Đề tài: Điều khiển máy công nghiệp bằng thiết bị lập trình. pot

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN Lời Nói Đầu Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và sự phát tríển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính, đã cho ra đời các thiết bị điều khiển số như: CNC, PLC . Các thiết bị này cho phép khắc phục được rất nhiều các nhược điểm của hệ thống điều khiển trước đó, và đáp ứng được yêu cầu kinh tế và kỹ thuật trong sản xuất. Với sự phát tríển của khoa học công nghệ như hiện nay, thì việc ứng dụng thiết bị logic khả trình PLC để tự động hóa quá trình sản xuất, nhằm mục tiêu tăng năng xuất lào động, giảm sức người, nâng cao chất lượng sản phẩm đang là một vấn đề cấp thiết và có tính thời sự cao. Là sinh viên của chuyên ngành Kĩ thuật điện. Sau những tháng năm học hỏi và tu dưỡng tại Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, em được giao đề tài tốt nghiệp: Điều khiển máy công nghiệp bằng thiết bị lập trình. Nhằm mục đích tìm hiểu nghiên cứu ứng dụng của bộ điều khiển lập trình PLC trong hệ thống điều khiển, đồ án đề cập đến là Điều khiển máy công nghiệp bằng thiết bị lập trình. đây là thiết bị công nghiệp có yêu cầu tự động hóa cao với việc sử dụng thiết bị điều khiển lập trính PLC. Trong đồ án này tập trung vào tìm hiểu thiết bị điều khiển PLC và những ứng dụng của nó vào trong đời sống sản xuất,đặc biệt là bộ điều khiển lập trình PLC hãng Omron. Trong quá trình tiến hành làm đồ án, mặc dù được sự hướng hướng dẫn thày Nguyễn quốc Phong và bản thân em dẫn tận tình của giáo viên đã cố gắng tham khảo tài liệu và tìm hiểu thực tế về bộ điều khiển lập trình PLC trong hệ thống điều, nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và nhận xét đánh giá quí báu của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn. SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của giáo viên hướng dẫn Nguyễn quốc Phong đã giúp đỡ em rất nhiều để em hoàn thành được đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn ! SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN Chương 1. KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BỊ LẬP TRÌNH 1.1. Tổng quan về điều khiển: Trong ứng dụng các công nghệ khoa học vào sản xuất công nghiệp, mục tiêu tăng năng suất lào động được giải quyết bằng cón đường tăng mức độ tự động hoá các quá trình và thiết bị sản xuất nhằm mục đích tăng sản lượng, cải thiện chất lượng và độ chính xác của sản phẩm. Tự động hoá trong sản xuất nhằm thay thế một phần hoặc toàn bộ các thao tác vật lý của công nhân vận hành máy thông qua hệ thống điều khiển. Những hệ thống điều khiển này có thể điều khiển quá trình sản xuất với độ tin cậy cao, ổn định mà không cần sự tác động nhiều của người vận hành. Điều này đòi hỏi hệ thống điều khiển phải có khả năng khởi động, kiểm soát, xử lý và dừng một quá trình theo yêu cầu hoặc đo đếm các giá trị đã được xác định nhằm đạt được kết quả mong muốn ở sản phẩm đầu ra của máy hay thiết bị. Một hệ thống như vậy được gọi là hệ thống điều khiển. Trong kỹ thuật tự động điều khiển, các bộ điều khiển chia làm 2 loại: - Điều khiển nối cứng - Điều khiển Logic khả trình (tiêng Anh) (PLC) Một hệ thống điều khiển bất kỳ được tạo thành từ các thành phần: - Khối vào - Khối xử lý – điều khiển - Khối ra SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN +Khối vào: Để chuyển đổi các đại lượng vật lý thành các tín hiệu điện, các bộ chuyển đổi có thể là các nút nhấn, cảm biến, điện trở đo sức căng.v.v… và tùy theo bộ chuyển đổi mà tín hiệu ra khỏi khối vào có dạng ON/OFF (Binary) hoặc dạng liên tục (Analog). Bộ chuyển đổi Đại lượng đo Đại lượng ra Công tắc (Switch) Sự dịch chuyển/ vị trí Điện áp nhị phân(on/off) Công tắc hành trình (Limit switch) Sự dịch chuyển/ vị trí Điện áp nhị phân(on/off) Bộ điều chỉnh nhiệt (Thermostat) Nhiệt độ Điện áp nhị phân Cặp nhiệt điện (Thermocóuple) Nhiệt độ Điện áp thay đổi Nhiệt trở (Thermister) Nhiệt độ Trở kháng thay đổi Tế bào quang điện (Photo cell) Ánh sáng Điện áp thay đổi Tế bào tiệm cận (Proximity cell) Sự hiện diện cuả đối tượng Trở kháng thay đổi Điện trở đo sức căng Áp suất/ sự dịch chuyển Trở kháng thay đổi SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 5 Kết quả xử Hình 1.1 : Các thành phần trong hệ thống điều khiển ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN (Strain gage) +Khối xử lý: Khối này thay thế người vận hành thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình hoạt động. Từ thông tin tín hiệu khối vào hệ thống điều khiển phải tạo ra được những tín hiệu ra cần thiết để đáp ứng yêu cầu điều khiển đã xác định trong phần xử lý. Tín hiệu điều khiển được thực hiện theo 2 cách: - Dùng mạch điện nối kết cứng - Dùng chương trình điều khiển +Khối ra: Tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển. Các tín hiệu này được sử dụng để tạo ra những hoạt động đáp ứng cho các thiết bị ở ngõ ra. Thiết bị ở ngõ ra Đại lượng ra Đại lượng tác động Động cơ điện Chuyển động quay Điện Xy-lanh – Piston Chuyển động thẳng/áp lực Dầu ép/khí ép Solenoid Chuyển động thẳng/áp lực Điện Lò sấy/ lò cấp nhiệt Nhiệt Điện Van Tiết diện cưả van thay đổi Điện/dầu ép/khí ép Rơle Tiếp điểm điện/chuyển động vật lý có giới hạn Điện 1.1. 1 Điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình: SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 6 Bảng 1.1: Các dạng tín hiệu vào Bảng 1.2: Các dạng cơ cấu tác động ở ngõ ra. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN Trong các bộ điều khiển nối cứng, các thành phần chuyển mạch như các rơle, contactor, các công tắc, đèn báo, động cơ,v.v…được nối cố định với nhau. Toàn bộ chức năng điều khiển, cách tiến hành chương trình được xác định qua cách thức nối các rơle, công tắc, …với nhau theo sơ đồ thiết kế. Khi muốn thay đổi lại hệ thống thì phải nối dây lại cho hệ thống điều khiển nên đối với hệ thống phức tạp thì việc làm này đòi hỏi tốn nhiều thời gian, chi phí nên hiệu quả đem lại không cao Trong công nghiệp, sự ứng dụng các công nghệ khoa học kỹ thuật vào sản xuất nên nhu cầu tự động hoá ngày càng tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng đủ các yêu cầu: - Dễ dàng thay đổi chức năng điều khiển dựa trên các thiết bị cũ. - Thiết bị điều khiển dễ dàng làm việc với các dữ liệu, số liệu. - Kích thước vật lý gọn gàng, dễ bảo quản, dễ sửa chữa. - Độ tin cậy cao trong môi trường công nghiệp. Hệ thống điều khiển để đáp ứng được các yêu cầu trên phải sử dụng bộ vi xử lý, bộ điều khiển lập trình, điều khiển qua các cổng giao tiếp với máy tính. Bộ điều khiển Logic khả trình PLC (Programable Logic Controller) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua các ngôn ngữ lập trình. Với chương trình điều khiển của PLC đã tạo cho nó trở SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 7 ON OFF Hình 1.2. Bộ điều khiển nối cứng đơn giản ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán, các số liệu và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Các chương trình điều khiển được định nghĩa là tuần tự trong đó các tiếp điểm, cảm biến được sử dụng để từ đó kết hợp với các hàm Logic, các thuật toán và các giá trị xuất của nó để điều khiển tác động hoặc không tác động đến các cuộn dây điều hành. Trong quá trình hoạt động, toàn bộ chương trình được lưu vào trong bộ nhớ và tiến hành truy xuất trong quá trình làm việc. 1.2 Tổng quan về PLC 1.2.1 Mở đầu Trong các hệ thống sản xuất, trong các thiết bị tự động và bán tự động, hệ thống điều khiển đóng vài trò điều phối toàn bộ các hoạt động của máy móc thiết bị. Các hệ thống máy móc và thiết bị sản xuất thường rất phức tạp, có rất nhiều đại lượng vật lý phải điều khiển để có thể hoạt động đồng bộ hoặc theo một trình tự công nghệ nhất định nhằm tạo ra một sản phẩm mong muốn. Từng đại lượng vật lý đơn lẻ có thể được điều khiển bằng một mạch điều khiển cơ sở dạng tương tự hay gián đoạn. Điều khiển nhiều đại lượng vật lý đồng thời chúng ta không thể dùng các mạch điều khiển tương tự mà phải sử dụng hệ thống điều khiển Lôgic. Trước đây các hệ thống điều khiển Lôgic SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 8 Boä Nhôù Bộ nhớ Chương trình Ngõ vào (Input) Ngõ ra (Output) Hình 1.3 Bộ điều khiển Logic khả trình ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN được sự dụng là hệ thống Lôgic Rơle. Nhờ sự phát tríển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển Lôgic khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuất hiện vào năm 1969 thay thế các hệ thống điều khiển rơ le. Càng ngày PLC càng trở nên hoàn thiện và đa năng. Các PLC ngày nay không những có khả năng thay thể hoàn toàn các thiết bị điều khiển Logic cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiêt bị điều khiển tương tự. Các PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Chức năng chính của PLC là kiểm tra trạng thái của các đầu vào và điều khiển các quá trình hoặc các hệ thống máy móc thông qua các tín hiệu trên chính đầu ra của PLC. Tổ hợp Lôgic của các đầu vào để tạo ra một hay nhiều tín hiệu ra được gọi là điều khiển Lôgíc. Các tổ hợp lô gíc thường được thực hiện theo trình tự điều khiển hay còn gọi là chương trình điều khiển. Chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC có thể bằng cách lập trình bằng thiết bị cầm tay nối trực tiếp với PLC hoặc lập trình trên máy tính cá nhân nhờ các phần mềm chuyên dụng và truyền vào PLC qua mạng hay qua cáp truyền dữ liệu. Bộ xử lý tín hiệu, thường là các bộ vi xử lý tốc độ cao, thực hiện chương trình điều khiển theo chu kỳ. Khoảng thời gian thực hiện một chu trình điều khiển từ lúc kiểm tra các tín hiệu vào, thực hiện các phép tính Logic hoặc đại số để có được tín hiệu điều khiển, cho đén khi phát tín hiệu đến đầu ra được goi là chu kỳ thời gian quét. PLC trong công nghiệp thường có cấu hình đơn giản nhất, bởi vì các chương trình trình điều khiển quá trình công nghệ hay máy móc thường được hoạt động 24/24 và không cần bất cứ sự can thiệp của cón người trong quá trình điều khiển. PLC chỉ dừng quét chương trình điều khiển khi ngắt nguồn hoặc khi công tắc ngừng được kích hoạt. Sơ đồ khối đơn giản hoá của PLC được thể hiện trên hình 1.4. SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN Trên đầu vào của PLC có thể có các kênh tín hiệu tương tự hoặc các kênh tín hiệu số. Các kênh tín hiệu này xuất phát từ các cảm biến, từ các công tắc hành trình, công tắc đóng ngắt mạch điện hoặc từ các biến Lôgic tương ứng với các các trạng thái của máy móc, thiết bị. Tín hiệu vào được bộ xử lý trung tâm xử lý nhờ các phép tính Lôgic hay số học và kết quả là các tín hiệu ra. Các tín hiệu tín hiệu ra là các tín hiệu truyền điện năng đến cho các cơ cấu chấp hành như cuộn hút, đèn hiệu, động cơ vv. Điện áp trên đầu vào của PLC là điện áp công suất thấp, tương ứng với mức từ 0V đến 5V một chiều. Khi ta nối các đầu vào có mức điện áp cao hơn 5V, thường phải dùng các kênh có các mạch chuyển đổi để biến điện áp vào thành điện áp tương đương với mức +/- 5VDC. Điện áp trên đầu ra của PLC có thể có nhiều mức điện áp khác nhau, nhưng đều có mức năng lượng thấp. Nếu cần phải điều khiển cơ cấu chấp hành có mức năng lượng cao hơn, ta phải sử dụng các thiết bị khuyếch đại công suất. 1.2.2 khái niệm về PLC PLC (Programable Logic Cóntroler) là một thiết bị điều khiển sử dụng một bộ nhớ có thể lập trình,bộ nhớ này sẽ lưu giữ các cấu trúc lệnh(Logic,thời gian,bộ đếm các hàm toán học….)để thực hiện chức năng điều khiển. SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 10 Hình 1.4 sơ đồ khối của một PLC đơn giản [...]... và việc điều khiển qua trình sản xuất trở nên dễ dàng hơn Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC chính là các máy tính công nghiệp dùng cho mục đích điều khiển máy, điều khiển các ứng dụng công nghiệp thay thế cho các thiết bị “cứng” như các rơle, cuộn hút và các tiếp điểm Ngày nay chúng ta có thể thấy PLC trong hàng nghìn ứng dụng công nghiệp Chúng được sử dụng trong công nghiệp hoá chất, công nghiệp. .. dùng để điều khiển ở mức cao ở mức thấp thường là các thiết bị điều khiển tương tự, hay thiết bị điều khiển số với các PLC loại nhỏ, hay loại trung bình ở mức thấp, chủ yếu là các thiết bị điều khiển trực tiếp các thiết bị công nghệ, các cơ cấu chấp hành, các động cơ, SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 27 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN bơm, van, cuộn hút, đèn hiệu vv Điều khiển ở mức cao bao gồm các điều khiển. .. biến dầu, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp cơ khí, công nghiệp xử lý nước và chất thải, công nghiệp dược phẩm, công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, trong công nghiệp khai khoáng, trong giao thông vận tải, trong quân sự, trong các hệ thống đảm bảo an toàn, trong các hệ thống vận chuyển tự động, điều khiển rô bốt, điều khiển máy công cụ CNC vv… Các PLC có thể được kêt nối với các máy tính để... 10- Cổng điều khiển tín hiệu Anolog: được sử dụng khi tín hiệu vào hoặc ra là tín hiệu Anolog, được lưu giữ vào vùng nhớ IR250 và IR251 11- Cổng giao tiếp với thiết bị ngoại vi: liên kết PLC với thiết bị lập trình :máy tính chủ, thiết bị lập trình bằng tay…… 12- Cổng giao tiếp RS-232C hoặc cổng giao tiếp RS-485: liên kết PLC với thiết bị lập trình (ngoại trừ thiết bị lập trình bằng tay và máy tính chủ... xuất và thích ứng với sự thay đổi trong sản xuất Một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển trên cơ sở máy tính đã sản xuất ra các thiết bị điều khiển khả lập trình còn gọi là PLC Những PLC đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp ô tô vào năm 1969 đã đem lại sự ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơle Các thiết bị này được lập trình dễ dàng, không chiếm nhiều không gian trong các xưởng sản... mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi sử dụng bằng phương pháp rơle 2.2.7 ứng dụng của PLC trong công nghiệp Từ các đặc điểm trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp như: - Điều khiển hệ truyền động thủy lực Điều khiển hệ truyền động khí nén Điều khiển hệ truyền động điện Điều khiển nhiệt độ, áp suất, lưu lượng SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 30 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP... Ưu điểm của PLC so với hệ điều khiển Rơle Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt cho các hệ thống công nghiệp Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá trình điều khiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn, và quan trọng nhất là hiệu quả hơn CHƯƠNG 2 KẾT CẤU VÀ PHÂN LOẠI THIẾT BỊ LẬP TRÌNH 2.1 Cấu trúc PLC SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN 2.1.1... Các ROBOT lắp ráp sản phẩm Điều khiển bơm Dây chuyền sử lý hóa học Công nghệ sản xuất giấy Dây chuyền sản xuất thủy tinh Sản xuất xi măng Công nghệ chế biến thực phẩm Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn Dây chuyền lắp ráp Tivi Điều khiển hệ thống đèn giao thông Quản lý tự động bãi đỗ xe Hệ thống báo động Dây chuyền may công nghiệp Điều khiển công nghiệp Điều khiển thang máy Dây chuyền sản xuất xe... điểm Mục đích thứ hai là tạo ra một thiều bị điều khiển có tính linh hoạt SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN trong việc thay đổi chương trình điều khiển Các yêu cầu kỹ thuật này chính là cơ sở của các máy tính công nghiệp, mà ưu điểm chính của nó là sự lập trình dễ dàng bởi các kỹ thuật viên và các kỹ sư sản xuất Với thiết bị điều khiển khả lập trình, người ta có thể giảm thời gian... này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sử dụng công nghệ tự động hoá Các phần tử đầu vào bộ điều khiển phần tử chấp hành Nút ấn Rơle Động cơ Công tắc Công tắc tơ Công tăc tơ Công tắc hành trình Rơle thời gian Cảm biến quang điên Bộ đếm Van thủy lực, khí nén Bộ hiển thị Các phần tử đầu vào bộ điều khiển Nút ấn phần tử chấp hành Động cơ Công tắc tơ Công tắc tơ Công tắc hành trình PLC Cảm biến quang . thống điều khiển, đồ án đề cập đến là Điều khiển máy công nghiệp bằng thiết bị lập trình. đây là thiết bị công nghiệp có yêu cầu tự động hóa cao với việc sử dụng thiết bị điều khiển lập trính. việc điều khiển qua trình sản xuất trở nên dễ dàng hơn. Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC chính là các máy tính công nghiệp dùng cho mục đích điều khiển máy, điều khiển các ứng dụng công nghiệp. Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, em được giao đề tài tốt nghiệp: Điều khiển máy công nghiệp bằng thiết bị lập trình. Nhằm mục đích tìm hiểu nghiên cứu ứng dụng của bộ điều khiển lập trình PLC