Giáo trình lắp đặt, vận hành và điều khiển hệ thống cơ điện tử 1 (nghề cơ điện tử trình độ cao đẳng) trường cao đẳng nghề ninh thuận

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH NINH THUẬN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ NINH THUẬN - GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN 31: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ- ngày tháng năm 2019 Trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận) Ninh Thuận, năm 2019 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI NĨI ĐẦU Trong chương trình đào tạo trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề thực hành nghề giữ vị trí quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần giáo trình nội bộ, mang tính khoa học đáp ứng với yêu cầu thực tế Nội dung giáo trình “LẮP ĐẶT VẬN HÀNH HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ” xây dựng sở kế thừa nội dung giảng dạy trường, kết hợp với nội dung nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, Giáo trình nội nhà giáo có nhiều kinh nghiệm nhiều năm làm cơng tác ngành đào tạo chun nghiệp Giáo trình biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập nội dung bản, cốt yếu để tùy theo tính chất ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp khơng trái với quy định chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề Tuy tác giả có nhiều cố gắng biên soạn, giáo trình chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận tham gia đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp chuyên gia kỹ thuật đầu ngành Xin trân trọng cảm ơn! MỤC LỤC 1.1 Giới thiệu trạm Cấp phôi 18 1.2 Nội dung đào tạo .19 1.3 Thông số kỹ thuật 20 1.4 An toàn vận hành 20 1.5 Vận hành 21 2.1 Bàn thí nghiệm 22 2 Tấm nhơm có rãnh 22 Bảng điều khiển 22 Module tay xoay .23 Module cấp phôi .23 Hiệu chỉnh cảm biến 23 PHÂN TÍCH VẬN HÀNH TRẠM CẤP PHƠI 28 a Phân tích – nhận dạng thiết bị 28 b Phân tích – Nối cáp 31 c Phân tích – Địa cổng xuất/nhập 33 d Phân tích – Địa cổng nhập/xuất mở rộng 36 CẤU TRÚC PLC S7-300 VÀ TẬP LỆNH CĂN BẢN 36 a Tổng quan PLC S7-300 36 b Cấu trúc tập lệnh, vùng nhớ, ngôn ngữ lập trình 44 c Các kiểu số học PLC S7-300 46 d Các tập lệnh Bit logic 48 e Giải thuật lập trình Graph 52 CÁC TẬP LỆNH SO SÁNH, COUNTER, TIMER 53 a Lệnh nạp truyền liệu .53 b Các tập lệnh Timer .53 c Các tập lệnh so sánh số học 58 d Các tập lệnh Counter 58 Lập kế hoạch .60 e Vận hành – Hiệu chỉnh trạm 63 f Vận hành – Hiệu chỉnh trạm mở rộng .66 g Vận hành – Nạp chương trình chạy thử .68 Bàn thí nghiệm 77 Bàn thí nghiệm thiết kế dạng tủ đứng có bánh xe để di chuyển tay cầm để nâng hạ, với kích thướt 700 * 700 * 350 mm 77 2 Tấm nhơm có rãnh 77 Bảng điều khiển 78 Module nâng hạ 78 Module kiểm tra 79 Module nhận dạng 79 Module máng trượt .80 5.1 Cảm biến khuyếch tán (Giá giữ phôi, phát chi tiết phôi) 91 Hiệu chỉnh valve tiết lưu .95 Hiệu chỉnh khí 95 a Các kiểu số học PLC S7-300 99 9.1 Vận hành 101 9.2 Vận hành – Hiệu chỉnh trạm 102 9.3 Vận hành – Hiệu chỉnh trạm mở rộng .105 3.1 Bàn thí nghiệm 109 3.2 Tấm nhơm có rãnh 109 3.3 Bảng điều khiển 109 3.4 Module kiểm tra 110 3.5 Module bàn quay phân độ .110 3.6 Module kẹp .111 3.7 Module khoan 111 3.8 Module gạt 112 Hiệu chỉnh valve tiết lưu 115 a Phân tích – nhận dạng thiết bị 116 b Phân tích – Nối cáp 117 c Phân tích – Địa cổng xuất/nhập 121 d Phân tích – Địa cổng nhập/xuất mở rộng 123 e Vận hành – Hiệu chỉnh trạm 126 f Vận hành – Hiệu chỉnh trạm mở rộng .128 g Vận hành – Nạp chương trình chạy thử .130 Bàn thí nghiệm 136 Tấm nhơm có rãnh 136 Bảng điều khiển 136 Mô đun băng chuyền trung gian 137 Module gạt 137 Hiệu chỉnh cảm biến 137 10 Hiệu chỉnh khí 137 11 Nối cáp 138 12 Nối ống khí nén 138 13 Cấp nguồn điện 139 14 Nạp chương trình cho PLC .139 a Lập trình điều khiển trạm di chuyển vị trí gốc 144 b Lập trình điều khiển băng tải 145 c Lập trình điều khiển phận tách 145 d Lập trình điều khiển trạm vận hành theo qui trình (đơn giản) 145 e Lập trình điều khiển trạm vận hành theo qui trình (tồn qui trình) 146 LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ BÀI 1: TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN Mục tiêu: - Mơ tả tính chất ứng dụng cảm biến - Tìm kiếm thơng tin từ tài liệu kỹ thuật, vẽ, internet áp dụng vào công việc - Lựa chọn cảm biến tương tự số cho ứng dụng cụ thể - Đọc vẽ vẽ kỹ thuật có sử dụng cảm biến - Lập trình điều khiển sử dụng cảm biến cho tín hiệu tương tự - Nạp chương trình kiểm tra hoạt động - Chủ động, sáng tạo an tồn q trình học tập Phát vật thể cảm biến từ tiệm cận Cảm biến tiệm cận cảm ứng từ (Inductive proximity sensor) Nguyên lý hoạt động ký hiệu sơ đồ mạch điện sensor cảm ứng từ K ý hi ệ u Các đặc trưng cảm biến cảm ứng từ: - Đối tượng phát hiện: Kim loại sắt từ - Khoảng cách phát hiện: 0,8 – 10mm, ( loại có độ nhạy cao max 250mm) - Điện áp cung cấp: 10-30 VDC - Dòng điện cung cấp tải: 75 - 400mA Nguyên lý hoạt động: Khi vật thể kim loại đưa vào vùng tác dụng sensor, dịng điện xốy xuất vật thể, làm suy giảm lượng tạo dao động(Oscillator) Điều dẫn đến thay đổi dòng điện tiêu thụ sensor Như vậy, hai trạng thái: suy giảm không suy giảm dòng điện tiêu thụ sensor dẫn đến chuyển trạng thái “có” hay “khơng” mức xung điện áp Xem sơ đồ nguyên lý mạch điện tử cảm biến cảm ứng từ Sơ đồ nguyên lý cảm biến cảm ứng từ 2.7 Cảm biến tiệm cận điện dung ( capacitive proximity sensor) Ký hiệu Kí hiệu sơ đồ nguyên lý Nguyên lý làm việc (hình 4.12): - Cảm biến điện dung phát vật thể làm vật liệu ( kim loại, đá, gỗ , nước ) - Khi vật thể dẫn vào vùng tác dụng cảm biến, điện dung tụ điện ( hình thành vật thể cực cảm biến) thay đổi Điện dung tham gia mạch cộng hưởng RC cảm biến Trang thái cộng hưởng thay đổi dẫn đến thay đổi dòng điện tiêu thụ cảm biến tương ứng với “có” hay “ khơng có” vật thể vùng phát cảm biến 2.8 Cảm biến tiệm cận quang (Optical proximity sensors) Ký hiệu Hình 4.13 Kí hiệu sơ đồ ngun lí Ngun lý làm việc : Bộ phận phát phát tia hồng ngoại điôt phát quang, gặp vật chắn, tia hồng ngoại phản hồi lại phận nhận Như phận nhận, tia hồng ngoại phản hồi tín hiệu kích thích tạo nên tín hiệu Phát vật thể cảm biến từ trường 10 - Theo dõi thông số kỹ thuật - Nối nguồn khí nén vào lọc - Chỉnh áp suất khí cấp cho trạm giá trị bar (600 Kpa) 13.Cấp nguồn điện  Điện - Lắp đặt hệ thống dây tín hiệu cảm biến - Lắp đặt hệ thống dây tín hiệu valve điện khí nén 14.Nạp chương trình cho PLC Nạp chương trình mẫu (sẵn có) Cài đặt cáp PC Adapter giao tiếp PC PLC Với việc thiết lập này, giúp ta thiết lập kiểu kết nối giao tiếp thiết bị lập trình (PC) điều khiển logic khả trình (PLC) Khi Set PG/PC Interfaces lần đầu tiên, ta phải cài đặt module giao tiếp sau:  Chọn loại module thích hợp  Click chọn Set giao diện PG/PC Trong hộp thoại Set PG/PC Interfaces ta chọn loại card phù hợp chuẩn giao tiếp hệ thống mạng click vào nút Properties… Hộp thoại Properties - PC Adapter ra, ta thiết lập thông số giao tiếp cần thiết như: địa chỉ, tốc độ truyền,… 142 Các bước tạo Project: Ở phần trình bày cách xây dựng cấu hình phần cứng cho trạm PLC Cịn việc lập trình cho STEP 7, ta tham khảo tài liệu kèm theo phần mềm Siemens cung cấp - Chọn Start Simatic Simatic Manager, ta vào hình Simatic Manager - Để khai báo Project mới, từ hình Simatic Manager ta chọn File New kích chuột vào biểu tượng “New Project/ Library” Sau khai báo tên cho Project, nơi lưu trữ Project Xây dựng cấu hình phần cứng cho trạm PLC Sau bạn khai báo Project bước ta xây dựng cấu hình cứng cho trạm PLC Việc xây dựng cấu hình cứng cho trạm PLC cần thiết Vì lúc ta bật nguồn PLC, hệ điều hành S7-300 kiểm tra module có trạm so sánh với cấu hình mà ta xây dựng Nếu phát thấy có khơng đồng phát tín hiệu báo ngắt lỗi thiếu module không cần phải đợi tới thực chương trình ứng dụng - Để khai báo cấu hình cứng cho trạm PLC vào Insert  Station  Simatic 300 Station: Kha i báo trạm PLC S7300 Cách khai báo trạm PLC Sau chèn Station vào, thư mục Project ta khơng cịn rỗng có tên mặc định SIMATIC 300, ta đổi tên mặc định này: 143 Project sau chèn Hardware Để khai báo cấu hình phần cứng, ta double_click vào biểu tượng Hardware Lúc hình có dạng sau: Màn hình khai báo phần cứng Click chuột bung thư mục SIMATIC 300 cửa sổ bên phải Tiếp tục bung thư mục Rack-300, sau kéo thư mục Rail nửa cửa sổ bên phải vào nửa cửa sổ bên trái : 144 Màn hình khai báo Rail Lúc hình ta sau: Màn hình sau khai báo Rail Bước kéo thành phần nửa cửa sổ bên phải( cửa sổ Hardware Catalog) bỏ vào cửa sổ bên trái Chú ý thành phần phải tương thích với cấu hình thật trạm PLC có 145 Khai báo cấu hình phần cứng Rack Sau khai báo cấu hình phần cứng xong, click vào nút complier để biên dịch, khơng có lỗi xuất click vào nút Download để đổ phần cứng xuống trạm PLC - Bộ điều khiển PLC với CPU 313C module truyền thơng Ethernet, cấu hình lập trình cho PLC dùng phần mềm Simatic Manager V5.1 cao - Nối cáp lập trình PLC Adapter PC PLC - Cấp nguồn điện cho PLC - Nhả nút EMERGENCY-STOP (nếu dùng) - Đặt công tắc điều khiển chế độ PLC sang vị trí Stop - Khởi động phần mềm lập trình PLC - Chọn project chọn tên trạm - Nạp chương trình xuống PLC - Chuyển công tắc PLC sang chế độ RUN 146 Chú ý: ta đặt thành phần cửa sổ bên phải vào cửa sổ bên trái cách tuỳ tiện khơng theo thứ tự Thường thành phần đặt vào Slot cửa sổ bên trái theo thứ tự sau: - Slot 1: sử dụng đặt modul nguồn - Slot 2: sử dụng đặt modul CPU - Slot 3: thông thường để rỗng - Slot tới Slot 11: dùng cho module truyền thông xử lý( modul xuất, modul nhập, modul vào tương tự…) Hình 3.13 Thứ tự xếp Slot Rack Viết chương trình a Lập trình điều khiển trạm di chuyển vị trí gốc Vị trí gốc :  Băng tải trạng thái dừng  Bộ phận tách  Khơng có chi tiếc phơi băng tải Mơ tả quy trình: Nhấn nút Reset hệ thống quay vị trí gốc:  Băng tải trạng thái dừng 147  Bộ phận tách  Không có chi tiết phơi băng tải b Lập trình điều khiển băng tải Mơ tả quy trình:  Nhấn nút START: Băng tải di chuyển phơi phía phận tách phôi Sau 5s băng tải dừng  Nhấn nút STOP: Băng tải dừng ( nút STOP nhấn lúc nào) c Lập trình điều khiển phận tách Mơ tả quy trình:  Nhấn nút START: Bộ phận tách rút Sau 3s phận tách  Nhấn nút STOP: Bộ phận tách (nút STOP nhấn lúc nào) d Lập trình điều khiển trạm vận hành theo qui trình (đơn giản) Mơ tả quy trình: Nhấn nút START: Đèn Start sáng  Hệ thống trạng thái sẵn sàng  Đặt chi tiết phôi vào đầu băng tải  Băng tải di chuyển chi tiết phơi đến vị trí phận tách  Khi chi tiết phôi đến phận tách- phận tách rút  Sau 500ms phận tách ( cho phép phôi di chuyển cuối băng tải )  Sau chi tiết phôi khỏi băng tải – băng tải dừng  Tiếp tục với chu trình ( nhấn START ) Nhấn nút Stop hệ thống dừng lại Giản đồ Grafcet: 148 e Lập trình điều khiển trạm vận hành theo qui trình (tồn qui trình) Mơ tả quy trình: Nhấn nút Reset, hệ thống vị trí gốc Nhấn nút Start, đèn Start sáng Phát phôi đầu băng tải, băng tải di chuyển phơi đến vị trí phận tách Khi đến vị trí phận tách – phận tách rút Sau 500 ms, phận tách (cho phép phôi di chuyển cuối băng tải) Sau chi tiết khỏi băng tải – băng tải dừng Hệ thống tiếp tục quy trình có phơi phát đầu băng tải 149 Nhấn nút Stop hệ thống dừng lại Giản đồ Grafcet: 10 Vận hành kiểm tra Điều kiện tiên quyết: - Chương trình PLC download xuống trạm - Máy tính khởi động Runtime WinCC kết nối mạng PROFIBUS PLC đến máy tính (nếu sử dụng) 150 ** Khi hoạt động với 02 trạm trở lên, ta khởi động từ trạm sau đến trạm trước Mở nguồn điện, khí nén (6 bar) Khởi động PLC Lấy hết phôi khỏi trạm Đèn báo RESET sáng, nhấn nút RESET bảng điều khiển Đèn báo START sáng, nhấn nút START bảng điều khiển Nhấn nút STOP trạm ngừng hoạt động Bảng tóm tắt chức đèn báo Trạm Trung Gian Đèn Q1 Đèn Q2 Đèn Q1 + Q2 11 Tìm sửa lỗi Điều kiện tiên cho khởi động:  Khơng có chi tiết phơi băng tải Vị trí ban đầu:  Bộ tách phôi mở  Động băng tải dừng Chu trình: 1) Động băng tải chạy chi tiết phôi phát Chi tiết phôi vận chuyển đến phân tách 2) Khi chi tiết phôi phát cảm biến quang điện động băng tải dừng 3) Bộ phân tách đảo chiều trạm Trạm Trung Gian báo tín hiệu sẵn sàng động băng tải chạy, chi tiết phôi vận chuyển đển trạm 4) Động băng tải ngắt chi tiết phôi qua khỏi cảm biến cuối băng tải phân tách trở trạng thái ban đầu 12 Đánh giá 151 - Mô tả cấu trúc nguyên lý hoạt động hệ thống điện tử sử dụng phần tử thủy lực, khí nén động điện cảm biến, điều khiển giao tiếp - Phân tích chức hoạt động, đặc biệt chu trình làm việc điều kiện logic quy trình tự động hóa - Đọc vẽ kỹ thuật, đặc biệt vẽ lắp ráp; phân tích vẽ biểu đồ bước hành trình, loại sơ đồ mạch ( mạch điện, thủy lực, khí nén,…) hệ thống điện tử - Sử dụng cơng cụ lập trình, loại PLC thiết bị ngoại vi công nghiệp - Thiết lập cấu hình cứng PLC - Hiểu chương trình điều khiển ứng dụng soạn thảo với ngơn ngữ lập trình PLC theo tiêu chuẩn IEEC 1131-3 Có khả can thiệp, chỉnh sửa soạn thảo chương trình đơn giản ngơn ngữ lập trình - Xác định bước cần thiết để thực công việc lắp đặt, đấu nối cho hệ thống điện tử điều khiển PLC Kỹ năng: - Tháo, lắp phận/ phần tử hệ thống điện tử thay hiệu chỉnh phần tử - Tháo, lắp van, phần tử điện - Nạp chương trình vào PLC thử nghiệm, vận hành hệ thống điện tử - Khắc phục lỗi phần tử khí, điện phần mềm hệ thống điện tử - Tiêu chuẩn kỹ thuật; - Thực thao tác; - Định mức thời gian; - Tổ chức nơi làm việc; - An toàn lao động Thái độ: - Cẩn thận, nghiêm túc tháo, lắp, vận hành - Tuân thủ qui định an toàn - Biểu lộ tinh thần trách nhiệm hợp tác trình làm việc 152 153 Bài 8: Ứng dụng Bus trường hệ thống điện tử - Phân tích kết nối hệ thống - Mô tả cấu trúc nguyên lý hoạt động ứng dụng phần tử chuyển động khí nén điện sử dụng hệ thống - Xác định thông số cần trao đổi - Kết nối trạm điện tử sử dụng cable nối - Mô tả hoạt động loại mạng ( AS-I, Profibus, Ethernet, CAN) - Lắp ráp loại mạng - Lập trình điều khiển hệ thống điện tử sử dụng loại mạng - Cài đặt mạng cho trạm điện tử - Nạp chương trình có sẵn vào PLC chạy thử - Khắc phục lỗi phần tử khí, điện phần mềm hệ thống điện tử - Chủ động, sáng tạo an toàn trình học tập Kết hợp trạm thành hệ thống Yêu cầu trao đổi thông tin trạm Truyền thông I/O 154 Nguyên lý fieldbus Lắp ráp ví dụ trạm fieldbus Lập trình cho trạm ví dụ mạng fieldbus Thiết kế xây dựng hệ thống mạng Vận hành hệ thống mạng với chương trình có sẵn Vận hành sửa lỗi hệ thống  Điện: - Khi lắp đặt hay tháo đầu nối điện phải ngắt nguồn điện - Sử dụng điện áp 24VDC  PLC - Chỉ tháo lắp cáp kết nối PLC với máy tính ngắt nguồn điện cho PLC - Khi Download Upload chương trình từ máy tính khơng ngắt nguồn PLC  Cơ khí: - Khơng can thiệp tay cấu dừng hoạt động hoàn toàn - Các cấu lắp đặt với 02 đai ốc nhôm có rãnh, đai ốc có miếng đệm  Khí nén: - Khơng vượt q áp suất cho phép bar (800 kPa) - Không bật nguồn khí nén hồn thành lắp ráp tất đầu nối khí - Khơng tháo đường ống dẫn khí có áp suất - Đặc biệt ý cẩn thận bật công tắc nguồn khí nén, xylanh khí nén co vào gây nguy hiểm Bài 9: Vận hành, giám sát điều khiển qua hình ảnh - Phận tích chức hoạt động, đặc biệt chu trình làm việc điều kiện logic quy trình tự động hóa - Vẽ biểu đồ chu trình hoạt động - Vận hành phần mềm giám sát hình ảnh - Khắc phục lỗi hệ thống điện tử có sử dụng trợ giúp từ phần mềm giám sát hình ảnh 155 - Chủ động, sáng tạo an toàn q trình học tập Phân tích q trình hoạt động hệ thống điện tử Vẽ biểu đồ chu trình hoạt động Minh họa trình giám sát hình ảnh Vận hành hệ thống có giám sát hình ảnh Sửa lỗi hệ thống có trợ giúp giám sát hình ảnh Kiểm tra kết thúc mô đun 156