TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA ====o0o==== ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CẦU TRỤC DÙNG PLC S7 1200 Giáo viên hướ[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA ====o0o==== ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CẦU TRỤC DÙNG PLC S7-1200 Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Mã sinh viên Lớp: Nhóm: Hà Nội – 2023 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN I Thông tin chung Tên lớp: Tên nhóm (nếu giao phiếu học tập nhóm): Nhóm Họ tên thành viên nhóm: II Nội dung học tập Tên chủ đề: Thiết kế hệ thống điều khiển cầu trục dùng PLC S7-1200 Hoạt động sinh viên - Ứng dụng đề tài thực tiễn quy trình cơng nghệ - Tìm hiểu thiết bị mơ hình - Tìm hiểu thiết bị điều khiển - Xây dựng thuật tốn, lập trình kết nối cho hệ thống điều khiển áp suất Sản phẩm nghiên cứu: Bài báo cáo III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành Đồ án theo thời gian quy định (từ ngày 1/2/2023 đến ngày 25/2/2023) Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề giao trước giảng viên sinh viên khác KẾ HOẠCH THỰC HIỆN TIỂU LUẬN, BÀI TẬP LỚN, ĐỒ ÁN/ DỰ ÁN Tên lớp: EE6113.1 Tên nhóm: Họ tên thành viên nhóm: Hồng Trọng Hiếu, Nguyễn Viết Phương, Nguyễn Văn Trường Tên chủ đề: Thiết kế hệ thống điều khiển cầu trục dùng PLC S7-1200 Người thực Phương pháp thực Nội dung cơng việc Tìm hiểu ứng dụng đề tài Tìm hiểu tài liệu, trao thực tiễn quy trình đổi thảo luận cơng nghệ Tìm hiểu tài liệu, trao Tìm hiểu thiết bị mơ đổi, thảo luận thơng qua hình tài liệu, internet Trao đổi, thảo luận, tìm Tìm hiểu thiết bị điều hiểu thơng internet, chọn khiển thiết bị Trao đổi, thảo luận, tìm Xây dựng thuật tốn thiết hiểu thơng qua giáo trình kế hệ thống internet, chọn thiết Mô kiểm nghiệm Trao đổi thảo luận thành viên Ngày 25 tháng năm 2023 XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN BÁO CÁO HỌC TẬP NHÓM Tên lớp: EE6113.1 Tên nhóm: Họ tên thành viên nhóm: Hoàng Trọng Hiếu, Nguyễn Viết Phương, Nguyễn Văn Trường Tên chủ đề: Thiết kế hệ thống điều khiển cầu trục dùng PLC S7-1200 Người thực Nội dung công việc Kết đạt Tìm hiểu ứng dụng đề tài thực tiễn quy trình cơng nghệ Hiểu quy trình hệ thống ứng dụng Tìm hiểu thiết bị mơ hình Xác định rõ thiết bị để hồn thành hệ thống Tìm hiểu thiết bị điều khiển Tìm hiểu thức hoạt động, điều khiển thiết bị Xây dựng thuật toán thiết kế hệ thống Hiểu rõ cách thức hoạt động, cách thức lập trình theo quy trình Mơ kiểm nghiệm Hoàn thành báo cáo đồ án Kiến nghị với GVHD Ngày 25 tháng năm 2023 XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CẦU TRỤC 1.1 Giới thiệu chung cầu trục 1.1.1 Đặc điểm 1.1.2 Khái quát yêu cầu cho hệ thống điều khiển truyền động cầu trục 1.2 Cấu tạo cầu trục phân xưởng 10 1.3 Phân loại 11 1.3.1 Phân loại theo trọng tải nâng chuyển hàng hoá 11 1.3.2 Phân loại theo phương thức sử dụng 11 1.4 Ứng dụng 12 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 13 2.1 Giới thiệu tổng quan PLC S7-1200 13 2.1.1 Tổng quan 13 2.1.2 Sơ lược PLC S7-1200 15 2.2 Phần mềm lập trình TIA PORTAL 16 2.2.1 Sơ lượt phần mềm 16 2.2.2 Làm việc với TIA Portal V15 16 2.2.3 Khối tổ chức OB hàm chức 19 2.2.4 Một số lệnh 20 2.3 Tìm hiểu phần mềm WinCC 23 2.3.1 Giới thiệu WinCC 23 2.3.2 Các đặt điểm WinCC 24 2.3.3 Làm việc với WinCC (TIA PORTAL) 25 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 28 3.1 Mục tiêu thiết kế 28 3.2 Thiết kế mạch điện 28 3.2.1 Sơ đồ khối hoạt động cầu trục 28 3.2.2 Giới thiệu trang thiết bị 30 3.3 Hệ thống thiết bị sử dụng sơ đồ 31 3.3.1 Tính chọn thiết bị mạch động lực 32 3.3.2 Tính chọn thiết bị mạch điều khiển 35 3.4 Nguyên lý hoạt động hệ thống 49 3.5 Xây dựng thuật toán điều khiển 52 3.6 Chương trình điều khiển 53 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 62 4.1 Kết 62 4.2 Hướng phát triển đề tài 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Kiến trúc máy tính 13 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thông điều khiển 14 Hình 2.3 Hệ thống điều khiển sử dụng PLC 14 Hình 2.4 PLC S7-1200 Siemens 15 Hình 2.5 Tạo dự án 17 Hình 2.6 Thêm loại CPU cho PLC 17 Hình 2.7 Giao diện viết chương trình cho PLC 18 Hình 2.8 Tải chương trình xuống PLC 18 Hình 2.9 Thêm thiết bị Hình WinCC TIA PORTAL 25 Hình 2.10 Thêm cổng kết nối cho thiệt bị WinCC 26 Hình 2.11 Giao diện thiết kế hình WinCC 26 Hình 3.1 Sơ đồ khối điều khiển hệ thống cầu trục 29 Hình 3.2 Mơ hình hệ thống cầu trục 29 Hình 3.3 Máy biến áp hạ áp 35 Hình 3.4 Cầu chì ống 37 Hình 3.5 Đèn báo pha 37 Hình 3.6 Nút dừng khẩn 38 Hình 3.7 Bộ điều khiển từ xa Henjel H108 38 Hình 3.8 Rơ le trung gian 40 Hình 3.9 Cơng tắc hành trình 41 Hình 3.10 Rơ le bảo vệ pha 42 Hình 3.11 CPU 1214C AC/DC/RLY 42 Hình 3.12 Module mở rộng SM 1223 43 Hình 3.13 Cảm biến quang 44 Hình 3.14 Nút nhấn 44 Hình 3.15 Cơng tắc vị trí 45 Hình 3.16 Điện trở xả 45 Hình 3.17 Sơ đồ mạch động lực 47 Hình 3.18 Sơ đồ mạch điều khiển 48 Hình 3.19 Thuật toán điều khiển chế độ tự động 52 Hình 3.20 Thuật tốn điều khiển chế độ thủ công 53 Hình 3.21 Giao diện điều khiển giám sát hệ thống WINCC 61 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Một số lệnh 20 Bảng 2.2 Một số lệnh timer, counter 22 Bảng 3.1 Các thiết bị sử dụng mạch 31 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật máy biến áp 35 Bảng 3.3 Thông số kĩ thuật PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY 42 Bảng 3.4 Bảng địa ngõ vào 53 Bảng 3.5 Bảng địa ngõ 54 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, việc đưa tự động hóa sản xuất cơng ty, xí nghiệp công nghiệp ưu tiên lựa chọn hàng đầu doanh nghiệp Tự động hóa trình sản xuất giúp hạn chế việc sử dụng nhân cơng sản xuất mà thay vào hệ thống máy móc tự động đại giúp giảm phụ thuộc người đặt biệt mang lại xác cao, hạn chế rủi ro công việc nguy hiểm sử dụng người Với đời cầu trục cơng việc di chuyển hàng hố, vật tư, thiết bị từ vị trí tới vị trí khác thực cách đơn giản cho hiệu suất lao động cao Trong cơng nghiệp cầu trục có nhiệm vụ nâng thiết bị công nghệ từ mặt đất lên cao để lắp ráp Trong nhà máy luyện kim cầu trục vận chuyển cuộn thép, phôi thép thùng kim loại nóng chảy đổ vào khn đúc Trong nhà máy khí cầu trục vận chuyển phôi gia công để gá lắp lên máy hay vận chuyển chi tiết gia công sang công đoạn Trong cảng biển cầu trục bốc dỡ hàng hoá từ tàu xuống kho bãi hay ngược lại Như cầu trục giúp người khí hoá, tự động hoá khâu bốc xếp làm giảm sức lao động tăng suất hiệu công việc Với vốn kiến thức định nhóm em thực đồ án với đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển cầu trục dùng PLC S7-1200” 50 + Tiếp điểm INVI1(R2A-R2C) mở ra, cuộn KM1 điện, cắt điện vào nam châm P1 thực phanh hãm động Điều khiển động nâng – hạ làm việc theo chiều hạ + Để làm việc theo chiều hạ cuộn R2 có điện, tiếp điểm R2 đóng cấp điện cho biến tần INVI2 làm việc, đồng thời cuộn KM1 có điện cấp nguồn cho nam châm P2 thực nhả phanh, động thực hạ với tốc độ chậm + Sau 5s tốc độ hạ hàng chuyển sang cuộn R3 có điện, tiếp điểm R3 biến tần đóng thay đổi giá trị tần số vào động cơ, động thực hạ với tốc độ nhanh + Khi động di chuyển nhanh đến điểm cữ hạn chế hành trình cáp LS3, LS4 mở cắt điện cuộn R3, động trở tốc độ chậm + Khi gặp cảm biến D cuộn R2 điện, cắt điện vào biến tần + Tiếp điểm INVI1(R2A-R2C) mở ra, cuộn KM1 điện, cắt điện vào nam châm P1 thực phanh hãm động Điều khiển động di chuyển sang phải + Khi cuộn R11 có điện, tiếp điểm R11 đóng cấp điện cho biến tần INVI2 làm việc, đồng thời cuộn KM2 có điện cấp nguồn cho nam châm P2 thực nhả phanh, động di chuyển sang phải với tốc độ chậm + Sau 5s cuộn R13 có điện, tiếp điểm R13 biến tần đóng thay đổi giá trị tần số vào động cơ, động chạy với tốc độ nhanh + Khi động di chuyển nhanh vượt qua giới hạn định, cơng tắc hành trình LX1, LX2 mở cắt điện cuộn R13, động trở tốc độ chậm + Khi gặp cảm biến B, cuộn R11 R13 điện, cắt điện vào biến tần 51 + Tiếp điểm INVI2(R2A-R2C) mở ra, cuộn KM2 điện, cắt điện vào nam châm P2 thực phanh hãm động Điều khiển động di chuyển sang trái + Khi cuộn R12 có điện, tiếp điểm R12 đóng cấp điện cho biến tần INVI2 làm việc, đồng thời cuộn KM2 có điện cấp nguồn cho nam châm P2 thực nhả phanh, động di chuyển sang trái với tốc độ chậm + Sau 5s cuộn R13 có điện, tiếp điểm R13 biến tần đóng thay đổi giá trị tần số vào động cơ, động chạy với tốc độ nhanh + Khi động di chuyển nhanh vượt qua giới hạn định, cơng tắc hành trình LX1, LX2 mở cắt điện cuộn R13, động trở tốc độ chậm + Khi gặp cảm biến A, cuộn R12 R13 điện, cắt điện vào biến tần + Tiếp điểm INVI2(R2A-R2C) mở ra, cuộn KM2 điện, cắt điện vào nam châm P2 thực phanh hãm động Ở chế độ tay ta dùng phím bấm để điều khiển cầu trục di chuyển 52 3.5 Xây dựng thuật toán điều khiển Hình 3.19 Thuật tốn điều khiển chế độ tự động 53 Hình 3.20 Thuật tốn điều khiển chế độ thủ cơng 3.6 Chương trình điều khiển Bảng 3.4 Bảng địa ngõ vào Name Data type Địa Chức Man Bool I0.0 Tín hiệu chạy tay Auto Bool I0.1 Tín hiệu chạy tự động X Bool I0.2 Tín hiệu nút nhấn xuống L Bool I0.3 Tín hiệu nút nhấn lên P Bool I0.4 Tín hiệu nút nhấn phải T Bool I0.5 Tín hiệu nút nhấn trái LS3 Bool I0.6 Giới hạn hành trình cáp lên LS4 Bool I0.7 Giới hạn hành trình cáp xuống LX1 Bool I1.0 Giới hạn hành trình sang trái LX2 Bool I1.1 Giới hạn hành trình sang phải 54 A Bool I1.2 Cảm biến sang trái B Bool I1.3 Cảm biến sang phải C Bool I1.4 Cảm biến lên D Bool I1.5 Cảm biến xuống BVMP Bool I8.0 Chống pha R1A-R1C (INVT1) Bool I8.1 Báo lỗi biến tần R2A-R2C (INVT1) Bool I8.2 Điều khiển phanh R1A-R1C (INVT2) Bool I8.3 Báo lỗi biến tần R2A-R2C (INVT2) Bool I8.4 Điều khiển phanh Bảng 3.5 Bảng địa ngõ Name Data type Địa Chức R1 (LEN) Bool Q0.0 Điều khiển trình lên R1 (XUONG) Bool Q0.1 Điều khiển trình xuống R3 (TANGTOC) Bool Q0.2 Điều khiển động chạy nhanh R11 (PHAI) Bool Q0.3 Điều khiển trình sang phải R12 (TRAI) Bool Q0.4 Điều khiển trình sang trái R13 (TANGTOC) Bool Q0.5 Điều khiển động chạy nhanh R4 (KMO) Bool Q0.6 Điều khiển cấp nguồn hệ thống R5 (KM1) Bool Q0.7 Điều khiển phanh biến tần R6 (KM2) Bool Q1.0 Điều khiển phanh biến tần Chương trình điều khiển hệ thống cầu trục container viết sau: Network 1: Chọn chế độ hoạt động hệ thống điều khiển theo ý muốn người lập trình, báo nguồn cấp pha sẵn sàng Khi đủ pha BVMP đóng cuộn R4 (KMO) có điện cấp nguồn pha cho mạch lực Các nút ấn Auto Man lựa chọn chế độ hoạt động hệ thống Nút RESET để reset toàn mạch chế độ ban đầu 55 Network 2: Tạo khối đếm để phân biệt lần cầu trục lên gặp cảm biến vị trí C là: Khi lên gặp C sang phải lên gặp C sang trái 56 Network 3: Điều khiển chuyển động xuống cầu trục Ở chế độ tự động, biến tần cấp đủ pha tiếp điểm R1A-R1C(INVT1) đóng trạng thái cho phép hoạt động, ấn ON cầu trục vị trí C lần sang phải gặp B sang trái gặp A R2 đóng tín hiệu cho biến tần điều khiển động xuống, đến gặp cảm biến D dừng lại Ở chế độ tay, ta dùng tay điều khiển để điều khiển cách ấn nút X R2 đóng tín hiệu cho biến tần điều khiển động xuống, ấn lần thứ hai dừng lại 57 Network 4: Điều khiển chuyển động lên cầu trục Ở chế độ tự động, phía biến tần cấp đủ pha tiếp điểm R1A-R1C(INVT1) đóng trạng thái cho phép hoạt động, động xuống gặp cảm biến D dừng lại chờ 5s để bốc xếp dở dàng sau cầu trục tự di chuyển lên thông qua tiếp điểm R1 đóng tín hiệu cho biến tần điều khiển động lên, đến gặp cảm biến C dừng lại Ở chế độ tay, ta dùng tay điều khiển để điều khiển cách ấn nút L R1 đóng tín hiệu cho biến tần điều khiển động lên, ấn lần thứ hai dừng lại Network 5: Điều khiển tăng tốc chuyển động lên xuống cầu trục Ở chế độ tự động, sau 5s kể từ bắt đầu trình lên xuống cầu trục tiếp điểm R3 đóng lại làm biến tần thay đổi tần số cấp cho động làm trình di chuyển nhanh lên Khi di chuyển nhanh xuống gặp cữ hạn chế hành trình cáp LS4 di chuyển nhanh lên gặp cữ hạn chế hành trình cáp 58 LS3 cuộn R3 điện làm tiếp điểm R3 mở động quay tốc độ ban đầu Network 6: Điều khiển phanh nam châm P1 cầu trục Khi biến tần INVT1 cấp tín hiệu chạy đồng thời tiếp điểm R2A-R2C (INVT1) đóng lại làm cuộn dây cơng tắc tơ KM1 có điện cấp điện cho nam châm P1 làm việc nhả phanh động làm trình di chuyển lên xuống thực Network 7: Điều khiển chuyển động sang phải cầu trục Ở chế độ tự động, phía biến tần cấp đủ pha tiếp điểm R1A-R1C(INVT2) đóng trạng thái cho phép hoạt động, động lên gặp cảm biến C lần chu kì gặp cảm biến C lần chu kì trở tiếp điểm R11 đóng tín hiệu cho biến tần điều khiển động di chuyển sang phải, đến gặp cảm biến B dừng lại Ở chế độ tay, ta dùng tay điều khiển để điều 59 khiển cách ấn nút P R11 đóng tín hiệu cho biến tần điều khiển động sang phải, ấn lần thứ hai dừng lại Network 8: Điều khiển chuyển động sang trái cầu trục Ở chế độ tự động, phía biến tần cấp đủ pha tiếp điểm R1A-R1C(INVT2) đóng trạng thái cho phép hoạt động, động lên gặp cảm biến C lần chu kì gặp cảm biến C lần chu kì trở tiếp điểm R12 đóng tín hiệu cho biến tần điều khiển động di chuyển sang trái, đến gặp cảm biến A dừng lại kết thúc chu kì hoạt động bắt đầu chu kì Ở chế độ tay, ta dùng tay điều khiển để điều khiển cách ấn nút T R12 đóng tín hiệu cho biến tần điều khiển động sang trái, ấn lần thứ hai dừng lại Network 9: Điều khiển tăng tốc chuyển động sang phải trái cầu trục Ở chế độ tự động, sau 5s kể từ bắt đầu trình sang phải trái cầu trục tiếp điểm R13 đóng lại làm biến tần thay đổi tần số cấp cho động làm trình di chuyển nhanh lên Khi di chuyển nhanh sang phải gặp cơng tắc hành trình xe LX2 di chuyển nhanh sang trái gặp cơng tắc hành trình xe LX1 cuộn R13 điện làm tiếp điểm R13 mở động quay tốc độ ban đầu 60 Network 10: Điều khiển phanh nam châm P2 cầu trục Khi biến tần INVT2 cấp tín hiệu chạy đồng thời tiếp điểm R2A-R2C (INVT2) đóng lại làm cuộn dây cơng tắc tơ KM2 có điện cấp điện cho nam châm P2 làm việc nhả phanh động làm trình di chuyển lên xuống thực 61 Hình 3.21 Giao diện điều khiển giám sát hệ thống WINCC 62 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 4.1 Kết Sau q trình nghiên cứu hồn thành đề tài, nhóm em hoàn thành đạt mục tiêu lúc đầu đề ra: - Thiết kế hệ thống điều khiển cầu trục - Rút nhiều kiến thức kinh nghiệm trình làm đồ án cách giải vấn đề xảy trình thực - Sử dụng tối đa nguồn tài liệu tham khảo để hoàn thành tốt đồ án - Hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phạm vi ứng dụng cầu trục - Đáp ứng số tiêu chuẩn đề Các công việc sản phẩm đề tài: - Bản vẽ thiết kế mạch điện - Chương trình PLC - Chương trình điều khiển WinCC Thơng qua q trình làm đồ án, nhóm em vận dụng kiến thức chun ngành mơn học Qua giúp cho em rèn luyện kỹ năng, cách tiếp cận với vấn đề, toán thực tế phức tạp Đó hành trang vững cho nhóm em phát triển đồ án dự án sau Nhược điểm: Bản đồ án thực mô chủ yếu chưa thực mơ hình thực 4.2 Hướng phát triển đề tài Trong q trình thực nhóm em có số đề xuất cho đề tài hoàn thiện hơn: 63 - Có thể thực mơ hình thực nghiệm để kiểm tra lại trình thực đồ án lí thuyết - Tiếp cận thơng tin khoa học xác để đưa vào sử dụng q trình thiết kế thi cơng để đảm bảo yêu cầu đề 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đề cương Trang bị điện – Khoa Điện; Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội [2] Giáo trình Điện cơng nghiệp; Nguyễn Bê [3] Trang bị điện - điện tử tự động hóa cầu trục & cần trục; Bùi Quốc Khánh, Hồng Xn Bình, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [4] Trang bị điện – điện tử máy công nghiệp dùng chung; Vũ Quang Hồi, Nguyễn Văn Chất, Nguyễn Thị Liên Anh; NXB Giáo dục Việt Nam, 2006 [5] Tự động hóa PLC S7 – 1200 với TIA Portal; Trần Văn Hiếu, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2015 [6] Kỹ thuật lập trình PLC, Khoa Điện, Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội ... quang 44 Hình 3. 14 Nút nhấn 44 Hình 3.15 Cơng tắc vị trí 45 Hình 3.16 Điện trở xả 45 Hình 3.17 Sơ đồ mạch động lực 47 Hình 3.18 Sơ đồ mạch điều... AC/DC/relay, onboard I/O: 14 DI 24 VDC; 10 DO relay A; AI 0-10 VDC, Power supply: AC 85- 43 2 64 VAC at 47 -63 Hz, Program/data memory 100 KB Kích thước 11 ,40 x 11,70 x 8,80 Khối lượng 0 ,49 1 Kg Hãng sản xuất... PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY Hình 3.11 CPU 1214C AC/DC/RLY Bảng 3.3 Thông số kĩ thuật PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY Mã sản phẩm 6ES72 14- 1BG40-0XB0 SIMATIC S7-1200, CPU 1214C, compact CPU,