(TIỂU LUẬN) đồ án môn PLC NGÀNH tự ĐỘNG hóa đề tài hệ thống tra dầu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI KHOA NĂNG LƯỢNG-TỰ ĐỘNG HOÁ ĐỒ ÁN MƠN PLC NGÀNH: TỰ ĐỘNG HĨA ĐỀ TÀI: Hệ thống tra dầu Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN ĐỨC MINH Sinh viên thực : Lớp : 60TĐH1 MSV : 1851212618 NGUYỄN HỒNG ĐĂNG Mục lục CHƯƠNG I: Phân tích nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển I Cấu trúc nguyên lý hoạt động II Bộ nhớ III PLC phổ biến .7 IV Đề bài(P-9) V Phân tích nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển 11 Chương II : Sơ đồ chức Grafcet 12 Chương III : Phân tích lựa chọn PLC 13 I Giới thiệu chung S7-300 13 II Chọn loại thiết bị hệ thống 24 Chương IV : Sơ đồ lập trình LAD 30 Chương V : Sơ đồ lập trình LAD có điều khiển tay 34 Chương VI : Giao diện điều khiển(HMI) .39 I Tìm hiểu WinCC 39 II Giao diện điều khiển HMI 40 Chương VII : Vẽ sơ đồ điều khiển, sơ đồ nối dây, sơ đồ điện… 45 I Sơ đồ nối dây .45 II Sơ đồ mạch lực 46 Chương VIII : Mơ phỏng, mơ hình 47 I Mô phỏng, mô hình .47 II Kết luận 60 III Tài liệu tham khảo 61 CHƯƠNG I: Phân tích nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển  Tổng quát PLC - PLC viết tắt Programmable Logic Controller, thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ thời gian định hay kiện đếm - Một kiện kích hoạt thật sự, bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên gọi thiết bị vật lý Một điều khiển lập trình liên tục "lặp” chương trình "người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ngõ vào xuất tín hiệu ngõ thời điểm lập trình - Để khắc phục nhược điểm điều khiển dùng dây nối ( điều khiển Relay) người ta chế tạo PLC nhằm thỏa mãn yêu cầu sau: + Lập trình dể dàng, ngơn ngữ lập trình dể học + Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản, sửa chữa + Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình phức tạp + Hồn tồn tin cậy mơi trường cơng nghiệp + Giao tiếp với thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, mơi Modul mở rộng + Giá cá thể cạnh tranh - Các thiết kế nhằm thay cho phần cứng Relay dây nối Logic thời gian Tuy nhiên, bên cạnh việc địi hỏi tăng cường dung lượng nhớ tính dể dàng cho PLC mà bảo đảm tốc độ xử lý giá cả… Chính điều gây quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC cơng nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng từ lệnh logic đơn giản đến lệnh đếm, định thời, ghi dịch… sau chức làm toán máy lớn… Sự phát triển máy tính dẫn đến PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều - Trong PLC, phần cứng CPU chương trình đơn vị cho trình điều khiển xử lý hệ thống Chức mà điều khiển cần thực xác định chương trình Chương trình nạp sẵn vào nhớ PLC, PLC thực viêïc điều khiển dựa vào chương trình Như muốn thay đổi hay mở rộng chức qui trình cơng nghệ, ta cần thay đổi chương trình bên nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức thực cách dể dàng mà không cần can thiệp vật lý so với dây nối hay Relay I Cấu trúc nguyên lý hoạt động Cấu trúc Tất PLC có thành phần là: nhớ chương trình RAM bên (có thể mở rộng thêm số nhớ ngồi EPROM) Một vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC Các Modul vào/ra Bên cạnh đó, PLC hồn chỉnh cịn kèm thêm đơn vị lập trình tay hay máy tính Hầu hết đơn vị lập trình đơn giản có đủ RAM để chứa đựng chương trình dạng hồn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình đơn vị xách tay, RAM thường loại CMOS có pin dự phịng, chương trình kiểm tra sẳn sàng sử dụng truyền sang nhớ PLC Đối với PLC lớn thường lập trình máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458… Nguyên lý hoạt động PLC CPU điều khiển hoạt động bên PLC Bộ xử lý đọc kiểm tra chương trình chứa nhớ, sau thực thứ tự lệnh chương trình, đóng hay ngắt đầu Các trạng thái ngõ phát tới thiết bị liên kết để thực thi Và toàn hoạt động thực thi phụ thuộc vào chương trình điều khiển giữ nhớ Hệ thống Bus tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song: + Address Bus: Bus địa dùng để truyền địa đến Modul khác + Data Bus: Bus dùng để truyền liệu + Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền tín hiệu định điểu khiển đồng hoạt động PLC Trong PLC số liệu trao đổi vi xử lý modul vào thông qua Data Bus Address Bus Data Bus gồm đường, thời điểm cho phép truyền bit byte cách đồng thời hay song song Nếu module đầu vào nhận địa Address Bus, chuyển tất trạnh thái đầu vào vào Data Bus Nếu địa byte đầu xuất Address Bus, modul đầu tương ứng nhận liệu từ Data bus Control Bus chuyển tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động PLC Các địa số liệu chuyển lên Bus tương ứng thời gian hạn chế Hệ thống Bus làm nhiệm vụ trao đổi thông tin CPU, nhớ I/O Bên cạch đó, CPU cung cấp xung Clock có tần số từ 1,8 MHZ Xung định tốc độ hoạt động PLC cung cấp yếu tố định thời, đồng hồ hệ thống II Bộ nhớ - PLC thường yêu cầu nhớ trường hợp: làm định thời cho kênh trạng thái I/O Làm đệm trạng thái chức PLC định thời, đếm, ghi Relay - Mỗi lệnh chương trình có vị trí riêng nhớ, tất vị trí nhớ đánh số, số địa nhớ Địa ô nhớ trỏ đến đếm địa bên vi xử lý Bộ vi xử lý giá trị đếm lên trước xử lý lệnh Với địa mới, nội dung ô nhớ tương ứng xuất đấu ra, trình gọi trình đọc - Bộ nhớ bên PLC tạo bỡi vi mạch bán dẫn, vi mạch có khả chứa 2000- 16000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch Trong PLC nhớ RAM, EPROM sử dụng + RAM (Random Access Memory) nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung lúc Nội dung RAM bị nguồn điện ni bị Để tránh tình trạng PLC trang bị pin khơ, có khả cung cấp lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tế RAM dùng để khởi tạo kiểm tra chương trình Khuynh hướng dùng CMOSRAM nhờ khả tiêu thụ thấp tuổi thọ lớn + EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) nhớ mà người sử dụng bình thường đọc không ghi nội dung vào Nội dung EPROM khơng bị mất nguồn, gắn sẵn máy , nhà sản xuất nạp chứa hệ điều hành sẵn Nếu người sử dụng không muốn mở rộng nhớ dùng thêm EPROM gắn bên PLC Trên PG (Programer) có sẵn chổ ghi xóa EPROM + EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên kết với truy xuất linh động RAM có tính ổn định Nội dung xóa lập trình điện, nhiên số lần có giới hạn Mơi trường ghi liệu thứ tư đĩa cứng đĩa mềm, sử dụng máy lập trình Đĩa cứng hoăïc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường dùng để lưu chương trình lớn thời gian dài - Kích thước nhớ: + Các PLC loại nhỏ chứa từ 300- 1000 dịng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo + Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K- 16K, có khả chứa từ 2000-16000 dịng lệnh Ngồi cịn cho phép gắn thêm nhớ mở rộng RAM, EPROM Các ngõ vào I / O Các đường tín hiệu từ cảm biến nối vào modul (các đầu vào PLC), cấu chấp hành nối với modul (các đầu PLC) Hầu hết PLC có điện áp hoạt động bên 5V, tín hiêïu xử lý 12/24VDC 100/240VAC Mỗi đơn vị I/O có địa chỉ, hiển thị trạng thái kênh I/O cung cấp bỡi đèn LED PLC, điều làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng đơn giản Bộ xử lý đọc xác định trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực việc đóng hay ngắt mạch đầu III PLC phổ biến - Mức độ phổ biến loại PLC phụ thuộc vào nhiều yếu tố lịch sử thâm nhập vào thị trường hãng, giá thành, tính năng, dụng lượng, khả giao tiếp, … - Hãng vào sớm thường có ưu Siemens ví dụ điển hình Siemens xâm nhập vào thị trường Việt Nam từ sớm - Tiếp theo giá thành tính sản phẩm, số loại PLC tích hợp nhiều tính có giá thành cạnh tranh dễ phổ biến, ví dụ số dịng PLC Delta DVP-14SS2 - Bên cạnh đó, ngơn ngữ lập trình dễ học để người dùng dễ dàng dụng, nhỏ gọn, dung lượng lớn kết nối đa dạng thiết bị thơng minh PLC Schneider lại chiếm ưu - Các bạn nên tham khảo số loại xuất tương đối trường Việt Nam như: PLC Mitsubishi, PLC Schneider, PLC Siemens, PLC Omron, PLC Delta, PLC Panasonic, … IV Đề bài(P-9) - Hình P6.9 mơ tả hệ thống điều khiển vịi phun dầu, tra dầu cho sản phẩm băng chuyền Trạm chuỗi trạm xếp liên tục dọc theo băng tải Nhiệm vụ bao gồm thiết kế chương trình cho trạm làm việc Chương trình khơng điều khiển băng tải Giả thiết băng tải hoạt động Hệ thống hoạt động khơng đồng bộ, trạm có tốc độ xử l riêng không phụ thuộc vào trạm khác Giả thiết khoảng cách sản phẩm đủ lớn để trạm thực xong công đoạn trước sản phẩm đến Băng chuyền có hai dải song song Sản phẩm phát giữ cố định thiết bị bố trí hai dải băng chuyền Sản phẩm bố trí nằm khay nhơm Khi khởi động, giả thiết khơng có sản phẩm vị trí trạm Khi cảm biến tiệm cận phát sản phẩm, hệ thống hoạt động sau:  Bộ phận giữ cố định sản phẩm ENGAGE SOL tác động giữ  0.1 giây  Vòi phun dầu hạ thấp tới vị trí cần thiết  Mở van phun dầu OIL VALVE 0.5  0.01 giây, cho phép vòi phun dầu vào sản phẩm  Vòi phun nâng lên vị trí  ENGAGE SOL nhả sản phẩm cho phép sản phẩm ngồi vị trí gia công Hệ thống hoạt động lặp lại Cảm biến tiệm cận phát khay đ sản phẩm trước sản phẩm tới vị trí gia cơng Khi phận ENGAGE giữ cố định sản phẩm, cảm biến tiệm cận v n giữ trạng thái tích cực Bộ phận giữ sản phẩm điều khiển xilanh khí nén đơn, điều khiển đầu ENGAGE SOL Khi ENGAGE SOL tích cực, móc nâng lên giữ ngun vị trí đầu khơng tích cực Khi đầu khơng tích cực, móc hạ xuống Cơ cấu nâng hạ vòi phun dầu điều khiển xilanh khí nén tác động kép Khi đầu OILER DOWN tích cực, vịi phun hạ xuống đầu khơng tích cực Khi đầu OILER UP tích cực, vịi phun nâng lên đầu khơng tích cực Cơ cấu ngừng hoạt động hai đầu tích cực đồng thời LS1 tích cực vịi phun tới vị trí LS2 tích cực vịi phun tới vị trí Khi nhấn nút khởi động lần đầu tiên, giả thiết khơng có sản phẩm vị trí trạm hệ thống trạng thái chờ sản phẩm tới Khi nhấn nút dừng, hệ thống ngừng hoạt động trừ van phun dầu mở để phun dầu Nếu hệ thống trình phun dầu, nhấn nút STOP PB, hệ thống thực tiếp kết thúc bước trước dừng hệ thống Chương trình khơng b qua tác động nút STOP PB phun dầu Khi hệ thống ngừng hoạt động, đầu (trừ ENGAGE SOL OIL VALVE) chuyển trạng thái khơng tích cực Nhấn nút khởi động hệ thống dừng, hệ thống tiếp tục thực bước thực trước dừng hệ thống Nếu dừng định thời, chương trình cần xác định điều kiện chuyển tiếp sang bước Điều kiện cho phép chuyển sang bước định thời đếm xong thiết bị không bị nguy hiểm tác động việc chuyển sang bước Chương VIII : Mơ phỏng, mơ hình I Mơ phỏng, mơ hình - Màn hình khởi động : - Giao diện đăng nhập với phân quyền Công nhân  Giao diện chế độ tự động sau vào giao diện Công nhân giao diện Manager Senior - Bật chế độ tự động + Đèn báo chế độ tự động đổi sang màu xanh - Nhấn nút Start + Băng tải hoạt động, đổi màu sang màu xanh + Cảm biến tác động, vòi phun hạ xuống + Trong cảm biến tác động, đồng thời hạ vòi phun Xi-lanh giữ sản phẩm tác động, kẹp giữ sản phẩm 1.5s + Sau van mở phun, dầu đưa vào bình chứa + Vịi phun nâng lên khóa giới hạn LS1 tác động, sau quay trạng thái ban đầu, băng tải hoạt động + Van nâng lên, sản phẩm đầu đưa ngoài, biếm đếm sản phẩm tăng lên +1  Giao diện chế độ tay phân quyền Công nhân Manager Senior + Nhấn nút bật chạy băng tải: + Bật Xi-lanh giữ sản phẩm: + Nhấn nút hạ van phun: + Nhấn nút van phun mở để phun dầu: + Nhấn nút van phun nâng lên: + Sau dừng hoạt động bấm Stop Reset đếm sản phẩm bấm nút Reset :  Giao diện thông tin bên phân quyền Manager Senior  Các thông tin thiết bị hoạt động, số lượng sản phẩm rõ bảng điều khiển bên phân quyền Manager Senior, giúp cho việc quản lý tốt II Kết luận Trong kì đồ án tự động hóa điều khiển Logic PLC này, hướng dẫn thầy Nguyễn Đức Minh , em hồn thành đồ án mơn Điều khiển Logic PLC với đề tài “ Hệ thống tra dầu” Sau hoàn thành xong đồ án lần này, giúp em hiểu rõ dòng PLC, đặc biệt dòng PLC S7-300 mà đề tài em sử dụng Khơng PLC, em cịn hiểu tính chọn cho dự án cơng nghiệp, ví dụ cách chọn động cơ, băng tải, cảm biến, hệ thống vịi phun, Từ em bao phủ số kiến thức tương lai Tuy nhiên, thời gian với kiến thức cịn chưa vững chắc, an hiểu đồ án cịn sơ sài lập trình, mơ tính chọn thiết bị Em mong thầy góp ý để em hồn thiện thật tốt sau phát triển thật tốt lên cho em cho quan tâm đến lĩnh vực công nghiệp, cụ thể hệ thống tra dầu III Tài liệu tham khảo [1] Tác giả Trần Văn Hiếu, Thiết Kế Hệ Thống HMI/SCADA Với Tia Portal, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [2] Tác giả Trần Văn Hiếu, Tự động hóa PLC S7-300 với TIA Portal, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [3] Tác giả Phan Xuân Minh & Nguyễn Doãn Phước, Điều khiển với Simatic S7-300, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội [4] Tác giả Nguyễn Văn Khang, Bộ điều khiển logic khả trình PLC ứng dụng, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội [5] Tác giả Đặng Tiến Trung – Vũ Quang Hồi, Hệ Thống Điều Khiển, Giám Sát Và Thu Thập Dữ Liệu Scada, Nhà xuất Xây Dựng ... dừng, hệ thống ngừng hoạt động trừ van phun dầu mở để phun dầu Nếu hệ thống trình phun dầu, nhấn nút STOP PB, hệ thống thực tiếp kết thúc bước trước dừng hệ thống Chương trình khơng b qua tác động. .. PB phun dầu Khi hệ thống ngừng hoạt động, đầu (trừ ENGAGE SOL OIL VALVE) chuyển trạng thái khơng tích cực Nhấn nút khởi động hệ thống dừng, hệ thống tiếp tục thực bước thực trước dừng hệ thống. .. Sau khởi động lại, để hệ thống hoạt động trở lại cần phải nhấn nút khởi động START PB Nói cách khác, sau nhấn nút RESET PB, phải nhấn nút START PB để hệ thống hoạt động hệ thống hoạt động bấm