(Luận văn) nghiên cứu tìm hiểu dây chuyền sản xuất pcb sử dụng công nghệ smt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG lu an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP n va p ie gh tn to NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP d oa nl w an lu va Sinh viên: Bùi Phúc Đại ll u nf Giảng viên hướng dẫn: TS Đoàn Hữu Chức oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hải Phòng - 2022 n va ac th si BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG lu NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PCB SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ SMT an n va tn to p ie gh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP d oa nl w va an lu u nf Sinh viên: Bùi Phúc Đại ll Giảng viên hướng dẫn: TS Đoàn Hữu Chức oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hải Phòng 2022 n va ac th si BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP lu an n va p ie gh tn to oa nl w d Sinh viên : Bùi Phúc Đại lu MSV: 2013102001 Ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp va an Lớp : DCL2401 ll oi m nghệ SMT u nf Tên đề tài : Nghiên cứu tìm hiểu dây chuyền sản xuất PCB sử dụng công z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI lu an n va p ie gh tn to 1.Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) ………………………………………………………………………………….…… ………………………………………………………………………………….…… ………………………………………………………………………………….…… ………………………………………………………………………………….…… …………………………………………………………………………….………… ………………………………………………………………………………….…… ………………………………………………………………………………….…… …………………………………………………………………………….………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………….…… Các số liệu cần thiết để tính tốn ………………………………………………………………………………….…… …………………………………………………………………………….………… ………………………………………………………………………………….…… ………………………………………………………………….…………………… ………………………………………………………………………………….…… ………………………………………………………………………………….…… ………………………………………………………………………………….…… ………………………………………………………………………………….…… ………………………………………………………………………………….…… 3.Địa điểm thực tập tốt nghiệp ………………………………………………………………………………….…… ………………………………………………………………………………….…… ………………………………………………………………………………….…… d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Họ tên : Đoàn Hữu Chức Học hàm, học vị : Tiến sĩ Cơ quan công tác : Trường Đại học quản lý cơng nghệ Hải Phịng Nội dung hướng dẫn: ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… lu an ……………………………………………………………………………… va ……………………………………………………………………………… n gh tn to ……………………………………………………………………………… p ie Đề tài tốt nghiệp giao ngày 04 tháng năm 2022 oa nl w Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 24 tháng năm 2022 Đã giao nhiệm vụ ĐTTN d Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN lu Giảng viên hướng dẫn ll Bui Phúc Đại u nf va an Sinh viên oi m tháng năm 2022 z at nh Hải Phòng, ngày TRƯỞNG KHOA z m co l gm @ TS Đoàn Hữu Chức an Lu n va ac th si Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự - Hạnh phúc - PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Đoàn Hữu Chức Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Trường Đại học Quản lý Công nghệ Hải Phòng Họ tên sinh viên: Bùi Phúc Đại Chuyên ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp Nội dung hướng dẫn : Toàn đề tài lu Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp an n va gh tn to ie p Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận ( so với nội dung yêu cầu đề d oa liệu ) nl w nhiệm vụ Đ.T.T.N, mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số an lu va u nf ll m oi Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp z at nh Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày tháng năm 2022 z gm @ Giảng viên hướng dẫn ( ký ghi rõ họ tên) m co l an Lu n va ac th si Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự - Hạnh phúc - PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: lu an n va Phần nhận xét giảng viên chấm phản biện p ie gh tn to Những mặt hạn chế w d oa nl va an lu Không bảo vệ Điểm hướng dẫn ll Được bảo vệ u nf Ý kiến giảng viên chấm phản biện m oi Hải Phòng, ngày tháng năm 2022 z at nh Giảng viên chấm phản biện ( ký ghi rõ họ tên) z m co l gm @ an Lu n va ac th si MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ VÀ CÁC PHẦN TỬ TRONG DÂY CHUYỀN 1.1 Tổng quan quy trình cơng nghệ 1.2 Đặc điểm thuật ngữ 1.2.1 Đặc điểm 1.2.2 Các thuật ngữ Các phần tử dây chuyền SMT 1.3 an n va 1.3.2 Vertical Turn 14 1.3.3 Screen Printer 19 1.3.4 Chip Mounter 21 1.3.5 Work Conveyor 25 1.3.6 Gate Conveyor 29 1.3.7 Reflow Oven 34 Cooling Conveyor 37 gh tn to Magazine Loader ie lu 1.3.1 p 1.3.8 Magazine Unloader 41 w 1.3.9 d oa nl CHƯƠNG CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG TRONG DÂY CHUYỂN SMT 47 lu Tổng quan 47 2.2 ELCB 48 u nf va an 2.1 Giới thiệu 48 2.2.2 ELCB hoạt động 48 2.2.3 Các tham số ELCB 49 2.2.4 Công dụng ELCB 49 2.2.5 Nguyên lý làm việc ELCB 50 ll 2.2.1 oi m z at nh z @ MCB 50 gm 2.3 MCB gì? 50 2.3.2 Cấu tạo MCB 50 2.3.3 Nguyên lý hoạt động MCB 52 2.3.4 Phân loại MCB 52 2.3.5 Cách đọc thông số MCB 54 m co l 2.3.1 an Lu n va ac th si 2.4 Contactor 56 2.4.1 Contactor gì? 56 2.4.2 Phân loại Contactor 56 2.4.3 Cấu tạo Contactor 56 2.4.4 Nguyên lý hoạt động Contactor 57 2.4.5 Các thông số Contactor 58 2.5 Relay 60 2.5.1 Relay gì? 60 2.5.2 Cấu tạo relay 61 2.5.3 Nguyên lý hoạt động relay 61 lu 2.6 HMI 62 n va 2.6.2 Chức HMI 62 2.6.3 Các loại HMI có ưu nhược điểm sao? 63 2.6.4 HMI ứng dụng đâu? 64 Cách HMI kết nối với máy móc 64 gh tn to HMI gì? 62 ie an 2.6.1 p 2.6.5 PLC 65 nl w 2.7 Khái niệm 65 2.7.2 PLC thay mạch Relay nào? 65 2.7.3 Cấu trúc PLC 66 2.7.4 Nguyên lý hoạt động PLC 67 2.7.5 Bộ nhớ PLC 67 2.7.6 Vị trí PLC hệ thống điều khiển 69 2.7.7 Các bước để lập trình PLC 69 2.7.8 Các phương thức điều khiển PLC 70 2.7.9 Các ưu nhược điểm PLC 71 d oa 2.7.1 ll u nf va an lu oi m z at nh z @ m co l gm 2.7.10 Những ứng dụng thực tế PLC 72 an Lu n va ac th si LỜI CẢM ƠN Sau thời gian hai tháng thực hiện, đồ án tốt nghiệp em với đề tài: TÌM HIỂU DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PCB SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ SMT hồn thành thời gian quy định Qua em xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy giáo khoa Điện – Điện Tử trường Đại học Quản Lý Cơng Nghệ Hải Phịng, người truyền thụ tri thức, kỹ năng, kinh nghiệm cho em suốt thời gian học vừa qua Đó tảng cho việc thực đồ án tốt nghiệp Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn – thầy Đồn Hữu Chức, thầy ln theo dõi, dẫn, giúp đỡ tạo điều lu an kiện tốt để em hoàn thành đồ án Trong thời gian thực đồ án, em n va phải khó khăn sai xót, thầy ln có phát gợi ý cho em tn to tìm phương pháp khắc phục hoàn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn! p ie gh w Hải Phòng, ngày…tháng…năm 2022 d oa nl Sinh viên thực ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si Chương Các thiết bị điện công nghiệp sử dụng dây chuyền SMT lu an Hình 2.12 Cấu tạo Contactor n va p ie gh tn to Khi cấp nguồn điện giá trị điện áp định mức Contactor vào hai đầu cuộn dây quấn phần lõi từ cố định lực từ tạo hút phần lõi từ di động hình thành mạch từ kín (lực từ lớn phản lực lị xo), Contactor trạng thái hoạt động Lúc nhờ vào phận liên động lõi từ di động hệ thống tiếp điểm làm cho tiếp điểm đóng lại, tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (thường đóng mở ra, thường hở đóng lại) trì trạng thái Khi ngưng cấp nguồn cho cuộn dây Contactor trạng thái nghỉ, tiếp điểm trở trạng thái ban đầu Có nhiều tiêu chuẩn quốc gia khác nhau, dùng để biểu diễn cho cuộn dây tiếp điểm Contactor oa nl w d 2.4.5 Các thông số Contactor ll u nf va an lu Trên sản phẩm Contactor thường có thơng số cho model sử dụng cho vị trí, phụ tải khác Vậy thông số ghi Contactor hiểu - AC DC Contactor sử dụng cho tải xoay chiều chiều Trong đó, - Tải xoay chiều AC cịn phân thành: + AC1: Dùng đóng cắt cho tải chở điện trở sấy Có thể cắt tải có cos φ lớn 0.95 + AC2: Dùng đóng cắt cho tải động không đồng rotor dây quấn Có chức như: Khởi động phanh nhấp nhả, hãm ngược Đối với dòng tiếp điểm contactor đóng kín mạch chịu tải cao tới 2.5 lần dòng định mức đồng + AC3: Dùng đóng cắt cho tải động khơng đồng rotor lồng sóc Contactor giúp tiếp điểm chịu tải khởi động gấp 5-7 lần dòng định mức động Dòng thường dùng cho mạch điện cẩu trục + AC4: Dùng đóng cắt cho tải động lồng sóc, phanh hãm ngược, nhấp nhả quay đảo chiều - Tải chiều DC phân thành: oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va SVTH: Bùi Phúc Đại DCL2401 ac th GVHD: TS.Đoàn Hữu Chức Trang 58 si Chương Các thiết bị điện công nghiệp sử dụng dây chuyền SMT lu an n va p ie gh tn to + DC2: Dùng cho động DC kích từ song song, chịu dịng có giá trị lớn 2.5 lần giá trị + DC3: Dùng cho động DC kích từ song làm việc nhấp nhả, hãm ngược với số thời gian 7.5ms Các tiếp điểm lớn gấp 2.5 lần dịng định mức động + DC4: Dùng để cắt mạch phụ tải động DC kích từ nối tiếp động hoạt động bình thường Hằng số thời gian phụ tải khoảng 10ms Dòng định mức động có giá trị khoảng 2.5 lần Điện áp Ui: Là thông số cho biết điện áp chịu Contactor Nếu số vượt điện áp contactor khơng cịn đảm bảo an toàn sử dụng Điện áp Uimp: Là điện áp xung chịu Contactor Xung điện thường xuất dịng điện cơng nghiệp dịng điện pha Thay điện áp dạng hình SIN thơng thường điện áp xuất hình SIN có đỉnh xung nhọn Xung gây ảnh hưởng đến thiết bị khí cụ điện) Điện áp Ue: Là giải điện áp hoạt động Contactor Điện áp phụ thuộc vào giá trị dòng cắt Điện áp In: Là dòng điện định mức qua tiếp điểm CTT chế độ làm việc gián đoạn lâu dài, nghĩa chế độ thời gian tiếp điểm CTT trạng thái đóng khơng q 8h Dịng điện định mức CTT hạ áp thơng dụng có cấp: 10; 20; 25; 40; 60; 75; 100; 150; 250; 300; 600; 800A Nếu CTT đặt tủ điện dòng điện định mức phải lấy thấp 10% điều kiện làm mát Ở chế độ làm việc lâu dài, nghĩa tiếp điểm CTT trạng thái đóng lâu 8h dịng điện định mức CTT lấy thấp khoảng 20% chế độ lượng ôxit kim loại tiếp điểm tăng làm tăng điện trở tiếp xúc nhiệt độ tiếp điểm tăng giá trị cho phép Điện áp định mức Uđm: Là điện áp định mức mạch điện tương ứng mà mạch điện CTT phải đóng cắt Điện áp định mức có cấp: 110V, 220V, 440V chiều 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều Điện áp cuộn dây định mức Ucdđm: Là điện áp định mức đặt vào cuộn dây Khi tính tốn, thiết kế CTT thường phải bảo đảm lúc điện áp 85%Ucdđm phải đủ sức hút lúc điện áp 110%Ucdđm cuộn dây khơng nóng trị số cho phép Số cực: Là số cặp tiếp điểm CTT Cơng tắc tơ điện xoay chiều có 2; 3; cực Số cặp tiếp điểm phụ: Thường CTT có cặp tiếp điểm phụ thường đóng thường mở có dịng điện định mức 5A 10A Khả đóng khả cắt: Là giá trị dịng điện cho phép qua tiếp điểm ngắt đóng CTT dùng để khởi động động điện xoay chiều pha, rơto lồng sóc cần phải có khả đóng từ ¸ lần Iđm CTT điện xoay chiều đạt 10Iđm với phụ tải điện cảm 10 Tuổi thọ CTT: d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va SVTH: Bùi Phúc Đại DCL2401 ac th GVHD: TS.Đoàn Hữu Chức Trang 59 si Chương Các thiết bị điện công nghiệp sử dụng dây chuyền SMT lu Là số lần đóng cắt mà sau số lần đóng cắt CTT hỏng khơng dùng Sự hư hỏng độ bền hay độ bền điện - Tuổi thọ khí số lần đóng cắt khơng tải CTT hỏng CTT hiệnđại tuổi thọ khí đạt 2.107 lần - Tuổi thọ điện số lần đóng cắt tải định mức.Thường tuổi thọ điện 1/5 hay 1/10 tuổi thọ khí 11 Tần số thao tác: Là số lần đóng cắt CTT cho phép 1h Tần số thao tác CTT bị hạn chế phát nóng tiếp hồ quang phát nóng cuộn dây dịng điện Tần số thao tác thường có cấp 30, 100, 120, 150; 300; 600; 1200; 1500 lần/h 12 Tính ổn định điện động: Nghĩa tiếp điểm CTT cho phép dòng điện lớn qua mà lực điện động sinh không phá huỷ mạch vòng dẫn điện Thường qui định dòng điện ổn định điện động 10Iđm 13 Tính ổn định nhiệt: Nghĩa có dịng điện ngắn mạch chạy qua thời gian cho phép, tiếp điểm không bị nóng chảy hàn dính an n va p ie gh tn to 2.5 Relay d oa nl w ll u nf va an lu oi m z gm @ 2.5.1 Relay gì? z at nh Hình 2.13 Relay m co l Relay hay gọi rơ – le tên gọi theo tiếng Pháp Nó cơng tắc (khóa K) điện từ vận hành dòng điện tương đối nhỏ bật tắt dịng điện lớn nhiều Bản chất relay nam châm điện hệ thống tiếp điểm đóng cắt có thiết kế module hóa giúp dễ dàng lắp đặt Điện áp dòng điện relay chuyển mạch khác nhiều so với tín hiệu sử dụng để kích hoạt cấp điện cho relay Nói tóm lại relay thiết bị thông dụng, gọn nhẹ, giá an Lu n va SVTH: Bùi Phúc Đại DCL2401 ac th GVHD: TS.Đoàn Hữu Chức Trang 60 si Chương Các thiết bị điện công nghiệp sử dụng dây chuyền SMT thành hợp với túi tiền Hiện chúng sử dụng rộng rãi đời sống ngày 2.5.2 Cấu tạo relay Về cấu tạo relay bao gồm cuộn dây kim loại làm đồng nhôm quấn quanh lõi sắt từ Bộ phận có phần tĩnh gọi ách từ (Yoke) Còn phần động gọi phần cứng (Armature) Phần cứng relay kết nối với tiếp điểm động Cuộn dây có tác dụng hút tiếp điểm lại để từ tạo thành trạng thái NO NC Nhiệm vụ mạch tiếp điểm (mạch lực) đóng cắt thiết bị tải với dòng điện nhỏ cách ly cuộn hút 2.5.3 Nguyên lý hoạt động relay lu Khi dịng điện chạy qua mạch thứ (1), kích hoạt nam châm điện Từ tạo từ trường để thu hút tiếp điểm (màu đỏ) Sau kích hoạt mạch thứ hai (2) Khi tắt nguồn, lò xo lắp trước vào tiếp điểm có nhiệm vụ kéo tiếp điểm trở lại vị trí ban đầu, tắt mạch thứ hai lại lần an n va p ie gh tn to d oa nl w an lu ll u nf va Bên hình ảnh cho thấy cách relay liên kết hai mạch với Ở bên trái, có mạch đầu vào cung cấp cơng tắc loại cảm biến Khi mạch kích hoạt cung cấp dịng điện cho nam châm điện, sau kéo cơng tắc kim loại đóng lại Từ kích hoạt mạch đầu thứ hai (ở phía bên phải) oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va SVTH: Bùi Phúc Đại DCL2401 ac th GVHD: TS.Đoàn Hữu Chức Trang 61 si Chương Các thiết bị điện công nghiệp sử dụng dây chuyền SMT 2.6 HMI lu an Hình 2.14 HMI n va 2.6.1 HMI gì? p ie gh tn to HMI từ viết tắt chữ tiếng Anh: Human- Machine- Interface, thiết bị để giao tiếp người vận hành máy móc Nói cách đơn giản hơn, cách để người ” giao tiếp” với máy móc thơng qua hình giao diện hình HMI 2.6.2 Chức HMI d oa nl w Phần cứng: - Màn hình: có chức cảm ứng để người vận hành máy chạm tay vào để điều khiển thao tác hình giống sử dụng điện thoại cảm ứng ngày Ngoài ra, hình HMI cịn hiển thị tín hiệu hoạt động máy móc thiết bị - Các phím bấm: để thực thao tác điều khiển - Chip: CPU hình - Bộ nhớ: ROM, RAM, EPROM/ PLASH,… Phần mềm: - Các công cụ xây dựng HMI - Các hàm lệnh để điều khiển - Phần mềm hệ thống - Công cụ kết nối, chương trình cài đặt - Các ứng dụng mơ ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va SVTH: Bùi Phúc Đại DCL2401 ac th GVHD: TS.Đoàn Hữu Chức Trang 62 si Chương Các thiết bị điện công nghiệp sử dụng dây chuyền SMT lu an va Hình 2.15 Ví dụ ứng dụng HMI n p ie gh tn to Cảm ứng máy rút tiền ATM hình HMI, số điều khiển máy giặt, lò viba hay bước hướng dẫn bảng điều khiển từ xa Tivi nhà bạn HMI Hơn nữa, điện thoại, máy tính bảng hay ipad mà bạn sử dụng gọi HMI theo nghĩa rộng 2.6.3 Các loại HMI có ưu nhược điểm sao? d oa nl w Do phát triển công nghệ thông tin công nghệ vi điện tử mà HMI ngày sử dụng thiết bị tối ưu so với trước Thiết bị HMI truyền thống - Nhập thông tin: công tắc chuyển mạch nút bấm - Xuất thơng tin: cịi, đèn báo, đồng hồ đo, tự ghi giấy Nhược điểm thiết bị HMI truyền thống: - Thông tin không đầy đủ thiếu xác - Độ tin cậy ổn định thấp - Khả lưu trữ thông tin bị hạn chế - Độ phức tạp cao khó để mở rộng hệ thống Thiết bị HMI đại - HMI PC WINDOWS/ MAC, SCADA, CITECT,… - HMI máy tính nhúng: HMI chuyên dụng, hệ điều hành Windows CE 6.0 - Ngồi cịn số loại HMI biến thể khác Mobile HMI dùng Palm, PoketPC Ưu điểm HMI đại - Thông tin kịp thời, đầy đủ xác - Dễ thay đổi, bổ sung thơng tin cần thiết - Hệ thống đơn giản, dễ mở rộng, dễ vận hành sửa chữa - Khả lưu trử thơng tin cao - Có khả kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị nhiều loại giao thức khác ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va SVTH: Bùi Phúc Đại DCL2401 ac th GVHD: TS.Đoàn Hữu Chức Trang 63 si Chương Các thiết bị điện công nghiệp sử dụng dây chuyền SMT 2.6.4 HMI ứng dụng đâu? lu an n va tn to Trong thời đại công nghệ 4.0 phát triển tất lĩnh vực Do HMI thiết bị khơng thể thiếu để góp phần ” tự động hóa” cơng đoạn quy trình sản xuất cách “thơng minh” “chính xác” Vì thế, HMI ứng dụng hầu hết lĩnh vực như: điện tử, dầu khí, điện nước, ô tô, xe máy dệt may,… p ie gh Trong cơng nghiệp HMI hình máy tính, để giám sát điều khiển Người vận hành nhân viên bảo trì giám sát máy từ HMI Đó bao gồm thơng tin như: nhiệt độ, áp suất, xử lý số liệu vật liệu Hoặc dùng để hiển thị mức chất lỏng, chất rắn bể chứa, Silo, tanks cơng nghiệp Ngồi HMI đại giám sát kiểm sốt nhiều máy móc thiết bị khác toàn nhà máy d oa nl w ll u nf va an lu 2.6.5 Cách HMI kết nối với máy móc oi m z at nh z m co l gm @ an Lu HMI sử dụng phần mềm đặc biệt để kỹ sư lập trình chúng cách xác Phần mềm cho phép kỹ sư thiết kế người vận hành nhìn thấy, theo n va SVTH: Bùi Phúc Đại DCL2401 ac th GVHD: TS.Đoàn Hữu Chức Trang 64 si Chương Các thiết bị điện công nghiệp sử dụng dây chuyền SMT dõi thao tác với máy hình Người lập trình HMI phải lập trình báo, nút bấm đến địa đầu vào đầu cụ thể PLC Các giao thức truyền thông phổ biến: Modbus, Ethernet/ IP Profibus Tất mạng công nghiệp, chuẩn thông dụng giao tiếp thiết bị với Các kỹ sư lập trình HMI để thực hầu hết chức thơng tin giám sát PLC Do đó, HMI PLC phối hợp với để giám sát điều khiển máy 2.7 PLC lu an n va p ie gh tn to nl w Hình 2.16 PLC oa 2.7.1 Khái niệm d 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 PLC dùng để thay mạch relay (rơ le) thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét trạng thái đầu đầu vào Khi có thay đổi đầu vào đầu thay đổi theo Ngơn ngữ lập trình PLC Ladder hay State Logic Hiện có nhiều hãng sản xuất PLC Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell… 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 ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ 2.7.2 PLC thay mạch Relay nào? an Lu Để khắc phục nhược điểm điều khiển dùng dây nối người ta chế tạo PLC nhằm thỏa mãn yêu cầu sau: - Đáng tin cậy môi trường công nghiệp - Giá phù hợp phải n va SVTH: Bùi Phúc Đại DCL2401 ac th GVHD: TS.Đoàn Hữu Chức Trang 65 si Chương Các thiết bị điện công nghiệp sử dụng dây chuyền SMT - Lập trình dễ dàng ngơn ngữ lập trình dễ đọc, dễ hiểu - Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản sửa chữa dễ dàng - Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình có cấu trúc phức tạp - Có thể giao tiếp tốt với thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối mạng hay mơi Module mở rộng Trong PLC phần cứng CPU chương trình đơn vị cho trình điều khiển xử lý hệ thống Chức mà điều khiển cần thực chương trình xác định Chương trình nạp sẵn vào nhớ PLC Và PLC thực việc quan trọng điều khiển dựa vào chương trình Như muốn thay đổi mở rộng chức quy trình cơng nghệ ta cần thay đổi chương trình bên nhớ PLC So với việc sử dụng dây nối hay Relay việc thay đổi hay mở rộng chức thực cách dễ dàng mà không cần can thiệp vật lý lu 2.7.3 Cấu trúc PLC an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu Hình 2.17 Cấu trúc PLC m oi Cấu trúc PLC bao gồm: RAM, ROM: Là nhớ chương trình bên Chúng ta thêm nhớ bên ngồi EPROM CPU: Là xử lý trung tâm có cổng giao tiếp dùng cho việc kết nối với PLC Các module Input - Output Tuy nhiên với PLC hồn chỉnh có thêm đơn vị lập trình tay máy tính Hầu hết đơn vị lập trình đơn giản hay phức tạp có đủ RAM để chứa đựng chương trình dạng hồn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình xách tay RAM thường loại CMOS có pin dự phịng Nếu chương trình kiểm tra sẵn sàng sử dụng truyền sang nhớ PLC Đối với PLC lớn thường lập trình máy tính nhằm mục đích hỗ trợ cho việc viết, đọc kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485… z at nh z m co l gm @ an Lu n va SVTH: Bùi Phúc Đại DCL2401 ac th GVHD: TS.Đoàn Hữu Chức Trang 66 si Chương Các thiết bị điện công nghiệp sử dụng dây chuyền SMT 2.7.4 Nguyên lý hoạt động PLC CPU điều khiển hoạt động bên PLC Bộ xử lý có nhiệm vụ đọc kiểm tra chương trình chứa nhớ Và sau thực thứ tự lệnh chương trình đóng hay ngắt đầu Các trạng thái ngõ phát tới thiết bị liên kết để thực thi Toàn hoạt động thực thi phụ thuộc nhiều vào chương trình điều khiển giữ nhớ lu an va Hình 2.18 Nguyên lý hoạt động PLC n p ie gh tn to Hệ thống Bus phận dùng để truyền tín hiệu Hệ thống bao gồm nhiều đường tín hiệu song song: Data Bus: Bus dùng để truyền liệu Address Bus: Bus địa dùng để truyền địa đến Modul khác Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền loại tín hiệu định điều khiển đồng hoạt động PLC Trong PLC số liệu trao đổi vi xử lý modul vào thông qua Data Bus Address Bus Data Bus bao gồm đường Ở thời điểm cho phép truyền bit byte cách đồng thời song song Nếu module đầu vào nhận địa Address Bus chuyển tất trạng 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 sau theo dõi chu trình hoạt động PLC d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh 2.7.5 Bộ nhớ PLC z PLC thường yêu cầu nhớ trường hợp sau: - Làm định thời cho kênh trạng thái I/O - Làm đệm trạng thái chức PLC ví dụ định thời, đếm, ghi Relay Mỗi lệnh chương trình có vị trí riêng nhớ Và tất vị trí nhớ đánh số thứ tự Những số địa nhớ Địa ô nhớ trỏ đến đếm địa bên vi xử lý Trước xử lý lệnh vi xử lý giá trị đếm lên Với địa nội dung ô nhớ tương ứng xuất đầu trình gọi trình đọc Bộ nhớ bên PLC tạo thành vi mạch bán dẫn Mỗi vi mạch có khả chứa trung bình từ 2.000 - 16.000 dịng m co l gm @ an Lu n va SVTH: Bùi Phúc Đại DCL2401 ac th GVHD: TS.Đoàn Hữu Chức Trang 67 si Chương Các thiết bị điện công nghiệp sử dụng dây chuyền SMT lệnh, tùy theo loại vi mạch Trong PLC nhớ RAM, EPROM sử dụng lu Hình 2.19 Bộ nhớ PLC an n va p ie gh tn to RAM (hay gọi Random Access Memory) Đây nhớ truy xuất ngẫu nhiên tương tự RAM máy tính hay laptop Chúng nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung vào lúc Nếu nguồn điện nuôi bị nội dung RAM bị Chính để tránh tình trạng PLC trang bị pin khô Chúng có khả cung cấp lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng vài năm Trong thực tế RAM dùng để khởi tạo kiểm tra chương trình Xu hướng dùng CMOS-RAM nhờ khả tiêu thụ thấp có tuổi thọ lớn nl w d oa EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) EPROM nhớ mà người sử dụng bình thường đọc khơng ghi nội dung vào Khi nguồn nội dung EPROM khơng bị mà gắn sẵn máy, nhà sản xuất nạp chứa hệ điều hành có sẵn Nếu người sử dụng khơng muốn mở rộng nhớ cần dùng thêm EPROM gắn bên PLC Trên Programer có sẵn chỗ ghi xóa EPROM EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) EEPROM có nhiệm vụ liên kết với truy xuất linh động RAM chúng có tính ổn định Một điểm nội dung xóa lập trình lại Tuy nhiên số lần lưu sửa nội dung có giới hạn định ll u nf va an lu oi m z at nh z Môi trường ghi liệu thứ tư Là đĩa cứng đĩa mềm, chùn sử dụng máy lập trình Do đĩa cứng đĩa mềm có dung lượng lớn nên chúng thường dùng để lưu chương trình lớn khoảng thời gian dài m co l gm @ an Lu Kích thước nhớ Các PLC loại nhỏ chứa trung bình từ 300 – 1.000 dịng lệnh tùy vào cơng nghệ chế tạo Các PLC loại lớn có kích thước trung bình từ 1K – 16K Và chúng có khả chứa từ 2.000 -16.000 dịng lệnh Ngồi cho phép gắn thêm nhớ mở rộng RAM hay EPROM n va SVTH: Bùi Phúc Đại DCL2401 ac th GVHD: TS.Đoàn Hữu Chức Trang 68 si Chương Các thiết bị điện công nghiệp sử dụng dây chuyền SMT 2.7.6 Vị trí PLC hệ thống điều khiển lu an n va gh tn to Hình 2.20 Vị trí PLC hệ thống điều khiển ie p Khối đầu vào: Bao gồm nút điều khiển, cơng tắc, loại cơng tắc hành trình đặt máy, loại cảm biến đo lường đặt dây chuyền sản xuất… Khối điều khiển gồm phần tử: Bao gồm loại rơle, đếm time, so sánh, mạch điện tử… Khối đầu ra: Bao gồm loại động cơ, loại van, thiết bị thị, thiết bị gia nhiệt… d oa nl w an lu ll u nf va 2.7.7 Các bước để lập trình PLC oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va Hình 2.21 Các bước lập trình PLC SVTH: Bùi Phúc Đại DCL2401 ac th GVHD: TS.Đoàn Hữu Chức Trang 69 si Chương Các thiết bị điện công nghiệp sử dụng dây chuyền SMT lu an n va p ie gh tn to Bước 1: Tìm hiểu kỹ yêu cầu công nghệ Bước 2: Liệt kê đầy đủ thông tin như: Cổng vào ra, cổng dự trữ Bên cạnh chọn PLC có số đầu vào lớn theo với yêu cầu Bước 3: Phân cổng vào cho PLC Bạn nên tuân thủ nguyên tắc để thuận tiện cho trình lập trình, theo dõi kiểm tra phát lỗi sau: Phân cổng vào theo chức yêu cầu đầu vào đếm tốc độ cao, đầu vào Analog hay đầu vào logic phải so với đầu vào chức PLC Bước 4: Dựng lưu đồ chương trình Bước 5: Dịch lưu đồ sang dạng giản đồ Bước 6: Lập trình theo giản đồ vào PLC Bước 7: Chạy mơ kiểm tra chương trình Phải tạo tập tín hiệu thử tương tự thực tế để đưa vào đầu vào PLC Xem kết đầu PLC phần mềm mô Nếu chương trình sai ta sửa chương trình quay lại thực bước Nếu chương trình tiếp tục chuyển sang bước Bước 8: Kết nối PLC với thiết bị thực Bước 9: Phải kiểm tra phần ghép nối theo sơ đồ nguyên lý Đảm bảo cho phần nguồn cấp thực đảm bảo điện áp nguồn cấp phải với sơ đồ nguyên lý Bước 10: Chạy toàn hệ thống theo bước sau: Đảm bảo chắn hệ thống nối Đảm bảo chắn hệ thống khí thuỷ lực khí nén chạy Chạy nhắp Chạy bán tự động Chạy tự động tồn hệ thống Nếu chương trình sai ta sửa chương trình quay lại với bước 10 Nếu chương trình chuyển sang bước 11 Bước 11: Bàn giao lưu trữ lại chương trình d oa nl w an lu 2.7.8 Các phương thức điều khiển PLC ll u nf va oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va Hình 2.22 Điều khiển kết nối phần cứng điều khiển khả trình SVTH: Bùi Phúc Đại DCL2401 ac th GVHD: TS.Đoàn Hữu Chức Trang 70 si Chương Các thiết bị điện công nghiệp sử dụng dây chuyền SMT lu an n va ie gh tn to Điều khiển logic Thời gian, đếm Chức điều khiển rơ le Điều khiển tự động, bán tự động tay Thay cho panel điều khiển mạch in Điều khiển liên tục Điều khiển PID, FUZY Điều khiển liên tục nhiệt độ, áp suất lưu lượng… Điều khiển biến tần Điều khiển động chấp hành động bước Khối đầu vào thêm khâu cảm biến tương tự, chiết áp… Khối đầu có thêm thiết bị tương tự ví dụ biến tần, động Servo, động bước… Khối điều khiển thêm khâu biến đổi A/D D/A… Thực phép toán số học logic Điều khiển tổng thể Ghép nối máy tính Ghép nối mạng tự động hóa Điều hành q trình có báo động Điều khiển tổng thể q trình Có nghĩa điều khiển q trình mối liên hệ với trình khác Tín hiệu vào cịn có thêm thông tin p 2.7.9 Các ưu nhược điểm PLC d oa nl w Ưu điểm - Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn Điều giúp thích hợp để lập trình cho nhiều ứng dụng khác - Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng việc sửa chữa, bảo quản thay - Độ tin cậy cao chuẩn hóa thiết bị - Thực thuật tốn địi hỏi phức tạp độ xác cao - Cấu trúc PLC dạng module cho phép dễ dàng thay mở rộng đầu vào/ra hay mở rộng chức khác - Khả chống nhiễu tốt hoàn toàn làm việc tin cậy môi trường công nghiệp - Giao tiếp với thiết bị thông minh khác như: Máy tính, cấc nối mạng truyền thơng thiết bị khác - Sử dụng tốt môi trường khắc nghiệt nhiệt độ, độ ẩm cao, dòng điện dao động… Nhược điểm - Giá thành phần cứng cao: Vì loại thiết bị cơng nghệ cao, tự động hóa cao nên giá thành cao nhiều so thiết bị rơ le ON/OFF thông thường Tuy nhiên PLC ngày phổ biến nên giá thành mà giảm đáng kể Có thể kể đến dịng PLC Mitsubishi PLC Delta có mức giá thành vô phải - Một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình: Các loại PLC hãng thiết kế riêng Vì nên chúng có khác biệt khâu lập trình hệ thống Mỗi số hãng ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va SVTH: Bùi Phúc Đại DCL2401 ac th GVHD: TS.Đoàn Hữu Chức Trang 71 si Chương Các thiết bị điện công nghiệp sử dụng dây chuyền SMT kèm theo phần mềm riêng Tuy nhiên có số hãng bán kèm để sử dụng - Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chun mơn cao: Hầu hết người biết cách sử dụng PLC phải đào tạo Họ phải trang bị kiến thức liên quan đến PLC nhiều hãng khác Bởi hãng có phần mềm lập trình riêng Chính họ phải nhiều thời gian để nắm rõ đặc điểm hãng Nếu chuyên môn không cao dẫn đến việc lập trình sai Từ gây hư hỏng tổn thất trang thiết bị cố nghiêm trọng 2.7.10 Những ứng dụng thực tế PLC lu an n va p ie gh tn to Những loại máy móc nhỏ đóng gói, băng tải sử dụng số dịng PLC kinh tế có in/out với thiết kế nhỏ gọn giá thành cạnh tranh Đặc điểm loại PLC tích hợp đầy đủ tính cần thiết để linh hoạt sử dụng cho nhiều ứng dụng khác Đối với hệ thống lớn cần có điều khiển phức tạp ví dụ dây chuyền xử lý nước thải, nhà máy xi măng có dịng PLC thiết kế dạng module tùy theo nhu cầu Ngồi PLC cịn ứng dụng cho nhiều hệ thống đèn giao thơng, tịa nhà thơng minh Đặc biệt phát triển nơng nghiệp PLC ứng dụng nhiều để giúp đại hóa q trình sản xuất nơng nghiệp nước ta d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va SVTH: Bùi Phúc Đại DCL2401 ac th GVHD: TS.Đoàn Hữu Chức Trang 72 si