(Tiểu luận) chủ đề 26 điều khiển hệ thống cầu trục

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG KHOA: KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CẦU TRỤC Tên học phần: Kỹ thuật lập trình PLC Mã học phần: ELE355 Mã lớp: 2018D41A Học kì II, năm học: 2023 - 2024 Phú Thọ, tháng năm 2023 h Điểm kết luận thi Ghi Ghi số chữ Số phách Số phách (Do HĐ chấm thi ghi) (Do HĐ chấm thi ghi) Họ tên SV/HV: Đỗ Trường Xuân GVHD: Hà Duy Thái Ngày, tháng, năm sinh:16/02/2002 Tên lớp: K18 ĐH Điện – Điện Tử Mã lớp: 2018D41A Mã SV: 205D410025 Họ, tên chữ ký cán chấm thi Họ, tên chữ ký cán chấm thi Họ, tên chữ ký giảng viên thu thi h Chủ đề 26: Điều khiển hệ thống cầu trục Cho hệ thống cầu trục có sơ đồ hình vẽ Q trình hoạt động hệ thống sau: Khi ấn START trục kéo cuộn tròn đưa mốc lên, sensor S3 tác động trục kéo ngừng cuộn Sau trục kéo di chuyển sang trái, đến ví trí sensor S4 tác động dừng hạ mốc xuống đưa sản phẩm vào chùng chứa (TANK) Đưa sản phẩm xuống S2 tác động ngừng Sản phẩm thùng 20 s Sau thời gian sản phẩm nhấc lên di chuyển qua trái sensor S5 tác động dừng lại Mốc hạ đến vị trí S2 chng reo lên, người vận hành lấy sản phẩm nhấn RESET chuông hết reo, mốc kéo lên vị trí S3 di chuyển vị trí S1 hạ mốc xuống vị ví S2 Anh (Chị) thực yêu cầu sau: Hãy thiết lập bảng thơng số tín hiệu ngõ vào tín hiệu ngõ Vẽ sơ đồ kết nối tín hiệu ngõ vào tín hiệu ngõ với PLC S7 - 200 CPU 221 AC/DC/relay Viết lưu đồ thuật toán cho yêu cầu công nghệ Lập trình phần mềm Microwin 4.0 h Thực hiện các bước download chương trình từ máy tính xuống PLC CHƯƠNG I: HỆ THỐNG CẦU TRỤC 1.1 Khái quát cầu trục Khoa học kỹ thuật phát triển nâng cao suất lao động hiệu công việc đặc biệt góp phần lớn nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Với đời cầu trục cơng việc di chuyển hàng hóa, 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 hóa từ tàu xuống kho bãi ngược lại Như cầu trục giúp người khí hóa, tự động hóa khâu bốc xếp làm giảm sức lao động tăng suất hiệu công việc h Hình Cầu trục nâng hạ 1.2 khái niệm Cầu trục  (Overhead Crane) thiết thiết bị nâng hạ gồm hai chuyển động (ngang, dọc cao nhà xưởng) để đảm bảo thao tác nâng hạ, di chuyển tải không gian làm việc cầu trục nhà xưởng Việc sử dung cầu trục tiện lợi cho việc bốc, xếp hàng hóa vật có tải trọng lớn, kích thước cồng kềnh (sắt, thép, bê tông ) Sức nâng lớn từ đến 500 tấn, vận hành chủ yếu động điện nên cầu trục được sử dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp nói chung 1.3 Cấu tạo cầu trục Cấu tạo cầu trục bao gồm nhiều Pa lăng, gắn khung xe di chuyển trái phải, dọc theo dầm cầu trục dạng đơn đơi Dầm cầu trục liên kết với dầm biên (cơ cấu di chuyển cầu trục) hai đầu dầm dạng gối đỡ bu lơng Dầm biên đóng vai trị giúp bộ cầu trục di chuyển đường ray bố trí dọc chiều dài nhà xưởng Chi tiết sau: - Palang (Hoist): là thiết bị chính, đóng vai trị nâng, hạ vật liệu cấu di chuyển dọc theo dầm (trái - phải) Thiết bị palang đồng thường nhập trực tiếp từ nhà sản xuất thiết bị uy tín, xuất xứ Trung Quốc, Hàn Quốc Nhật Bản Palang cầu trục có loại phổ biến palang xích palang cáp điện Palang xích phù hợp với loại cầu trục có sức nâng nhỏ từ 500kg đến Palang cáp điện có sức nâng từ trở lên với loại tiêu chuẩn tấn, tấn, tấn, tấn, 7,5 tấn, 10 tấn, 15 tấn, 20 tấn, 30 tấn, 40 tấn, 50 Cả palang xích palang cáp điện có đầy đủ cấu tủ điện điều khiển, cấu tang cuốn, động cơ, tay bấm điều khiển kèm - Dầm cầu trục (main girder): cấu tạo dạng chữ I H dạng hộp, kiểu dầm dầm tùy vào loại cầu trục Dầm cấu trục thiết kế, chế tạo phù hợp với kích thước nhà xưởng thực tế khách hàng Khi thiết kế dầm chính, cần tuân thủ nghiệm ngặt tiêu chuẩn chế tạo, an toàn thiết bị nâng TCVN 4244-2005 đảm bảo độ võng dầm khơng vượt q dung sai cho phép h Hình Cấu tạo cầu trục - Dầm biên hay dầm đầu (End Carriage): Cấu tạo dạng hộp, gia cơng xác, gắn liền với bánh xe cầu trục cấu động di chuyển cầu trục - Thiết bị điện cầu trục: Bao gồm hệ thống cấp điện cho palang, hệ thống cấp điện cho cầu trục phận tủ điện điều khiển cầu trục Thông thường thiết bị điện cho cầu trục nhập 100% từ Đài Loan, Hàn Quốc tích hợp lên cầu trục sau tất thiết bị khí, kết cấu tổ hợp hoàn chỉnh Trên thị trường có số thương hiệu thiết bị điện thơng dụng cáp điện Shentai, hệ máng C Hardword linh kiện tủ điện LS - Hàn Quốc, biến tần LS, Schnieder v.v  1.4 Phân loại cầu trục - Cầu trục dầm đơn: cấu tạo kiểu dầm kết nối với dầm biên hai đầu Cầu trục dầm đơn trang bị pa lăng cấu nâng di chuyển phía dầm Đơi người ta cịn gọi cầu trục dầm đơn cầu trục chạy h - Cầu trục dầm đôi: cấu tạo kiểu dầm kết nối bên dầm biên hai đầu Cầu trục dầm đôi thường trang bị pa lăng dầm đơi di chuyển phía dầm Pa lăng dầm đơi có khung pa lăng với bốn bánh xe độc lập - Cầu trục quay: loại cầu trục mà cần quay xung quanh cột cố định quay quanh trụ đứng gắn lên tường - Cầu trục dựa tường: loại cầu trục mà bên dầm chạy gắn lên tường nhà xưởng Cầu trục dựa tường có khả di chuyển giống cầu trục dầm đơn, dầm đôi - Cầu trục monorail: cầu trục cố định hai đầu dầm Pa lăng di chuyển trái, phải theo chiều dài dầm - Cầu trục treo: loại cầu trục mà cấu di chuyển cầu trục (dầm biên) treo bên dầm đỡ ray Cầu trục treo thường dễ bị nhầm với cầu trục dầm đơn cấu tạo chúng gần giống - Cầu trục dầm hộp: cấu tạo dầm dạng hộp ghép lại từ thép Dầm dạng hộp giúp tăng cường khả chịu tải cầu trục mở rộng tim ray pa lăng (xe con) - Cầu trục dạng giàn khơng gian: có cấu tạo dầm chỉnh kiểu giàn, chế tạo từ loại thép hình, bố trí ngang, dọc theo dầm giúp nâng cao tải trọng độ cầu trục - Cầu trục dầm I: có dầm cầu trục cấu tạo loại thép I đúc tiêu chuẩn thép H tổ hợp - Cầu trục tháp: thường gọi cần trục tháp – sử dụng để nâng hạ, di chuyển vật nặng công trường xây dựng Đơi cịn hoạt động cảng biển, gha tàu Khi ta gọi cầu trục chân đế cầu trục cột - Cầu trục Stacker: loại cầu trục mà thiết bị dùng để nâng hạ pa lăng Cầu trục trang bị cấu nâng hạ đặc biệt, chuyên dụng h 1.5 Ứng dụng cầu trục Hình Ứng dụng cầu trục cơng nghiệp - Lắp ráp, ghá ghép sản phẩm: Dùng để di chuyển phận, bán thành phẩm dây chuyền sản xuất - Vận chuyển: Nâng hạ thành phẩm từ dây chuyền sản xuất lên phương tiện vận tải - Nâng giữ chi tiết: dùng để nâng giữ chi tiết sản xuất - Kho bãi: Vận chuyển hàng hóa nặng nhập xuất kho CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC S7 – 200 2.1 Tổng quan PLC S7-200 PLC viết tắt programmable logic controller (chương trình kiểm sốt logic) h Đây thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện PLC hoạt động theo phương thức quét trạng thái đầu đầu vào Khi có thay đổi đầu vào đầu thay đổi theo Hiện có nhiều hãng sản xuất PLC PLC Mitsubishi, Siemens, Panasonic,… Ngơn ngữ lập trình phổ biến LAD (Ladder logic – thang logic), FBD (Function Block Diagram – Khối chức năng), STL (Statement List – Liệt kê lệnh) Ladder logic ngơn ngữ lập trình PLC ưa chuộng Hình Hình ảnh PLC s7 – 200 thực tế Để khắc phục nhược điểm điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển Relay) người ta chế tạo PLC nhằm thỏa mãn yêu cầu sau: - Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học - Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữ - Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình phức tạp h - Hồn tồn tin cậy mơi trường công nghi - Giao tiếp với thiết bị thơng minh khác như: máy tính, nối mạng, môi Modul mở rộng - Giá cá thể cạnh tranh 2.2 Cấu trúc PLC Các điều khiển PLC sản xuất theo dòng sản phẩm Khi xuất xưởng, chúng chưa có chương trình cho ứng dụng Tất cổng logic bản, chức nhớ, timer, counter v.v nhà chế tạo tích hợp chúng kết nối với chương trình viết người dùng cho nhiệm vụ điều khiển cụ thể Bộ điều khiển PLC có nhiều loại khác phân biệt với qua thành phần sau: - Các ngõ vào - Dung lượng nhớ - Bộ đếm (counter) - Bộ định thời (timer) - Bit nhớ - Các chức đặc biệt - Tốc độ xử lý - Loại xử lý chương trình - Khả truyền thông Các điều khiển lớn thành phần lắp thành modul riêng Đối với điều khiển nhỏ, chúng tích hợp điều khiển Các điều khiển nhỏ có số lượng ngõ vào/ra cho trước cố định Bộ điều khiển cung cấp tín hiệu tín hiệu từ cảm biến ngõ vào Tín hiệu xử lý tiếp tục thơng qua chương trình điều khiển đặt nhớ chương trình Kết xử lý đưa ngõ để đến đối tượng điều khiển hay khâu điều khiển dạng tín hiệu Cấu trúc PLC mơ tả hình vẽ sau: h Hình Cấu trúc chung điều khiển lập trình PLC * Bộ nhớ chương trình: Bộ nhớ chương trình PLC nhớ điện tử đặc biệt đọc Nếu sử dụng nhớ đọc-ghi (RAM), nội dung ln ln thay đổi ví dụ trường hợp vận hành điều khiển Trong trường hợp điện áp nguồn bị nội dung RAM giữlại có sử dụng Pin dự phịng Nếu chương trình điều khiển làm việc ổn định, hợp lý, nạp vào nhớ cố định, ví dụ EPROM, EEPROM Nội dung chương trình EPROM bị xóa tia cực tím * Hệ điều hành Sau bật nguồn cung cấp cho điều khiển, hệ điều hành đặt counter, timer, liệu bit nhớ với thuộc tính non-retentive (khơng nhớ Pin dự phòng) ACCU Để xử lý chương trình, hệ điều hành đọc dịng chương trình từ đầu đến cuối Tương ứng hệ điều hành thực chương trình theo câu lệnh * Bit nhớ (Bit memoryt) Các bit memory phần tử nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu * Bộ đệm (Proccess Image) h Bộ đệm vùng nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu ngõ vào nhị phân * Accumulator Accumulator nhớ trung gian mà qua timer hay counter nạp vào hay thực phép toán số học * Counter, Timer Timer counter vùng nhớ, hệ điều hành ghi nhớ giá trị đếm * Hệ thống Bus Bộ nhớ chương trình, hệ điều hành modul ngoại vi (các ngõ vào ngõ ra) kết nối với PLC thông qua Bus nối Một Bus bao gồm dây dẫn mà liệu trao đổi Hệ điều hành tổ chức việc truyền liệu dây dẫn 2.3 Nguyên lý hoạt động 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 2.4 Ưu nhược điểm PLC 2.4.1 Ưu điểm Sự đời hệ điều khiển PLC làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển quan niệm thiết kế chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm sau : - Giảm 80% số lượng dây nối - Cơng suất tiêu thụ PLC thấp - Có chức tự chuẩn đốn giúp cho cơng tác sửa chữa nhanh chóng dễ dàng 10 h - Chức điều khiển thay đổi dễ dàng băng thiết bị lập trình (máy tính, hình) mà khơng cần thay đổi phần cứng khơng có u cầu thêm bớt thiết bị xuất nhập - Số lượng Rơle Timer nhiều so với hệ cổ điển - Số lượng tiếp điểm chương trình sử dụng khơng hạn chế - Thời gian hồn thành chu trình điều khiển nhanh (vài ms) dẫn đến tăng cao q trình sản xuất - Chi phí lắp đặt thấp - Độ tin cậy cao - Chương trình điều khiển in giấy vài phút giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì sửa chữa hệ thống 2.4.2 Nhược điểm Giá thành phần cứng cao, số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình Tuy nhiên giá thành giảm đáng kể, quý khách hàng tham khảo dòng PLC Mitsubishi PLC Delta giá thành hấp dẫn, vui lịng liên hệ cơng ty để báo giá tư vấn nhiệt tình Địi hỏi người sử dụng phải có trình độ chun mơn cao Nếu bạn lần đầu tiếp cận PLC chắn có nhiều bỡ ngỡ nhiều thời gian để tự nghiên cứu Tuy nhiên khó khăn hồn tồn giải nhanh chóng việc chọn lựa nhà cung cấp uy tín có khả hỗ trợ kỹ thuật tốt 2.5 Vai trò PLC PLC xem trái tim hệ thống điều khiển đơn lẻ với chương trình điều khiển chứa nhớ PLC, PC thường xuyên kiểm tra trạng thái hệ thống thông qua tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập để từ đưa tín hiệu điều khiển tương ứng với thiết bị xuất 11 h PLC sử dụng cho yêu cầu điều khiển đơn giản lập lập lại theo chu kỳ, lien kết với máy tính chủ khác máy tính chủ thơng qua kiểu hệ thống mạng truyền thơng để thực q trình xử lý phức tạp Tín hiệu vào: mức độ thơng minh hệ thống điều khiển phụ thuộc chủ yếu vào khả PLC để đọc liệu khác từ cảm biến thiết bị nhập băng tay Tiêu biểu cho thiết bị nhập tay như: nút ấn,bàn phím chuyển mạch Mặt khác để đo, kiểm tra chuyển động, áp suất lưu lượng chất lỏng PLC phải nhận tín hiệu từ cảm biến Ví dụ: tiếp điểm hành trình, cảm biến quang điện tín hiệu đưa vào PLC tín hiệu số (Digital) tín hiệu tương tự (Analog) tín hiệu giao tiếp với PLC thơng qua modul nhận tín hiệu vào khác khác DI (vào số) AI (vào tương tự) 2.6 Ứng dụng - 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 - Hệ thống nâng vận chuyển - Các Robot lắp ráp điều khiển - Điều khiển hệ thống đèn giao thông - Công nghệ sản xuất giấy - Dây chuyền xử lý hóa học - Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn - Công nghệ chế biến thực phẩm  Quy trình thiết kế hệ điều khiển dùng PLC Bao gồm bước sau: 12 h Bước Xác định quy trình điều khiển: Trong bước cần phải biết đối tượng điều khiển PLC Các thay đổi đối tượng điều khiển kiểm tra thường xuyên thiết bị đầu vào, thiết bị gởi tín hiệu đến PLC để tính tốn xuất tín hiệu đến thiết bị đầu để điều khiển hoạt động đối tượng Bước Xác định tín hiệu vào ra: bước cần xác định cách kết nối thiết bị đầu vào, với PLC Thiết bị vào tiếp điểm, cảm biến Thiết bị loại cuộn dây điện từ, đèn,… Bước Soạn thảo chương trình: chương trình viết dạng LAD, STL, hay dạng FBD Bước Nạp chương trình cho PLC Bước Chạy chương trình: trước khởi động hệ thống cần kiểm tra nối dây từ PLC đến thiết bị ngoại vi trình chạy kiểm tra cần thực bước tinh chỉnh hệ thống để đảm bảo an toàn đưa vào hoạt động thực tế CHƯƠNG III: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chủ đề 26: Điều khiển hệ thống cầu trục Cho hệ thống cầu trục có sơ đồ hình vẽ Quá trình hoạt động hệ thống sau: Khi ấn START trục kéo cuộn tròn đưa mốc lên, sensor S3 tác động trục kéo ngừng cuộn Sau trục kéo di chuyển sang trái, đến ví trí sensor S4 tác động dừng hạ mốc xuống đưa sản phẩm vào chùng chứa (TANK) Đưa sản phẩm xuống S2 tác động ngừng Sản phẩm thùng 20 s Sau thời gian sản phẩm nhấc lên di chuyển qua trái sensor S5 tác động dừng lại Mốc hạ đến vị trí S2 chuông reo lên, người vận hành lấy sản phẩm nhấn RESET chuông hết reo, mốc kéo lên vị trí S3 di chuyển vị trí S1 hạ mốc xuống vị ví S2 Anh (Chị) thực yêu cầu sau: Hãy thiết lập bảng thơng số tín hiệu ngõ vào tín hiệu ngõ 13 h Vẽ sơ đồ kết nối tín hiệu ngõ vào tín hiệu ngõ với PLC S7 - 200 CPU 221 AC/DC/relay Viết lưu đồ thuật toán cho yêu cầu công nghệ Lập trình phần mềm Microwin 4.0 Thực hiện các bước download chương trình từ máy tính xuống PLC Hình Sơ đồ điều khiển hệ thống cầu trục Câu Bảng thơng số tín hiệu ngõ vào tín hiệu ngõ Bảng – Thơng số tín hiệu ngõ vào tí hiệu ngõ Kí hiệu Địa Chú thích Start I0.0 Khởi động hệ thống Reset I0.1 Kết thúc hệ thống quay trở lại vị trí ban đầu Stop I0.2 Dừng hệ thống S1 I1.1 Cảm biến 14 h S2 I1.2 Cảm biến S3 I1.3 Cảm biến S4 I1.4 Cảm biến S5 I1.5 Cảm biến DC_SANGTRAI Q0.0 Động sang trái DC_SANGPHAI Q0.1 Động sang phải DC_KEOLEN Q0.2 Động kéo sản phẩm lên DC_HAXUONG Q0.3 Động hạ xuống CHUONG Q0.4 Chuông báo Câu Sơ đồ kết nối tín hiệu ngõ vào tín hiệu ngõ với PLC S7 - 200 CPU 221 AC/DC/relay 15 h Hình Sơ đồ kết nối tín hiệu ngõ vào tín hiệu ngõ Câu Lưu đồ thuật tốn 16 h Hình Lưu đồ thuật tốn điều khiển hệ thống cầu trục 17 h Câu Chương trình điều khiển hệ thống cầu trục phần mềm Microwin 4.0 18 h 19 h Câu Các bước download chương trình từ máy tính xuống PLC - Bước 1: Mở cửa sổ Set PG/PC interface  Chọn Properties  Chọn PC/PPI cable (PPI) 20 h - Bước 2: Chọn tốc độ Transmission rate (Tab PPI) - Bước 3: Chọn cổng COM Tab Local Connection 21 h - Bước 4: Chọn địa PLC ( thông thường 2) - Bước 5: Nạp chương trình  Chọn loại CPU làm việc: Vào Menu PLC  Type  CPU 221  Chuyển CPU chế độ Stop cách vào menu PLC  STOP kích vào biểu tượng công cụ 22 h  Nạp chương trình vào PLC: Vào manu File  Download kích vào biểu tượng cơng cụ  Cho CPU chế độ hoạt động cách vào menu PLC  RUN kích vào biểu tượng công cụ 23 h