GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ CẦU TRỤC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ
1.1.1 Giới thiệu chung về cầu trục
Cầu trục là thiết bị quan trọng được sử dụng để nâng hạ và vận chuyển hàng hóa trong các công trường xây dựng, nhà máy công nghiệp luyện kim, cơ khí lắp ráp và cảng biển.
Cầu trục vận chuyển được dùng rộng rãi với yêu cầu chính xác không cao.
Cần trục lắp ráp dùng nhiều trong các nhà máy cơ khí ghép các chi tiết máy móc với yêu cầu chính xác cao.
Hình 1.1 Cầu trục SAFETY FIRST
Cầu trục rải liệu thuộc loại cầu trục vận chuyển, có khả năng di chuyển theo hai phương: ngang và thẳng đứng Hệ thống truyền động được lắp đặt trên cầu trục giúp thực hiện các chuyển động này.
Chế độ làm việc của cơ cấu trục được xác định dựa trên yêu cầu của quá trình công nghệ và chức năng của cần trục trong dây chuyền sản xuất Thông thường, các thiết bị điện cần trục hoạt động theo chế độ ngắn hạn lặp lại và dễ bị ảnh hưởng.
6 quá tải tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy, hãm và đảo chiều,
Từ những đặc điểm của hệ cần trục nói chung, có thể đưa ra các yêu cầu công nghệ cơ bản của hệ thống cần trục rải liệu:
Hệ điều khiển tự động cần có sơ đồ cấu trúc đơn giản với các phần tử cấu thành đáng tin cậy, dễ thay thế và có cấu tạo đơn giản Điện áp cung cấp cho lưới điện cần trục không vượt quá 500V xoay chiều, thường sử dụng mạng điện khoảng 380V.
Cần trục cần được bảo vệ chống quá tải và ngăn mạch bằng rơle dòng điện cực đại, không sử dụng rơle nhiệt và cầu chì trong mạch động lực Để ngăn chặn động cơ tự khởi động khi điện áp phục hồi, cần lắp đặt thiết bị bảo vệ điện áp cực tiểu.
Quá trình khởi động máy được thực hiện theo trình tự đã được xác định trước, với sơ đồ điều khiển chung cho cả hai động cơ Cần đảm bảo rằng liệu được rải ở chế độ thấp và dừng chính xác tại vị trí rải và nạp liệu Để bảo vệ an toàn cho người vận hành và thiết bị, sơ đồ điều khiển phải bao gồm các công tắc hành trình nhằm hạn chế chuyển động của cơ cấu khi vượt quá giới hạn cho phép.
Khi có sự cố, phải có khả năng điều chỉnh hệ thống về vị trí ban đầu để chuẩn bị tiến hành một chu trình làm việc mới.
Các bộ phận chuyển động của cần trục cần được trang bị phanh hãm điện từ để duy trì an toàn khi dừng động cơ hoặc khi xảy ra mất điện Việc đảm bảo mối liên hệ chặt chẽ giữa động cơ và phanh hãm là rất quan trọng Trong trường hợp mất điện, phanh hãm phải có khả năng giữ cho truyền động dừng lại ở vị trí làm việc hiện tại.
Các khí cụ và thiết bị điện trong hệ thống điều khiển cần đảm bảo độ tin cậy trong mọi điều kiện môi trường để nâng cao năng suất và đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.
Một số loại cầu trục được sử dujnh phổ biến hiện nay:
Cầu trục cho cầu cảng: Với sức nâng hàng hóa lớn
Cầu trục phòng nổ: Cho các nhà máy gas,khí, hầm lò than,
Cầu trục thủy điện: Phục vụ quá trình vận hành và làm việc khi lắp đặt sửa chữa thay thế tua bin máy phát, trạm nguồn,
Cầu trục luyện kim: Cầu trục làm việc trong các phân xưởng luyện kim có nhiệt độ rất cao
Cầu trục gầu ngoạm: Cầu trục có móc cẩu dạng gầu ngoạm chuyên dụng để bốc vật liệu rời (than, cát )
Cầu trục mâm từ: Cầu trục có móc cẩu là các cụm nam châm điện chuyên dùng để bốc thép tấm,
1.1.2 Giới thiệu chung về PLC S7-1200
Bộ điều khiển PLC S7-1200 là giải pháp lý tưởng cho hệ thống tự động hóa nhỏ và vừa, với thiết kế nhỏ gọn và khả năng mở rộng linh hoạt Sản phẩm này hỗ trợ mạnh mẽ về tập lệnh, giúp người dùng dễ dàng điều khiển và lựa chọn ứng dụng phù hợp.
CPU của PLC S7-1200 tích hợp vi xử lý, bộ nguồn, tín hiệu đầu vào/ra và thiết kế PROFINET, cùng với bộ đếm tốc độ cao và điều khiển vị trí, tạo nên một bộ điều khiển nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ Sau khi tải chương trình, CPU duy trì các logic cần thiết để giám sát và kiểm soát thiết bị trong ứng dụng Nó theo dõi ngõ vào và biến đổi ngõ ra dựa trên logic chương trình, bao gồm các phép toán logic Boolean, bộ đếm, bộ định thì, phép toán phức tạp và giao tiếp với thiết bị thông minh khác.
PLC S7-1200 được trang bị cổng PROFINET cho phép truyền thông mạng PROFINET Bên cạnh đó, thiết bị này cũng hỗ trợ truyền thông qua các giao thức PROFIBUS, GPRS, RS485 và RS232 thông qua các module mở rộng.
Hình 1.2 Cấu tạo của bộ điều khiển Siemen S7-1200
Hiện nay, PLC S7-1200 cung cấp nhiều dòng CPU đa dạng như CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C và CPU 1217C Người dùng có thể lựa chọn giữa các nguồn điện áp AC/DC và các tín hiệu đầu vào/ra relay/DC, mang lại sự linh hoạt trong việc sử dụng.
Tùy thuộc vào ứng dụng và chương trình mà người dùng chọn, việc lựa chọn CPU phù hợp với cấu hình hệ thống và giá thành là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho hệ thống.
1.1.3 Giới thiệu chung về HMI
HMI, viết tắt của Human-Machine Interface, là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc Mọi hình thức giao tiếp giữa con người và máy qua màn hình giao diện đều được coi là HMI Thiết bị này cho phép trao đổi thông số và thao tác theo cách tương tác hai chiều, nhằm giám sát chặt chẽ quá trình hoạt động của hệ thống HMI có giao diện đồ họa, mang lại cái nhìn trực quan về tình trạng của hệ thống cho người dùng.
Hình 1.3 Bảng điều khiển HMI.
Trong ngành công nghiệp, HMI (Human-Machine Interface) thường được tích hợp với PLC (Bộ điều khiển logic khả trình) để điều khiển và vận hành dây chuyền máy móc hiệu quả Sự kết hợp này giúp nâng cao khả năng giám sát và điều khiển quy trình sản xuất, mang lại lợi ích lớn cho các nhà máy.
Hình 1.4 Sự kết hợp của HMI với PLC trong công nghiệp
Cùng với sự phát triển của Công nghệ thông tin và Công nghệ Vi điện tử, HMI ngày nay sử dụng các thiết bị tính toán mạnh mẽ.
HMI hiện đại chia làm 2 loại chính:
HMI trên nền PC và Windows/MAC: SCADA, Citect
HMI trên nền nhúng: HMI chuyên dụng, hệ điều hành là Windows CE 6.0
Ngoài ra còn có 1 số loại HMI biến thể khác MobileHMI dùng Palm, PokectPC Ưu điểm khi sử dụng HMI:
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Bài toán: Cho sơ đồ công nghệ:
Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ
Trong đó A,B,C,D,E,F là công tắc hành trình Quá trình T,P,L,X được điều
11 khiển bởi 2 động cơ 3 pha không đồng bộ roto lồng sóc.
Khi m tác động, quá trình bắt đầu đi lên lần thứ nhất, quá trình L đi lần thứ nhất kết thúc đồng thời tác động vào công tắc hành trình B.
CTHT B đã hoàn tất quá trình lên lần thức nhất, đồng thời khởi động quá trình chuyển sang P Quá trình chuyển sang phải được thực hiện song song với việc tác động đến CTHT C.
CTHT C có tín hiệu kết thúc quá trình đi sang phải đồng thời quá trình đi
X lần thứ nhất được thực hiện Quá trình đi xuống lần thứ nhất kết thúc đồng thời tác động CTHT D.
CTHT D đã hoàn tất quá trình giảm lần đầu tiên, đồng thời khởi động quá trình tăng lần thứ hai Quá trình tăng lần thứ hai đã kết thúc, đồng thời tác động đến CTHT E.
CTHT E có tín hiệu kết thúc quá tình đi lên lần thứ 2 đồng thời quá trình đi
X lần thứ 2 được thực hiện Quá trình đi xuống lần thứ 2 kết thúc đồng thời tác động vào CTHT C lần thứ 2.
CTHT C lần thứ 2 đã nhận được tín hiệu kết thúc quá trình đi xuống và đồng thời thực hiện quá trình chuyển sang T Kết thúc quá trình đi sang trái cũng tác động đến CTHT B lần thứ 2.
CTHT B lần thứ 2 đã nhận tín hiệu kết thúc quá trình sang trái, trong khi đó quá trình đi L lần thứ 3 được thực hiện Đồng thời, quá trình đi lên lần thứ 3 cũng đã kết thúc và tác động vào CTHT F.
CTHT F đã nhận tín hiệu kết thúc quá trình đi lên lần thứ 3, đồng thời quá trình đi X lần thứ 3 cũng được thực hiện Bên cạnh đó, quá trình đi xuống lần thứ 3 đã kết thúc và tác động vào CTHT A.
CTHT A nhận được tín hiệu kết thúc quá trình đi xuống lần thứ 3 đồng thời quá trình đi L lại được bắt đầu lặp lại quá trình ban đầu.
Bài toán này đặc biệt ở chỗ hai công tắc hành trình B và C bị tác động nhiều lần Chúng ta cần tìm cách phân biệt các lần tác động vào công tắc B và C để tránh nhầm lẫn, giúp thiết bị nhận diện chính xác.
TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN THIẾT BỊ
TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐỘNG LỰC
Sơ đồ nguyên lí mạch động lực:
Hình 2.1 Sơ đồ mạch động lực
2.1.1 Chọn động cơ Động cơ điện 3 pha không đồng bộ là:
Động cơ điện dùng để biến đổi điên năng thành cơ năng.
Làm việc theo nguyên lí cảm ứng điện từ.
Có tốc độ quay của roto chậm hơn so với tốc độ quay của stator.
Theo kết cấu của roto người ta phân thành 2 loại:
Động cơ 3 pha không đồng bộ roto lồng sóc.
Động cơ 3 pha không đồng bộ roto dây cuốn.
Theo yêu cầu công nghệ của đề tài, trong đồ án này em sẽ sử dụng động cơ điên 3 pha không đồng bộ roto lồng sóc.
Hình 2.2: Động cơ điện 3 pha không đồng bộ roto lồng sóc.
Thông tin về động cơ:
Hãng sản xuất: công ty chế tạo máy Việt nam-Hungari(VIHEM)
Kiểu Công suất Tốc độ
Hệ số công suất cos 𝜑
Tỉ số mome n cực đại 𝑀
Tỉ số momen khởi động 𝑀𝑘đ
Tỉ số dòng khởi 𝐼𝑘đ động 𝐼𝑑𝑑
Bảng 2.1 Thông số của động cơ
Aptomat là thiết bị đóng ngắt mạch điện Chúng có công dụng bảo vệ mạch điện khi quá tải, ngắn mạch, sụt áp…
Theo các thông số của động cơ ta đã chọn ở trên ta có I đm =7,9A Vậy I tt cho 1 động cơ sẽ là: I tt =1,4 ×17,9 = 11,06A
Nên ta chọn Aptomat 3 pha có dòng định mức I ap A, dòng cắt 10KA là phù hợp.
Cầu chì là thiết bị điện quan trọng, giúp bảo vệ các thiết bị và lưới điện khỏi sự cố ngắn mạch Nó thường được sử dụng để bảo vệ đường dây dẫn, máy biến áp, động cơ điện, thiết bị điện, cũng như các mạch điện điều khiển và mạch điện thắp sáng.
Ta coi hệ số tải của độbng cơ K t =1, coi hệ số mở máy của động cơ là k mm =4,5 , động cơ có chế độ mở máy nhẹ với α mm =2,5.
Ta có dòng điện định mức của day chảy là:
I d ≥ I tt = K t ×I dm = 1×7,9=7,9A Vậy ta sẽ chọn cầu chì loại 8A
Contactor, hay còn gọi là khởi động từ, là thiết bị điện hạ áp dùng để đóng ngắt thường xuyên các mạch điện động lực Thiết bị này hoạt động hiệu quả khi dòng điện ngắt không vượt quá giới hạn dòng điện quá tải của mạch điện.
Theo các thông số của động cơ ta đã chọn ở trên có I d =7,9A.
Vậy I ct =1,4x7,9,06A Chọn contactor có dòng lớn hơn dòng tính toán Choạn loại có dòng 8A.
Rơ le nhiệt là thiết bị điện tự động có chức năng đóng cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn của kim loại khi nhiệt độ tăng Rơ le nhiệt thường được sử dụng để bảo vệ các thiết bị điện khỏi tình trạng quá tải Trong ngành công nghiệp, rơ le nhiệt thường được lắp đặt cùng với contactor để tăng cường hiệu quả bảo vệ.
Dòng role nhiệt ta chọn với hệ số khởi động từ =(1,2÷1,4)I dm , ta chọn dòng role nhiệt là: I RN =1,4I đm
Vậy I RN =1,4x7,9,06A Vậy dòng củ role nhiệt ta chọ là 8A Các role nhiệt thường có dải chỉnh dòng, đặt dòng làm việc, ta có thể chọn dải dòng dư ra để có thể điều chỉnh được khi ta sử dụng thực tải.
TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Hình 2.7: Sơ đồ mạch điều khiển
Ta chọn CPU 1214-C AC/DC/RLY
Hình 2.8: CPU 1214-C AC/DC/RLY
Các thành phần của PLC S71200 bao gồm:
3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng
2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm
13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB)
2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115230 VAC và điện áp 24 VDC
PLC S7-1200 cho phép mở rộng chức năng của CPU thông qua việc thêm các module tín hiệu và module gắn ngoài Bên cạnh đó, người dùng có thể cài đặt các module truyền thông để hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông khác nhau.
Khả năng mở rộng của từng loại CPU phụ thuộc vào các đặc tính, thông số kỹ thuật và quy định của nhà sản xuất Dòng S7-1200 cung cấp nhiều loại module mở rộng khác nhau để đáp ứng nhu cầu sử dụng.
Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:
Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC- PLC
Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở
Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s
Hỗ trợ 16 kết nối ethernet TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol
Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:
6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz
2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ lái servo (servo drive)
Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ…
16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển (auto- tune functionality)
Mỗi CPU có thể kết nối tối đa 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra.
Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU
3 module truyền thông có thể kết nối vào CPU mở rộng khả năng truyền thông, vd module RS232 hay RS485
Card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay khi cập nhật firmware Chẩn đoán lỗi online / offline
Nút nhấn, hay còn gọi là nút điều khiển, là một thiết bị điện dùng để điều khiển từ xa các thiết bị điện và dụng cụ báo hiệu Nó có khả năng chuyển đổi các mạch điện điều khiển và tín hiệu bảo vệ Trong các mạch điện một chiều với điện áp lên đến 440V và mạch điện xoay chiều 500V, tần số 50Hz, nút nhấn thường được sử dụng để khởi động và đảo chiều quay của động cơ điện thông qua việc đóng và ngắt các cuộn dây của contactor kết nối với động cơ.
Rơ-le trung gian là thiết bị điện quan trọng trong lĩnh vực điều khiển tự động, hoạt động như một bộ điều khiển trung gian giữa các thiết bị như contactor và rơ-le thời gian.
Chọn rơ-le omron loại MY2N-DC24
Hình 2.10: Hình Rơ-le trung gian.
2.2.4.Chọn công tắc hành trình
Công tắc hành trình là thiết bị quan trọng trong việc điều khiển mạch điện tự động, giúp đóng, ngắt và chuyển đổi mạch theo tín hiệu “hành trình” từ các cơ cấu chuyển động cơ khí Thiết bị này không chỉ tự động điều khiển hành trình làm việc mà còn ngắt mạch điện ở cuối hành trình để đảm bảo an toàn Công tắc hành trình thường được sử dụng trong các ứng dụng như cửa cuốn, băng chuyền, Palang, máy CNC và cẩu trục, với cơ chế hoạt động nhấn đè hoặc gạt cần để điều khiển thiết bị điện.
Hình 2.11: Hình Công tắc hành trình
TỔNG HỢP MẠCH LOGIC TUẦN TỰ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THEO PHƯƠNG PHÁP HÀM TÁC ĐỘNG
GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP HÀM TÁC ĐỘNG
Các biến cố trong sơ đồ mạch kép thường diễn ra theo dòng thời gian, tức là theo các khoảng thời gian liên tiếp Vì vậy, chuỗi sự kiện có thể được mô tả bằng một ký hiệu, như minh họa trong hàm dưới đây.
Giai đoạn đóng X Giai đoạn cắt X
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Ý nghĩa của dãy biến cố sự kiện: Sự xuất hiện của tín hiệu A làm cho X,
Y hoạt động, B xuất hiện làm cho Y ngừng hoạt động…
Dấu (+) đứng trước một phần tử chỉ rằng phần tử đó tiếp nhận tín hiệu của phần tử đứng ngay trước nó và bắt đầu hoạt động
Dấu (-) đứng trước một phần tử chỉ rằng phần tử đó bị phần tử đứng ngay trước nó làm ngừng hoạt động
Trong hệ thống, tín hiệu điều khiển được phát ra khi các phần tử bắt đầu hoạt động hoặc ngừng hoạt động Phần tử trước đóng vai trò nguyên nhân cho sự khởi đầu hoặc ngừng hoạt động của phần tử ngay sau nó Ví dụ, khi phần tử X ngừng hoạt động (-X), nó sẽ dẫn đến việc phần tử Z cũng ngừng hoạt động (-Z).
Khi có sự hoạt động đồng thời giữa các phần tử, chúng được đặt trong dấu ngoặc đơn Ví dụ, F = A (+X, +Y) cho thấy tín hiệu điều khiển A kích hoạt hoạt động đồng thời của X và Y.
Trong hàm tác động F, các phần tử phát tín hiệu điều khiển từ ngoại vi vào hệ thống, như nút nhấn, công tắc hành trình và bộ cảm biến, có thể không cần dấu (+) trước chúng Tuy nhiên, chúng ta vẫn hiểu rằng có dấu (+) trước các phần tử này, biểu thị rằng chúng bắt đầu hoạt động và được đưa vào trạng thái tích cực Dấu (+) không chỉ ra rằng chúng nhận tín hiệu từ phần tử ngay trước mà là do tác động từ các yếu tố khác trong hệ thống.
23 tác nhân bên ngoài có thể kích hoạt hệ thống phát tín hiệu, bao gồm việc người dùng nhấn nút, tác động vào công tắc hành trình, hoặc cảm biến đạt ngưỡng đã định.
Khi một phần tử điều khiển có dấu (-), điều này cho thấy nó đã hoạt động trước đó nhưng hiện tại đang ngừng hoạt động do tác động từ các yếu tố bên ngoài hệ thống Để hiểu rõ hơn về tính chất của các tín hiệu từ những phần tử này, cần phân biệt hai trường hợp khác nhau.
Khi tín hiệu phát ra có dạng xung, trong hàm tác động (F) chỉ xuất hiện dấu (+) mà không có dấu (-) Loại tín hiệu này chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn trong quá trình hoạt động của hệ thống, ví dụ như thiết bị tương ứng là nút nhấn.
Nếu tín hiệu phát ra là tín hiệu thế (mức liên tục) thì lúc đó trong hàm F chúng sẽ xuất hiện với dấu (+) và sau đó là với dấu (-)…
Các tín hiệu vào trong hệ thống thường được ký hiệu bằng các chữ cái đầu bảng chữ cái La Tinh như A, B, C, trong khi các phần tử chấp hành đầu ra được ký hiệu bằng các chữ cái ở cuối bảng như X, Y, Z Đối với các biến trung gian, thường sử dụng các chữ cái ở giữa bảng chữ cái La Tinh như K, L.
3.1.2 các bước tổng hợp bằng phương pháp hàm tác động
Bước 1: Phân tích tín hiệu vào/ra
Xác định tín hiệu vào
Xác định tín hiệu ra
Bước 2: Xác định chu kỳ hoạt động của từng phần tử chấp hành và chu kỳ hoạt động của cả hệ
Mỗi phần tử chấp hành hoạt động theo chu kỳ riêng, bao gồm hai giai đoạn: giai đoạn làm việc (ON) và giai đoạn nghỉ (OFF).
Ví dụ trong hàm tác động:
Phần tử chấp hành X hoạt động theo chu kỳ từ thời điểm 1 đến 9, với giai đoạn đóng diễn ra từ thời điểm 2 đến 7 và giai đoạn cắt bắt đầu từ thời điểm 8 đến 1 của chu kỳ tiếp theo.
Ngoài phần tử X thì phần tử Y và Z cũng là các phần tử chấp hành đầu ra, đều phải xác định chu kỳ làm việc cho chúng.
Bước 3: Xác định hàm logic cho từng phần tử chấp hành.
Hàm điều khiển của phần tử X là f(X) bao gồm hàm đóng fđ(X) và hàm cắt fc(X) theo công thức sau :
Để xác định F đ (X) và F c (X), phương pháp này sử dụng hàm đóng hoặc hàm cắt của một phần tử, mà tín hiệu nhận được từ phần tử trước đó trong dãy F sẽ quyết định việc khởi động hoặc kết thúc hoạt động của phần tử đó Các trường hợp khác nhau có thể xảy ra trong quá trình này.
Nếu trong hàm F có một đoạn sau:
Tương tự cho hàm cắt :
Nếu một phần tử chấp hành có nhiều chu kỳ hoạt động, hàm tác động tổng sẽ được xác định dựa trên số chu kỳ hoạt động n.
Bước 4: Kiểm tra tính đúng đắn của hàm điều khiển đã xác định, bao gồm cả kiểm tra trong giai đoạn đóng và giai đoạn cắt Trong giai đoạn kiểm tra hàm đóng, sẽ có hai trường hợp cần xem xét.
Nếu fc(X) không đổi trị trong giai đoạn đóng, tức là trong giai đoạn đóng hàm fci(X) phải luôn bằng 0, lúc đó fc(X) thỏa mãn.
Nếu fc(X) thay đổi giá trị trong giai đoạn đóng, xuất hiện giá trị 1 thay vì luôn bằng 0, sẽ dẫn đến f d(X) = fc(X) = 0, gây ngừng hoạt động của X trong giai đoạn này Do đó, cần sử dụng thêm biến trung gian để điều chỉnh hàm cắt.
Và hàm điều khiển của phần tử X sẽ là : f(X)=f d (X) fc ( X ) p 2
Nếu cả hàm đóng và hàm cắt có hiệu chỉnh thì ta có: f(X)=[f d (X)+p1] fc ( X ) p 2
Khi đưa các biến phụ p1 và p2 vào hiệu chỉnh, cần xác định hàm logic của chúng Việc này yêu cầu xác định vị trí xuất hiện và kết thúc của các biến phụ trong dãy hoạt động của hàm F Để đạt được kết quả đơn giản, cần xem xét khả năng tự duy trì và khả năng kết hợp hai biến trung gian p1 và p2 thành một biến trung gian p, với điều kiện p thỏa mãn miền thời gian của p1 và p2.
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TIA PORTAL VÀ LẬP TRÌNH BÀI TOÁN
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TIA
Siemens đã ra mắt Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal), phần mềm tự động hóa đầu tiên trong ngành công nghiệp, cho phép người dùng phát triển và tích hợp các hệ thống tự động hóa một cách nhanh chóng thông qua một môi trường duy nhất TIA Portal được thiết kế với giao diện thân thiện, phù hợp cho cả người mới và những lập trình viên dày dạn kinh nghiệm, giúp tích hợp các phần mềm lập trình như Simatic Step 7 và Simatic WinCC Sau nhiều năm nghiên cứu nhu cầu của khách hàng toàn cầu, Siemens đã phát triển TIA Portal để các phần mềm lập trình chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo sự thống nhất và tính toàn vẹn cho ứng dụng TIA Portal cho phép cấu hình tất cả thiết bị và mạng truyền thông trên cùng một cửa sổ, với các tính năng như thư viện, quản lý dữ liệu, và chẩn đoán lỗi, mang lại lợi ích lớn cho người dùng Việc lập trình và cấu hình các bộ điều khiển PLC, màn hình HMI, và bộ truyền động của Siemens trên TIA Portal giúp giảm thiểu thời gian và công sức trong việc thiết lập kết nối giữa các thiết bị, ví dụ như tính năng “kéo và thả” giúp tự động thiết lập kết nối giữa PLC và HMI mà không cần cấu hình thêm.
Phần mềm mới Simatic Step 7, tích hợp trên TIA Portal, để lập trình cho S7-
1200, S7-300, S7-400 và hệ thống tự động PC-based Simatic WinAC Simatic Step 7 được chia thành các module khác nhau, tùy theo nhu cầu của người sử dụng Simatic
Step 7 cũng hỗ trợ tính năng chuyển đổi chương trình PLC, HMI đang sử dụng sang chương trình mới trên TIA Portal.
Phần mềm Simatic WinCC mới, tích hợp trên TIA Portal, cho phép cấu hình các màn hình TP, MP hiện tại và màn hình Comfort mới, đồng thời hỗ trợ giám sát hệ thống điều khiển trên máy tính (SCADA) Trong các phiên bản tới, việc thiết lập và cấu hình cho các biến tần Sinamics cũng sẽ được tích hợp vào TIA Portal.
CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
4.2.1 Các bước khởi tạo project
Sau khi khởi động phần mềm TIA, bước đầu tiên là tạo một project mới để viết chương trình Bạn cần truy cập vào mục Star, chọn "Create new project", sau đó nhập tên chương trình vào ô "Project name" và chọn địa chỉ lưu trữ trong phần "Path" Cuối cùng, nhấn "Create" để hoàn tất quá trình tạo project.
Ta chọn add a new device…
Hình 4.2: chọn add a new device…
-Chọn cấu hình CPU Để chọn cấu hình CPU ta chọn Devices & network => Add new device
=> Controllers => SIMATIC S7-1200 => CPU => CPU 1214 AC\DC\Rly => 6ES7 214-1BG40-0XB0 => Add
Để khai báo địa chỉ các biến trong TIA Portal, sau khi tạo dự án và hoàn tất cấu hình, bạn chọn PLC tags, tiếp theo nhấn Show all tags Tại đây, bạn nhập tên biến vào ô Name và địa chỉ vào ô Address.
Bảng tín hiệu đầu vào
Bảng 4.1: Tín hiệu đầu vào của PLC
Bảng tín hiệu đầu ra
Bảng 4.2: Tín hiệu đầu ra của PLC Bảng tín hiệu trong chương trình
Biến trung gian z M0.1 Đi lên 1 M0.2 Đi lên 2 M0.3 Đi lên 3 M0.4 Đi xuồng 1 M0.5
Công tắc hành trình A HMI M1.5
Công tắc hành trình B HMI M1.6
Công tắc hành trình C HMI M1.7
Công tắc hành trình D HMI M2.0
Công tắc hành trình E HMI M2.1
Công tắc hành trình F HMI M2.2
Reset CTU M3.1 Đi lên HMI M5.1 Đi xuồng HMI M5.2
Bảng 4.3: Tín hiệu của chương tring trong S7-1200
Hình 4.4: Khai báo địa chỉ
Hình 4.5: Khai báo địa chỉ
4.2.3 Viết chương trình Để viết chương trình ta chọn Program block => Main (OB1) rồi viết chương trình.
Khi click vào main xong màn hình hiện:
Network 1 : Viết chương trình cho nút ấn START-STOP.
Network 2 : Viết chương trình khởi tạo cho nút chuyển giữa 2 chế độ manual và auto.
Network 3 : Viết chương trình cho hành trình đi lên lần thứ nhất.
Network 4 : Viết chương trình cho hành trình đi lên lần thứ 2.
Network 5 : Viết chương trình cho hành trình đi lên lần thứ 3.
Network 6 : Viết chương trình tổng hợp các hành trình đi lên
Network 7 : Viết chương trình cho hành trình đi sang phải.
Network 8 : Viết chương trình cho hành trình đi xuống lần thứ nhất.
Network 9 : Viết chương trình cho hành trình đi xuống lần thứ hai.
Network 10 : Viết chương trình cho hành trình đi xuống lần thứ ba.
Network 11 : Viết chương trình tổng hợp hành trình đi xuống.
Network 12 : Viết chương trình cho hành trình đi sang trái.
Network 13 : Viết chương trình khởi tạp biến trung gian Y.
Network 14 : Viết chương trình khởi tạp biến trung gian z.
*Chương trình mô phỏng chạy chế độ auto
Network 15: Viết chương trình cho bộ đếm thời gian.
Network 16,17 : Viết chương trình tác động cho CTHT A,B.
Network 18,19 : Viết chương trình tác động cho CTHT C,D.
Network 20,21 : Viết chương trình tác động cho CTHT E,F.
*Chương trình mô phỏng chạy chế độ manual
Network 22 : Viết chương trình tác động các CTHT chạy chế độ MANUAL
4.2.3 kiểm tra lỗi và chạy thử chương trình
Sau khi hoàn thành việc viết chương trình, bạn hãy nhấn vào biểu tượng compile trên thanh công cụ để kiểm tra lỗi Nếu chương trình hiển thị thông báo errors: 0 và warnings: 0, điều đó có nghĩa là chương trình không có lỗi và có thể được nạp vào PLC.
Ta chạy mô mỏng trên PLC sim xem chương trình của mình viết đã đúng với yêu cầu của bài toán hay chưa Ta click vào start simulation.
Ta kick vào biểu tượng hình chiếc kính có tên monitoring on/off
Ta chuột phải vào các nút ấn chọn modify 0/1 để thay đổi trạng thái của các nút ấn.
TIẾN HÀNH CHẠY MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ CẦU TRỤC TRÊN WINCC
THỰC HIỆN KẾT NỐI PC SYTEMS ĐẾN PLC 1214C
Bước 1: Ta chọn add new device – bảng add new device hiện ra
Bước 2: Chọn PC systems- chọn SIMATIC HMI application-chọn WINCC
Bước 3: mở bảng Hardware catalog.
Bước 5: chọn PROFINET/E thernet – chọn IE general.
Bước 6: Network view ta nối trong network PLC CPU 1214C nối với PC system 1 như hình:
Hình 5.6: Kết nối PLC với WINCC
Bước 7: conections kéo như hình dưới
Hình 5.7: Kết nối PLC với WINCC Đến đây ta đã kết nối thành công PC sytems đến PLC 1214C.
THIẾT KẾ GIAO DIỆN HMI
Bước 1: Ta chọn add new screen, ta chọn HMI_RT_1[WINCC RT professional] – ta chọn screen-rồi add new screen.
Hình 5.8: Màn hình HMI WINCC
Ta chọn từ bảng Elements và bảng Basic objects rồi kéo sang creen 1.
Bước 3: Cài đặt thông số cho các thiết bị Ta click 2 lần vào thiết bị.
Hình 5.10: Cài đặt nút nhần
Ta chọn properties để cài màu cho thiết bị.
Hình 5.11: Cài đặt màu cho nút nhấn Chọn tiếp Animation – chọn appearance rồi gắn tags cho nút nhấn.
Hình 5.12: Cài đặt tags cho nút nhấn
After selecting the display, choose the event option, which will bring up the event table Then, select "press left mouse button" and click on "add function." Next, type "set bit" and click on the ellipsis under the tag (input/output) line Finally, select the PLC tag to assign the device to the tag table in the program.
Hình 5.13: Cài đặt setbit cho nút nhấn
Ta làm tương tự với phần resetbit.
To configure the resetbit for the button, click on the device and select "appearance." Assign tags to the device in the "name" section, set the signal range from 0 to 1 for the indicator light, and choose the background color for the light's various states in the "background color" section.
Hình 5.15: Cài đặt đèn báo
Các nút nhấn và đèn báo khác ta cũng làm tương tự Sau khih thiết kế tất cả các nút nhấn và đèn báo ta được:
Hình 5.16: Các nút nhấn và đèn báo
Bước 4: Chọn và cài đặt cho các thiết bị mô phỏng chuyển động của cầu trục.
Ta vào elament chọn symbol library.
Hình 5.17: Lấy thiết bị mô phỏng chuyển động
Tại mục properties ta chọn general, chọn thiết bị cần dùng ở phần categories.
Hình 5.18: Cài đặt thiết bị mô phỏng chuyển động
Làm tương tự ta được mô hình sau.
Hình 5.19:Màn hình HMI WINCC hoàn chỉnh
Tiếp đó ta gán biến run time tạo chuyển động cho thiết bị
Vào animations, moverment chọn vertical moverment Ta gán biến runtime tại TAG và điều chỉnh chuyển động tại START POSITION.
Để hiển thị thiết bị đúng theo sơ đồ công nghệ, cần gán tags runtime cho thiết bị bằng cách chọn Display, thiết lập visibility, gán biến runtime và cài đặt thời gian hiển thị.
Hình 5.21 Cài đặt hiển thị cho thiết bị
THỰC HIỆN CHẠY MÔ PHỎNG TRÊN HMI WINCC
To begin, in the main interface (OB1), click on "Start Simulation" to launch the simulation software In the "Connection to Interface/Subnet" section, select "PN/IE_1" and press "Start Search" to verify the computer's connection to the PLC SIM.
Hình 5.22: Kết nối với PLC SIM
Sau khi kiểm tra kết nối thành công ta nhấn load.
Hình 5.23: Kết nối với PLC SIM Ở phần action ta chọn start module sau đó nhấn finish.
Hình 5.24: Kết nối với PLC SIM Ở màn hình HMI WINCC ta nhấn chọn start simulation để kiểm tra lỗi
Hình 5.25: Chạy mô phỏng WINCC
Sau khi hoàn thành tất cả các thao tác trên màn hình mô phỏng HMI WINCC sẽ hiện ra và ta có thể tiên hành mô phỏng.
Hình 5.26: Màn hình mô phỏng HMI WINCC
CHẠY MÔ PHỎNG Ở CHẾ ĐỘ MANUAL
Đầu tiên để cấp điện cho toàn bộ hệ thống ta nhấn nút START – đèn báo cấp nguồn cho hệ thống sẽ sáng.
Hình 5.27: Khởi động hệ thống Để chạy chế độ manual ta nhấn nút MANUAL- khi đó đèn báo chế độ điều khiển bằng tay sẽ sáng.
Để điều khiển thùng hàng từ CTHT A đến CTHT B, người dùng cần chọn chế độ điều khiển bằng tay Khi thùng hàng ở CTHT A, đèn báo CTHT A sẽ sáng Bằng cách nhấn giữ nút LÊN, động cơ 1 sẽ thực hiện quá trình nâng thùng hàng lên đến CTHT B.
Hình 5.29: hành trình đi lên
Khi thùng hàng lên đến CTHT B ta nhấn giữ nút PHẢI, khi đó động cơ 2 sẽ thực hiên quá trình đưa thùng hàng sang phải đến CTHT C.
Hình 5.30: Hành trình sang phải
Khi thùng hàng đến CTHT C ta nhấn giữ nút XUỐNG, khi đó động cơ 1 sẽ thực hiên quá trình đưa thùng hàng xuống đến CTHT D.
Hình 5.31: Hành trình đi xuống
Khi thùng hàng xuống đến CTHT D ta nhấn giữ nút LÊN, khi đó động cơ
1 sẽ thực hiên quá trình đưa thùng hàng lên đến CTHT E.
Hình 5.32: Hành trình đi lên
Khi thùng hàng lên đến CTHT E ta nhấn giữ nút XUỐNG, khi đó động cơ
1 sẽ thực hiên quá trình đưa thùng hàng xuống đến CTHT C.
Hình 5.33: Hành trình đi xuống
Khi thùng hàng xuống đến CTHT C ta nhấn giữ nút TRÁI, khi đó động cơ
2 sẽ thực hiên quá trình đưa thùng hàng sang trái đến CTHT B.
Hình 5.34: Hành trình sang trái
Khi thùng hàng đến CTHT B ta nhấn giữ nút LÊN, khi đó động cơ 1 sẽ thực hiên quá trình đưa thùng hàng lên đến CTHT F.
Hình 5.35: Hành trình đi lên
Khi thùng hàng lên đến CTHT F ta nhấn giữ nút XUỐNG, khi đó động cơ
1 sẽ thực hiên quá trình đưa thùng hàng xuống đến CTHT A.
Hình 5.36: hành trình đi xuống
Khi thùng hàng quay trở lại CTHT A thì ta đã hoàn thành một chu trình của sơ đồ công nghệ mà bài toán đặt ra.
Hình 5.37: Hoàn thành chu trình
CHẠY MÔ PHỎNG Ở CHẾ ĐỘ AUTO
Để kích hoạt chế độ AUTO, bạn cần nhấn nút START và sau đó nhấn nút AUTO Khi đó, thùng hàng ban đầu ở CTHT A sẽ được xác định, với đèn CTHT A sáng lên, và động cơ 1 sẽ tự động thực hiện quá trình nâng thùng hàng lên.
Khi thùng hàng đến CTHT B, đèn báo sẽ sáng và quá trình nâng thùng hàng của động cơ 1 sẽ dừng lại Sau đó, động cơ 2 sẽ tiếp tục vận chuyển thùng hàng đến CTHT C.
Hình 5.39: Hành trình sang phải
Khi thùng hàng đến CTHT C, đèn báo CTHT C sẽ sáng Lúc này, quá trình chuyển thùng hàng sang bên phải của động cơ 2 sẽ dừng lại, và động cơ 1 sẽ bắt đầu đưa thùng hàng xuống đến CTHT D.
Hình 5.40: hành trình đi xuống
Khi thùng hàng đến CTHT D, đèn báo CTHT D sẽ sáng, đồng thời quá trình hạ thùng hàng của động cơ 1 sẽ ngừng lại Sau đó, động cơ 1 sẽ bắt đầu quá trình đưa thùng hàng lên CTHT E.
Hình 5.41: Hành trình đi lên
Khi thùng hàng đến CTHT E, đèn báo CTHT E sẽ sáng, làm ngừng quá trình đưa thùng hàng lên của động cơ 1 Sau đó, động cơ 1 sẽ thực hiện việc hạ thùng hàng xuống CTHT C.
Khi thùng hàng đến CTHT C, đèn báo tại đây sẽ sáng, đồng thời quá trình hạ thùng hàng của động cơ 1 sẽ dừng lại Lúc này, động cơ 2 sẽ bắt đầu di chuyển thùng hàng sang trái đến CTHT B.
Hình 5.43: Hành trình sang trái
Khi thùng hàng đến CTHT B, đèn báo tại đây sẽ sáng Quá trình di chuyển thùng hàng sang trái của động cơ 2 sẽ dừng lại, và động cơ 2 sẽ bắt đầu nâng thùng hàng lên đến CTHT F.
Khi thùng hàng được chuyển đến CTHT F, đèn báo tại đây sẽ sáng, đồng thời quá trình đưa thùng hàng lên của động cơ 1 sẽ ngừng lại Sau đó, động cơ 1 sẽ thực hiện việc hạ thùng hàng xuống CTHT A.
Hình 5.45: hành trình đi xuống
Khi thùng hàng được đưa đến CTHT A thì đã hoàn thàn một chi trình.
Quá trình này được thực hiên lặp lại liên tục một cách tự động theo đúng sơ đồ công nghệ mà bài toán đã đề ra ban đầu.
Khi hệ thống đang ở chế độ điều khiển bằng tay (MANUAL), bạn có thể dễ dàng chuyển sang chế độ tự động bằng cách nhấn nút AUTO Hệ thống sẽ tự động thực hiện quy trình theo đúng sơ đồ công nghệ đã được thiết lập.
Khi hệ thống đang hoạt động ở chế độ tự động (AUTO), người dùng có thể dễ dàng chuyển sang chế độ điều khiển bằng tay bằng cách nhấn nút MANUAL Khi đó, hệ thống sẽ dừng lại và cho phép người dùng điều khiển trực tiếp thông qua các nút trên bảng điều khiển.