết nối PLC 4.2.2 Sơ đồ mạch động lực Hình 3: Sơ đồ mạch động lực 4.3 Chương trình điều khiển 28 Hình 4: Khai báo địa ngõ vào Chế độ 1: Điều khiển độc lập Chế độ 2: Điều khiển 29 4.4 Sơ đồ tủ điện Hình 5: Mặt tủ 30 Hình 6: Mặt ngồi tủ 4.5 Lưu đồ thuật toán Chế độ độc lập Hình 7: Lưu đồ thuật tốn chế độ độc lập 31 Chế độ Hình 8: Lưu đồ thuật toán chế độ Kết đạt sau hoàn thành chương 4: - Thiết kế thành công sơ đồ nguyên lý - Thiết kế thành công tủ điều khiển - Biết cách vận hành kết nối thiết bị với - Hoàn thành sản phẩm thời gian yêu cầu đặt 32 KẾT LUẬN Trong thời gian học tập trường ĐH Sư phạm kĩ thuật Hưng Yên, chúng em phần tiếp thu kiến thức mà thầy cô truyền đạt Chúng em biết vận dụng kiến thức sở mà thầy cô trang bị cho chúng em để áp dụng vào công việc sau Đề tài thiết kế “Ứng dụng PLC Mitsubishi lập trình cho hệ thống vận chuyển than với băng tải” đề tài khó phức tạp Đề tài địi hỏi sinh viên phải vừa có kinh nghiệm thực tế kiến thức lý thuyết vững vàng Nhưng hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo khoa Điện nên em hoàn thành đồ án đảm bảo yêu cầu đề tiêu kinh tế Em mong đóng góp, phê bình thầy giáo để đề tài em hoàn thiện hơn, tối ưu tài liệu quý giá để mai sai chúng em làm Một lần em chân thành cảm ơn quan tâm giúp đỡ tận tình Nguyễn Thị Thùy Dương thầy cô giáo khoa Điện, bạn lớp tận tình giúp chúng em hoàn thành đồ án này! Em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên, ngày tháng năm 2022 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tăng Văn Mùi, Điều khiển LOGIC lập trình PLC, Nhà xuất Thống Kê, 2003 [2] Bùi Quốc Khánh – Nguyễn Văn Liễn – Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điên, Nhà xuất Khoa học & Kỹ thuật, 2001 [3] Vũ Quang Hồi, Trang bị điện - điện tử công nghiệp, Nhà xuất giáo dục, 2000 [4] Nguyễn Thái Hung, Tự động hóa với Mitsubishi, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2002 [5] Lê Hoàng Vinh – Đào Duy Khương – Võ Thị Ánh, Giáo trình PLC Mitsubishi Tuyết – Trần Thị Thu Thủy, Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM [6] Vũ Gia Hanh – Trần Khánh Hà – Phan Tử Thụ - Nguyễn Văn Sáu, Máy điện tập NXB Khoa học kĩ thuật, 2006 [7] Sổ tay hướng dẫn lập trình điều khiển lập trình Mitsubishi electric coporation 34