Thiết kế tủ điện điều khiển cầu trục

LẬP TRÌNH VÀ THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO HỆ THỐNG BĂNG TẢI VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU VỚI PLC S7 1200 đồ án chuyên nghành 2 trường đại học sư phạm kỹ thuật hưng yên năm học 2020 Thiết kế tủ điện điều khiển cầu trục

CHƯƠNG GIỚI THIỆU PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH 1.1 Tổng quan PLC 1.1.1 Lịch sử hình thành Thiết bị điều khiển khả trình (PLC, programmable logic controller) loại máy tính điều khiển chuyên dụng, cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình, nhà phát minh người Mỹ Richard Morley lần đưa ý tưởng vào năm 1968 Dựa yêu cầu kỹ thuật General Motors xây dựng thiết bị có khả lập trình mềm dẻo thay cho mạch điều khiển logic cứng, công ty Allen Bradley Bedford Associate (Modicon) đưa trình bày Trước thiết bị thường gọi với tên Programmable Controller, viết tắt PC, sau máy tính cá nhân PC (Personal Computer) trở nên phổ biến từ viết tắt PLC hay dùng để tránh nhầm lẫn 1.1.2 Các loại PLC thông dụng Bảng 1.1 Các loại PLC thông dụng Hãng Siemens Hãng Omron S7-200: CPU 212, CPU 214, CPU 222, CPU 224… S7-300: CPU 313, CPU 314, CPU 315… S7-400: CPU 412, CPU 413, CPU 414, CPU 416… S7-1200: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C… Dòng CPM1A, CPM2A, CPM2C Dòng CQM1 Dòng CP1E Dòng CP1L Dòng CP1H Dòng CJ1/M Hãng Mitsubishi Dòng FX: FX1N, FX1S, FX2N, FX3G… Dòng A PLC: A large CPU, QnAS CPU, AnS CPU Dòng Q PLC Dòng L PLC Hãng Delta Dòng DVP – SC Dòng DVP – SX Dòng DVP – SV Dòng DVP – ES 1.1.3 Ngơn ngữ lập trình Các ngơn ngữ lập trình PLC quy định chuẩn IEC 61131-3 gồm: - Instruction List (IL): dạng hợp ngữ - Structured Text (ST): giống Pascal - Ladder Diagram (LD): giống mạch rơ le 1.2 Giới thiệu PLC S7-1200 1.2.1 Cấu trúc PLC S7-1200 S7-1200 dòng điều khiển logic khả trình (PLC) kiểm sốt nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp tập lệnh mạnh làm cho có giải pháp hồn hảo cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 bao gồm microprocessor, nguồn cung cấp tích hợp sẵn, đầu vào vào/ra (DI/DO) Một số tính bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào CPU chương trình điều khiển S7-1200 cung cấp cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet TCP/IP Ngồi bạn dùng module truyền thông mở rộng kết nối RS485 RS232 Phần mềm dùng để lập trình cho S7 – 1200 Step Basic Step basic hỗ trợ ba ngơn ngữ lập trình FBD, LAD SCL Phần mềm tích hợp TIA Portal Siemens 1: Bộ phận kết nối nguồn 2: Các phận kết nối dây người dùng tháo (phía sau nắp che) 3: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp 4: Bộ phận kết nối PROFINET Các module CPU khác có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, nhớ chương trình khác 1.2.2 Phân vùng nhớ PLC có loại nhớ sử dụng Load memory, Work memory Retentive Memory: - Load memory chứa nhớ chương trình down xuống - Work memory nhớ lúc làm việc - System memory setup vùng Hardware config, cần chứa liệu cần lưu vào đây: Bảng 1.2 Bảng phân vùng nhớ Bộ nhớ CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C Load memory Mb Mb Work memory 25 Kb 50 Kb System memory Kb Kb 1.2.3 Tập lệnh S7-1200 a, Xử lý bit Bảng 2.3 Tập lệnh xử lý bit Tiếp điểm thường hở đóng giá trị bit có địa n Toán hạng n: I, Q, M, L, D Tiếp điểm thường đóng đóng giá trị bit có địa n Toán hạng n: I, Q, M, L Giá trị bit có địa n đầu vào lệnh ngược lại Toán hạng n: Q, M, L, D Chỉ sử dụng lệnh out cho địa Giá trị bit có địa n đầu vào lệnh ngược lại Toán hạng n: Q, M, L, D Chỉ sử dụng lệnh out not cho địa Giá trị bit có địa n đầu vào lệnh Khi đầu vào lệnh bit giữ nguyên trạng thái Toán hạng n: Q, M, L, D Giá trị bit có địa n đầu vào lệnh Khi đầu vào lệnh bit giữ ngun trạng thái Tốn hạng n: Q, M, L, D b, Timer counter Bảng 2.4 Tập lệnh timer counter Timer trễ không nhớ – TON Khi ngõ vào IN ngừng tác động reset dừng hoạt động Timer Thay đổi PT Timer vận hành khơng có ảnh hưởng Counter đếm lên – CTU Giá trị đếm CV tăng lên Khi tín hiệu ngõ vào CU chuyển từ lên Ngõ Q tác động lên CV >= PV Nếu trạng thái R = Reset tác động đếm CV = c, Lệnh toán học Bảng 2.5 Tập lệnh toán học Lệnh so sánh dùng để so sánh hai giá trị IN1 IN2 bao gồm IN1= IN2, IN1>= IN2, IN1 IN2, IN1IN2 So sánh kiểu liệu giống nhau, lệnh so sánh thỏa mãn ngõ mức = TRUE ( tác động mức cao) ngược lại Kiểu liệu so sánh là: SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, Lreal, String, Time, DTL, Constant Lệnh cộng ADD: OUT = IN1 + IN2 Lệnh trừ SUB: OUT = IN1 - IN2 Lệnh nhân MUL: OUT = IN1 x IN2 Lệnh chia DIV: OUT = IN1 : IN2 Tham số IN1, IN2 phải kiểu liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal, Constant Tham số OUT có kiểu liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal Tham số ENO = khơng có lỗi xảy trình thực thi Ngược lại ENO = có lỗi, số lỗi xảy thực thi lệnh này: Kết tốn học nằm ngồi phạm vi kiểu liệu Real/Lreal: Nếu giá trị đầu vào NaN sau trả NaN ADD Real/Lreal: Nếu hai giá trị IN INF có dấu khác nhau, khai báo không hợp lệ trả NaN d, Di chuyển chuyển đổi liệu Bảng 2.6 Tập lệnh di chuyển Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ vào IN đến ngõ OUT mà không làm thay đổi giá trị ngõ IN Tham số: EN: cho phép ngõ vào IN: nguồn giá trị đến OUT1: nơi chuyển đến 1.2.4 Thông số kỹ thuật PLC CPU 1214 ACDCRLY Hình 1.1 Hình ảnh PLC S7-1200, CPU 1214 ACDCRLY Thông số : CPU 1214 AC/DC/RLY - Mã : 6ES7214-1BG40-0XB0 - Bộ nhớ: 100 KB work memory MB Load memory - Tích hợp I/O: 14 DI, 10 RLY AI + Khả mở rộng: - Signal Board (SB) - Signal Modules (SM) - Communication modules (CM) PLC 1214 mở rộng module DI/DQ 1.3 Phần mềm TIA-PORTAL Phần mềm TIA-Portal cung cấp môi trường thân thiện cho người dùng nhằm phát triển, chỉnh sửa giám sát mạng logic yêu cầu để điều khiển ứng dụng, bao gồm cơng cụ dành cho quản lý cấu hình tất thiết bị đề án, thiết bị PLC hay HMI TIA-Portal cung cấp hai ngôn ngữ lập trình (LAD FBD) để thuận tiện có hiệu việc phát triển chương trình điều khiển ứng dụng cịn cung cấp cơng cụ để tạo cấu hình thiết bị HMI đề án người dùng Để giúp người dùng tìm thơng tin cần thiết, TIA-Portal cung cấp hệ thống trợ giúp trực tuyến Các bước tạo project: - Bước 1: Từ hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng TIA Portal V15 Hình 1.2 Biểu tượng phần mềm TIA PORTAL V15 - Bước 2: Click chuột vào “Create new project” để tạo dự án Hình 1.3 Giao diện dự án - Bước 3: Nhập tên dự án vào “Project name” sau nhấn “Create” Hình 1.4 Đặt tên cho dự án - Bước 4: Chọn “configure a device” Hình 1.5 Cấu hình cho thiết bị - Bước 5: Chọn “add new device” Hình 1.6 Thêm thiết bị - Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau chọn “add” Hình 1.7 Chọn loại CPU - Bước 7: Project Hình 1.8 Một project tạo CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG Tính chọn phần tử hệ thống 2.1 2.1.1 Lựa chọn aptomat tổng Số thứ tự Tên động Công suất (kW) Động cầu trục 12 Động palang 6,5 Từ bảng ta tính tổng cơng suất hệ thống : Pđ = ( 12+6,5 ) x 1,5 = 27,75 kW Dòng điện I : I = Pđ/(sqrt(3)*U*cosφ) = 27750/(1,732*380*0.8) = 52,7A Vậy chọn Aptomat tổng cho tủ điện có dịng Iđm = 60 A Điện áp hoạt động: Điện áp thử nghiệm 690VAC xung 6kV (Uimp): Độ bền học: 10 triệu lần đóng cắt Tiêu chuẩn: IEC/EN 60947-4-1 Tương thích rơ le nhiệt: TH-T18 Xuất xứ: Mitsubishi Nhật Bản Bảo hành: 12 tháng Hình 2.5 Rơ le nhiệt Mitsubishi pha TH-T18 15A dải điều chỉnh 12A – 18 2.2 Thiết kế tủ điện 2.2.1 Sơ đồ mạch điện điều khiển Hình 2.6 Mạch in/out PLC Hình 2.7 Mạch điều khiển 2.2.2 Sơ đồ mạch động lực Hình 2.8 Mạch cấp nguồn cho hệ thống Hình 2.9 Mạch động lực cấp nguồn cho động 2.2.3 Sơ đồ bố trí thiết bị Hình 2.10 Bố trí thiết bị tủ Tủ em thiết kế có kích thước 600x400x200 Bên ngồi cánh cửa 11 nút ấn , bao gồm :ON, OFF, RESET, MODE, B1, B2, MAN IN, MAN OUT, MAN UP, MAN DOWN nút dừng khẩn cấp Bên phần panel gồm hàng - Hàng MCCB tổng, CB cho mạch điều khiển, nguồn 24V, CPU PLC S7 1200 ACDCRL - Hàng gồm relay trung gian, khởi động từ - Hàng cầu đấu động cơ, cầu đấu nguồn vào Ở phần đáy tủ phía em cắt lỗ có đường kính 40mm để luồn dây điện vào CHƯƠNG 3.1 LẬP TRÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG u cầu tốn Lập trình điều khiển hệ thống cầu trục nâng hạ hàng Động kéo palang nâng hạ kéo dầm biên di chuyển sử dụng động không đồng ba pha Nguyên lý hoạt động hệ thống sau: - Ấn nút ON cho phép hệ thống hoạt động, ấn nút OFF hệ thống dừng; cơng tắc MODE để chọn chế độ - Hệ thống hoạt động chế độ: (1) Chế độ tay (MODE = 0): Có thể vận hành độc lập động palang nâng hạ cấu di chuyển dầm biên (2) Chế độ tự động (MODE =1): ➢ Cầu trục di chuyển ra: Cầu trục vị trí (cảm biến S1 tác động) palang nâng hạ vị trí (cảm biến S3 tác động) Ấn nút B1 động M1 điều khiển cấu dầm biên di chuyển chạy thuận cầu trục Khi cầu trục di chuyển tới vị trí ngồi (cảm biến S2 tác động) động M1 dừng động nâng hạ M2 quay thuận điều khiển palang hạ xuống Palang hạ tới vị trí (cảm biến S4 tác động) động M2 dừng ➢ Cầu trục di chuyển về: Cầu trục vị trí ngồi palang nâng hạ vị trí Ấn nút B2 động M2 quay ngược palang nâng hạ tời lên Khi palang kéo tới vị trí động M2 dừng động M1 chạy ngược điều khiển cầu trục di chuyển vào Khi cầu trục di chuyển tới vị trí động M1 dừng ➢ Lưu ý: Chế độ tự động hoạt động cầu trục vị trí bên (cảm biến S1 S3 tác động) vị trí bên ngồi (cảm biến S2 S4 tác động) Khi chuyển từ chế độ tay sang chế độ tự động, cầu trục không hai vị trí ấn nút RESET để cầu trục di chuyển vị trí bên - Hệ thống làm việc khoảng thời gian từ 7h đến 22h hàng ngày nghỉ ngày chủ nhật 3.2 Bảng tín hiệu vào Hình 3.1 Các biến biến đầu vào PLC Hình 3.2 Các biến đầu PLC Hình 3.3 Các biến trung gian 3.3 Lưu đồ thuật tốn 3.3.1 Chương trình Main OB1 Begin RD_SYS_T WEEKDAY>0 Đ 6