Khóa luận tốt nghiệp Cơ khí công nghệ: Điều khiển tự động lực ép rulo cao su trong máy bóc vỏ trấu bằng PLC

Một trong những thiết bị có thể lập trình được hiện nay đang ứng dụng rộng rãi làthiết bị điều khiển lập trình bằng PLCProgrammable Logic Controller.. Thiết bị điều khiển lập trình đầu t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HÒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ

NGUYÊN THÀNH KIÊN TRAN QUOC HUY

Dé tai:

DIEU KHIEN TU DONG LUC EP RULO CAO SU

TRONG MAY BOC VO TRAU BANG PLC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM KHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ

Đề tài:

DIEU KHIEN TU DONG LỰC ÉP RULO CAO SU

TRONG MAY BOC VO TRAU BANG PLC

Chuyên ngành: CƠ KHÍ CHE BIEN VA BQNSTP

Gido vién hwong dan: Sinh vién thuc hién:

TRAN QUOC HUY

Khóa: 2002 - 2006

Tp Hồ Chí Minh

Tháng 07/2006

UNIVERSITY OF AGRICULTURAL AND FORESTRY

FACULTY OF AGRICULTURAL ENGINERING AND TECHNOLOGY

Thesis:

CONTROLLER ON THE AUTOMATIC PRESSURE

RUBBER ROLL OF RICE HULLER BY PLC

Speciality: MECHANICS FOR AGRICULTURAL PRODUCT

PROCESSING AND CONSERVATION

The Advisor: Done by:

Master LE VAN BAN NGUYEN THANH KIEN

TRAN QUOC HUY Course: 2002 - 2006

Ho Chi Minh City July/2006

LỜI CẢM TẠ

Xin chân thành cảm tạ

Ban Giám Hiệu Tường Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh.Ban chủ nhiệm

Khoa Cơ Khí — Công Nghệ Trường Đại Học Nông Lâm Tp.Hồ Chi Minh Cùng toàn

thé Quy thay cô đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em được học tập trong suốt thờigian theo học tại trường và hoàn thành luận văn này.

Xin chân thành tó lòng biết ơn đến

Thầy Th.s LÊ VĂN BẠN trưởng bộ môn điều khiển tự động, giảng viên khoa

Cơ Khí Công Nghệ đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt thời gianlàm đê tai.

TP.Hồ Chí Minh

Tháng 7 năm 2006

Ngày nay bộ điều khiển khả lập trình PLC(Programmable Logic Control)được ứng dụng rộng rãi để điều khiển tự động trong các máy công nông nghiệp,

đặc biệt trong lĩnh vực các máy chế biến

Trong khuôn khổ luận văn này ứng dụng bộ điều khiển lập trình PLC S7-200

để duy trì lực ép Rulô cao su trong máy bóc vỏ trau nhằm nâng cao chất lượng xayxát.

Đề tài gồm ba phần chính:

1 Khảo sát lại phần cứng trên máy bóc vỏ trâu VIKYNO CL700

2 Thiết kế chế tạo phần giao tiếp giữa PLC S7-200 và phần cứng cơ khí

3 Viết chương trình điều khiển PLC S7-200 dé điều khiến hệ thống

IN SUMMARY

Today, Programmable logic control(PLC) is popularly applied to automatically control industrial-agricultural machines, especially in the area of processing machines.

In this dissertation, applying PLC S7-200 to maintain compressing force of rubber roll

in the rice hust-peeling machine 1s to improve grinding quality.

The dissertation includes 3 main parts:

1 Examining the hardware of VIK YNO-CL700 rice hust-peeling machine.

2 Designing the connecting part between PLC S7-200 and mechanics hardware.

3 Programming the controlling of PLC S7-200 in order to operate the system.

Results:

The dissertation has completed the goals as put forward The operating system by PLC has acted and operate the hardware as designed.

1 MỤC LỤC Trang

2 MỞ ĐẦU - 2 22212212212212212212212212212111111111211111111121212112121112221 xe 1

Be 00/96) x )à)à) HẬHĂẬHHH ÔỎ 24.TRA CỨU TAI LIEU SÁCH BAO PHỤC VỤ TRỰC TIẾP ĐÈ TÀI 34.1 Yếu tô ảnh hưởng tới chat lượng gạo khi bóc vỏ -22 2 52z22z22z+2sz22zzz: 3

4.2 Một số loại máy xay xát trên thị trường 2-2 ©22+222222++2E++2E++EE+zEErzrxrersree 3

no IV RAVE suyngpnsnirlopkrnoEODOIDLEEDGICESEEEHOEEHEMNIEROROSRIOHDENRRDDEREENtfSRHSlaspssel 3

4.2.2 Máy xay kiểu Rulo cao SU ooe.eeecccscsscsssessesssessesesessesssessesseesessessueesessteteeeeeeees 44.2.3 Thiết bị xay xát thóc kiểu nông thôn -2 2+222+2zz+2z2+22zzzzzzzzze2 5

4.3 Sơ lược về sự phát CC ee 7

4.3.1 Cau trúc và nghiên cứu hoạt động của một PLC -22 2252: 8

© CAU trúc PLC occ ceccecscscsscsesscsessssesesseevsssevsvssesssvsssstsusevstessevssevstssevenseveeees 8

@ HoatdOne của mỗi PLC ouc 2ccnsinsennesicond eacnecncessbaconssavaronsditensansaaebhansiieasancsn 9

e So sánh PLC với các hệ thông điều khiển khác - 2-52 10

4.3.2 Ưu điểm của thiết bị điều khiển bằng PLC -. 2 2¿©25z52+5252 114.3.3 Một vai lĩnh vực sử dung PLC - 5+ ++<£+++csseEeeeeerrererrrerree 124.3.4 Cau trúc phần cứng của PLC S7- 200 2- 2 22222+2E+22222z+zxzzzxzzxd 128Ô , :: Sẽ czoeeornmeeromnecianenetmamasmmntuen 13

e Các đặc trưng của CPU họ S7- 200 55 5-cSxScsersrrrrrrrrrrree 14

Sulu.:P HƯỢI: POA D beneennnebniasoatsdiingnbisrdolg00010133106101053053807060813GEE0G131010010/4I2HDOIGEG0G1633/601880806008 265.1.1.Thiết kế mô hình máyy -2+-©22©222222E22EEE2EEEEEEEEEEEEErrrkrrrrrrrrkrrrred 26

5.1.2 Bố trí khảo nghiệm 2-22 22 ©222E222E22E22E122312212211211221211221 22122 cxe 26

5:2 PHONE TC hi cersnoaonreseseisbienioidogEAEEEDSRORERIALSERSSASHDSESLGEHIG1SIS4GB.ĐHGELEDMGISEGEIEIEĐES00ELAM 26

© Xấy ere khu Vì kÍmtasseesnsasentestdtedteorisoiaodagtggagigossggstggroso 26

| 5 265.2.1 Thiết bi máy dùng để chế tạo mô hình - 2-22 2+2E2E+2E££zzzzzzzz2z 26

5.2.2 Thiết bị cơ khí dé đo đạc lấy số liệu và chế tạo mô hình 27

6 THUC HIEN DE TAI VA KET QUA THẢO LUAN -2-=52- a8

6.1, Kháo sất:mấy bóc vó tiểu Vikwno Cs TÙU S200 10126 28Š,1,L Các thông số kỹ thuật mắy búa TÔ: ccacec G201 k0 H1nh 2222 0100100866000030g16 28

6.1.2 Sơ đồ cầu tạo chung máy bóc VỎ - 2 2©22+2++2z+2E++EE+2E++zxerxrzrxsres 296.1.3 Nguyên lý làm việc máy - 2© 2222+2E£+EE22EE227E227122712271227122212221 2 30

6.2 Xây dung mô hình điều khiển tự động - 2-22 22+2E+2E+2E+2EZEZEZEzEzxeee 31

6.6.1 Mạch nhận tín hiệu về cho PLC 2-2 s+2E£EE££E£EE£EE£EEtZEEEerEerxerrcres 396.6.2 Mạch điều khiển động cơ chính -2- 2 ©2222++2z+2E++EE+2E++E+zzxzzzxzrxd 41

6.6.3 Mạch tạo nguồn 22- S22 22222122E222122122112212211211221211211211211 2121 re 42

6.6.4 Mạch điều chỉnh khe hở cặp Rulo 2-55©©5222+ccx2zcrxrrrerrerree 426.6.5 Mạch khuếch đại tín hiệu 2- 222 SE+S22S£SE2EE2E2EE2EE2E212212122122122221 222 43

6.6.6 Lady tín hiệu cho PUỮ che coreensrcssnnnetieranseniersneencersnesnvetneic 45

CR a eo taconite i cae cathe 46Š;7.l: Địa chỉ ngõ vào: vã ned ra:của PLC vecceusrememcenen see 46

6.7.2 Kết nối phan cứng của mô hình 2-2 ©22222+2z2E++EE+2E++E+zzzzzzxzzxz 47

1.8804 1 48

6.8.1 Xây dựng chương trình điều khiến eee 2©22222+2E+2EE+2E22Ezzzxzzzxzrea 49

© Sử dụng phần mềm MICROWIN 3.2 2-©22222222c2zxccssrrcrei 49

6.8.2 Chương trình điều khiển hệ thống -2- 22©22222222E222EE2zxzzxzzzx2 52

6.8.3 Kết quả khảo nghiệm khi hệ thống đã hoàn chỉnh -252 58

FN Ses 7 59

TQ ?› 11.0 59

8 TAI LIEU THAM KHAO

PHU LUC ooo eeecese ees ceee sess eseeseeseestevteveesteseossennsessesnstansessessneseneesneeseseseseseees 62

Một trong những thiết bị có thể lập trình được hiện nay đang ứng dụng rộng rãi là

thiết bị điều khiển lập trình bằng PLC(Programmable Logic Controller) Thiết bị điềukhiển lập trình bằng PLC đã chúng minh tính ưu việt trong việc khắc phục các nhược

điểm mà hệ thống cũ (Contactor, Relay ) không thể làm được

Do sự phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực điều khiến tự động cùng với việc ứng dụngrộng rãi PLC trong sản xuất Được sự cho phép của Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí

Công Nghệ, dưới sự hướng dẫn của thầy Th.s.Lê Văn Bạn chúng tôi thực hiện đề tài

«Điều khiến tự động lực ép ru lô cao su trong máy bóc vó trau bằng PLC ”

Tìm hiểu và ứng dụng điều khiến tự động nói chung cũng như PLC nói riêng vào trong

các máy sản xuất ngoài thực tế

Từ yêu cầu trên mà nhiệm vụ đề tài bao gồm các nội dung chính

> Khảo sát máy bóc vỏ trâu kiểu rulo cao su dé tìm hiểu nguyên lý hoạt động vàxác định thông số làm việc của máy Từ đó đề ra qui trình điều khiển máy

> Ung dung PLC S7-200 điều khiển tự động lực ép Rulo cao su trong máy bóc vỏtrâu

> Su dụng ngôn ngữ LAD va phần mềm STEP7 — MICRO/WIN viết chương trình

cho hệ thống bóc vỏ

4.TRA CUU TÀI LIEU, SÁCH BAO PHỤC VỤ TRỰC

TIẾP CHỦ DE DE TÀI

4.1 Yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng gạo khi bóc v6.\TL10\

Nhiệm vụ của máy xay là tách vỏ trâu ra khỏi hạt gạo với mức tôn thương ít nhất cho

lớp cám, và có thể thì không làm vỡ hạt gạo lức Do cấu trúc hạt thóc nên việc sử dụng

masát trên bề mặt hạt thóc dé bóc vỏ trau là cần thiết, và do đó không thể tránh đượcviệc xuất hiện hạt vỡ với một tỉ lệ nhất định

Tuy nhiên cần phải sử dụng nhiều biện pháp để giảm bớt độ vỡ của hạt Kết cấu máy

độ chính xác, sự bảo dưỡng, điều chỉnh và phương thức vận hành của máy bảo đảm bảokết quả hiệu suất xay và tỷ lệ gạo nguyên Tuy nhiên, nếu như hạt đã bị hỏng trước ởtrên ruộng như bị rạn nứt thì hiện tượng vỡ hạt trong quá trình xay xát là không thể

tránh được.

4.2 Một số loại máy xáy xát trên thị trwong.\TL10\

4.2.1 Máy xay đĩa.

Máy xay đĩa gồm có hai đĩa đặt nằm ngang bằng thép đúc, một phần được phủ mộtlớp chất mài Đĩa trên có định với khung máy, đĩa dưới quay Dia quay có thê điều chỉnh

được vị trí theo phương thắng đứng cho nên khe hở giữa hai vỏ áo mài mòn của hai đĩa

có thê điều chỉnh được Sự điều chỉnh này phụ thuộc vào giống lúa, vào tình trạng hạt và

độ mài mòn lớp vỏ áo

Thóc được cung cấp vào tâm quay của máy qua một phéu nhỏ.Một ống hình trụ điều

khiến thắng đứng điều hòa năng xuất và sự phân phối đồng đều thóc trên

toàn bộ bề mặt của đĩa quay

Nhờ lực ly tâm hạt thóc được ép vào giữa hai đĩa và dưới áp lực và ma sát phần lớn hạtthóc được bóc vỏ.

Hinh 4.1 May xay dia

1 Dia trén 4 Cửa cap thóc — w Bêrộng vành khăn

2 Đĩa quay dưới 5 Trụ điều hòa A Khe hở hai đĩa

3 Vỏ áo của đĩa quay

Việc điều chỉnh khe hở giữa hai đĩa là khá quan trọng và đòi hỏi phải kiểm tra lại liên

tục dé tránh hiện tượng vỡ hạt quá mức hay hiệu suất xay không cao Thông thường

chiều rộng làm việc của vỏ áo mài mòn được chế tạo quá rộng gây nên sự vỡ hạt khôngcần thiết Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng bề rộng này từ 1/6 tới 1/7 đường kính đĩa Vận

tốc tiếp tuyến vào khoảng 14m/s

4.2.2 Máy xay kiểu Rulo cao su

Về nguyên tắc, máy xay quả lô cao su gồm có hai quả lô cao su Các quả lô nhậntruyền động cơ học, quay ngược chiều nhau và quả lô điều chỉnh thường có vận tốc thấp

hơn quả lô cô định khoảng 25% Rulo chủ động cố định còn rulo kia có thể điều chỉnhđược để tạo khe hở A giữa hai bề mặt khi bóc vỏ lúa

Khe hở A khoảng 0.5 +0.8 mm và luôn luôn nhỏ hơn bề dày của hạt lúa trung bình

Khe hở giữa hai quả lô bé hơn bề dày của hạt thóc và vì quả lô quay với vận tốc khácnhau nên vận tốc tiếp tuyến chúng cũng khác nhau Khi hạt thóc rơi vào khe hở giữa hai

quả lô, dưới áp lực, cao su sẽ kéo hạt đi theo và do vận tốc khác nhau nên vỏ trấu bị tách

ra.

Đặc điểm kỹ thuật và vận tốc của RuloĐường kính Bê rộng Vận tốc chủ động | Vận tốc phụ động

(mm) (mm) [v/ph] [v/ph]

150 64 1.320 900

220 76 1.200 820

250 50 1.000 740

Chat lượng làm việc của rulo bóc vỏ không chỉ phụ thuộc vào khe hở của hai bề mặt

Rulo mà còn phụ thuộc vào độ mòn bao nhiêu phần trăm theo đường kính của Rulo Khikhe hở tăng thì điều chỉnh lại, nhưng đường kính rulo giảm (do mòn ), vận tốc dài giảm,dẫn đến giảm năng suất và chất lượng bóc vỏ

4.2.3 Thiết bị xay xát thóc kiểu nông thôn

Các máy xay xát kiểu nông thôn có sẵn

Hiện nay việc xay xát phổ biến nhất ở nông thôn được thực hiện bằng máy xay xátmột lượt Engelberg bằng quả lo thép kiểu ma sát

1.Thung đựng thoc 4 Dao 7 Truc may

2.Gối đỡ 5 Thân máy 8.Nap máy

3.Khóa điều chỉnh dao 6 Voi ra gạo 9 Rulo gang

10.Cửa điều chỉnh thóc vào buông xay xát

e Vận hành máy.

- Máy bắt đầu chạy khi cửa cung cấp đóng kín và cửa xả mở một phần

- Khi mở cửa (10 ) thóc vào buông (thóc không cần làm sạch trước vì chúng sẽ bị phá

vỡ trong quá trình xay xát) và quá trình bóc vỏ trau cộng xát trang bắt đầu

- Nếu độ bóc vỏ và làm trang chưa đủ thì phải đóng bớt cửa xả, điều này tạo ra áp lực

lớn hơn cho hat trong buông và sẽ kéo dai thời gian lưu trữ hạt Phần gạo xát không datyêu cầu được đô trở lại phễu cung cấp

Trong buồng xay xát, áp lực được duy trì bang sức cản của cửa xả và vị trí của dao thép

(4) Dao này duy trì một khe hở và tạo nên trở lực giúp cho việc bóc vỏ tốt hơn Hỗnhợp thóc, gạo lức, vỏ trau sẽ tiếp tục bị chà xát nhờ tốc độ của Rulo (9) và áp suất nên

gạo được xát trắng Hạt được đầy ra cửa nhờ các gân nghiêng Hỗn hợp bột trấu, vỏ quả,cám, mảnh vỡ nhỏ và tạp chất đi ra ngoài qua lỗ sang

Chỉ tiết quan trọng là Rulo nó vừa tải thóc bóc vỏ trâu và xát trắng gạo Đường gân

xoắn day thóc, đường gân thang xáo trộn thóc và bóc vỏ

Máy cho ta sản phẩm:

- Gạo, thóc và trầu ra ở cửa ra gạo Tỷ lệ thóc trấu là ít

- Sàng sảy sơ dễ phân ly chúng

- Cám, bột trau

e_ Máy xay xát kiểu SATAKE

Máy chia làm 4 phần

- Phễu cấp liệu có sang lưới để loại tạp chất lớn

- Máy xau quả lô cao su.

- Phan hút trau bằng trọng lực, phần này cũng gồm tat cả các thiết bị dé phân ly hạt lửngtrước khi hút trấu

- Sau khi thu hồi trau hỗn hợp gạo lức và thóc được cung cấp bằng trong lực vào phan

máy làm trắng

| Toe Thoc

Phéu Phếu

chưá

quả lô cao

Hình 4.4 Máy xay xát kiểu SATAKE

4.3 Sơ lược về sự phát triển PLC

Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable Controller) đã được các nhà thiết

kế cho ra đời vào những năm 1968 (công ty General Motor,Mỹ).Tuy nhiên, hệ thống

này khá đơn giản và cồng kénh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vậnhành.Vì vậy các nhà thiết kế tìm cách cải tiến làm cho hệ thống gọn nhẹ dé vận hành

nhưng vấn đề lập trình còn gặp khó khăn vì lúc này chưa có thiết bị ngoại vi hỗ trợ choviệc lập trình.

Dé đơn giản hóa việc lập trình, thiết bị điều khién lập trình bằng tay (Programmable

Controller Handle) đầu tiên ra đời vào năm 1969, đã tạo ra sự phát triển cho kỹ thuật lập

trình Trong giai đoạn này hệ thống điều khiến lập trình (PLC) rất đơn giản nhằm thay

thé cho hệ thống điều khiển bang Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cô điền.Trong quá trình nghiên cứu các nhà thiết kế đã cải tiến và cho ra một chuân mới cho hệthống, đó là phương pháp lập trình bằng giản đồ hình thang (Ladder Diagram) Trong

những năm đầu thập niên 70 những hệ thống dùng PLC còn có thêm khả năng vận hành

với những thuật toán hỗ trợ (Arithmetric), vận hành với đữ liệu cập nhật (DataManipopulation) Mặt khác với sự phát triển của màn hình dùng cho máy tính (Cathod

Ray Tube) nên việc giao tiếp giữa người điều khiển để lập trình cho hệ thống càng trởnên thuận tiện hơn.

Sự phát triển của hệ thống phần cứng và phần mềm từ năm 1975 cho đến nay đã làm

cho hệ thống PLC phát triển mạnh hơn với các chức năng mở rộng: hệ thống ngõ vào/ra

có thé tăng lên đến 8000 công vào/ra, dung lượng bộ nhớ chương trình tăng lên Ngoài

ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với các hệ thống PLC riêng lẽ thành một

hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ Tốc độ xử lý của hệ

thong được cải thiện chu kỳ quét nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với nhữngchức năng phức tạp,số lượng công vào/ra lớn

Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác thông qua

CIM (Computer Integrated Manufacturing) để điều khiển các hệ thống

Robot,Cad/Cam Ngoài ra các nhà thiết kế còn đang xây dựng các thế hệ PLC với chứcnăng điều khiển “thông minh”(intelligence) còn gọi là các siêu PLC (super PLC) cho

tương lai.

4.3.1 Cau trúc và nghiên cứu hoạt động của PLC.VTL6\

% Cấu trúc PLC

Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có hai phan:khéi xử lý trung tâm (CPU:Central

Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra (I/O)

- Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm ba phan: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệthống nguồn cung cấp

Hình 4.6 Sơ đồ khối tong quát của CPUs* Hoạt động của một PLC.

Vệ cơ bản hoạt động của một PLC cũng khá đơn giản Đâu tiên, hệ thông các công

vào/ra (Input/Output) (còn gọi là các module xuất nhập) dùng dé đưa các tín hiệu từ các

thiết bị ngoại vi vào CPU (như các senso,contact,tin hiệu từ động cơ )Sau khi nhậnđược tín hiệu ở ngõ vào thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua Module

xuất ra các thiết bị được điều khiển

Trong suốt quá trình hoạt động,CPU đọc hoặc quét (scan) dữ liệu hoặc trạng thái các

thiết bị ngoại vi thông qua ngõ vào, sau đó thực hiện các chương trình trong bộ nhớ như

sau:một bộ đếm chương trình sẽ nhặt lệnh từ bộ nhớ chương trình đưa ra thanh ghi lệnh

Trên đây chi là mô ta hoạt động đơn giản cua một PLC,với hoạt động này sẽ giúp cho

người thiết kế nắm được nguyên tắc của một PLC.Sơ đồ hoạt động của một PLC là một

vòng quét (scan)( hình 7).

Thực tế khi PLC thực hiện chương trình (Program Execution),PLC khi cập nhật tín

hiệu ngõ vào (ON/OFF), các tín hiệu này không được truy xuất tức thời

Gửi đến Xử lý các yêungo ta cau giao tiép

Doc ngõ Thuc hién

vao chuong trinh

Tu chuan

doan Hình 4.7 Một vòng quét cua PLC.

dé đưa ra (update) ở ngõ ra mà quá trình cập nhật tín hiệu ở ngõ ra (ON/OFF) phải theo

hai bước.

- Khi xử lý thực hiện chương trình, vi xử lý sẽ chuyển đổi các mức logic tương ứng ở

ngõ ra trong “chương trình nội” (đã được lập trình), các mức logic này sẽ chuyên đổi

ON/OFF.Tuy nhiên lúc này các tín hiệu ở ngõ ra “thật (tức tín hiệu đưa ra tai Module

out) vẫn chưa được đưa ra

- Khi xử lý kết thúc chương trình xử lý ,việc chuyển đối các mức logic (của các tiếp

điểm ) đã hoàn thành thì việc cập nhật các tín hiệu ở ngõ ra mới thực sự tác động lênngõ ra dé điều khién các thiết bị ở ngõ ra

* So sánh PLC với các hệ thống điều khiến khác

Trong kỹ thuật điều khiển ngoài PLC ra còn có một số thiết bị điều khiến rời rac khácnhư Relay, mạch SỐ, máy tính Tùy thuộc vào mức độ điều khiển đơn giản hay phứctạp mà người dùng lựa chọn thiết bị điều khiển cho phủ hợp.Sau đây là một số ưu nhượcđiểm của các thiết bị điều khiển thông dụng

Thay đôi, nâng ‘are : » ae # xã

bse wok K Rât khó Khó Khá dê Rat dé

cap va diéu khién

Céng tac bao tri Kém Kém kém Tot

4.3.2 Ưu điểm của thiết bị điều khiển bang PLC

Việc phát triên hệ thông các thiệt bị điêu khiên bang lập trình đã dân thay thê các hệ

thống thiết bị điều khiển bằng tiếp điểm Khi thiết kế một hệ thống điều khiển người

thiết kế cần phải biết ưu nhược điểm của các thiết bị điều khiển để có sự lựa chọn tốt

nhất Sau đây là một số nguyên nhân mà người dùng lựa chọn PLC dé thay thế hệ thống

điều khiển bằng tiếp điểm

- Những kết nồi trong hệ thống giảm được 80% dây nối

- Công suất tiêu thụ của PLC thấp

- Có khả năng đưa tín hiệu ở ngõ vào cao.

- Có khả năng tự chuẩn đoán và phát hiện lỗi giúp cho công tác sửa chữa, bảo trì đượcnhanh chóng, dễ dàng

- Thay đổi trình tự điều khiển một cách dé dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính và manhình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm, bớt các thiết bịxuất nhập

- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vai ms)

- Giá thành của hệ thống giảm khi tiếp điểm tăng

- Độ bền và độ tin cậy cao

- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu

4.3.3 Một vài lĩnh vực sử dụng PUC

Hiện nay PLC đã được sử dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trong côngnghiệp và dan dụng Từ những ứng dụng dé điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ cóchức năng đóng/mở (ON/OFF) thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức

tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, ứng dụng thuật toán trong quá trình sản xuất Các lĩnh vựctiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm

- Hóa học và dầu khí: Định áp suất dầu, bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn, cân

đong trong ngành hóa.

- Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hóa trong chế tạo máy, cân đong, quá trình lắp đặtmáy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại

- Bột giấy, giấy, xử lý giấy: Điều khiển máy băm, quá trình ủ bột, quá trình cán, gia

nhiệt

- Thủy tinh và phim ảnh:Quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong, các khâuhoàn tat sản phẩm, do cắt giấy

thực phẩm rượu bia thuốc lá: Đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình sản

xuất, bơm (bia, nước trái cây) cân đong, đóng gói hòa trộn

- Sản xuất kim loại: Điều khiển quá trính cán, cuốn thép, quy trình sản xuất, kiểm tra

SIEMENS Osr | ono] ono] ogo] no10JL CPU-214

ORUN| O11) H111 | ooo1) H Q11 sroPp| O12 | 1112 | 0902

L1 10.3 | C113 | Q03 H104 | H114 | 1004 Ons | L1 115 | L1 Qos

SIMATIC 0 10.6 H1 Q06

S7-200 0 107 2 Q0.7 6ES7 214-1AC00

DC 1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1.0 L1 1.2 1.3 1.4 15|M L+ DC Beer = as 2S ee Saas

we O OOOOOOOO OOOO liD5n | Cổng truyền thông ,

Hình 4.8.Hình dạng bên ngoài của CPU 214

Bus ngoại biên

fe 003 khién | | Bộ tạo thời

AS 2 | 004 £———] sian bên trong

ACác khối thời gian,đếm

và giới hạn giá trị

Hình 4.9 Sơ đồ khối tổng quát của CPU/PLCkhối xử lý trung tâm (CPU) nhận tín hiệu lối vào dưới dạng nhị phân và được nhập vàoRAM Sau đó CPU xử lý theo chương trình, nhớ kết quả và chuyên điều khiển qua lối ratới cơ câu vận hành.

Bộ đếm địa chỉ có nhiệm vụ chọn trình tự thức hiện và chuyền các thông tin nay từ bộ

nhớ chương trình đến thanh ghi trình tự.thiết bị điều khiển nhận các trình tự từ thanh ghitrình tự, xử lý trình tự hiện hành, thay đổi dia chỉ đếm trong thanh ghi trình tự

s* Các đặc trưng của CPU họ S7-200.

PLC SIMATIC S7-200 có các thông số kỹ thuật sau

Đặc trưng cơ bản của các khối vi xử lý CPU212 và CPU214 được giới thiệu trong bảng

CPU212 CPU214

Bộ nhớ chương trình 512 Words (1KB) có nhớ 2048 Words (4KB) có nhớ

cà, 512 Words chứa 100 Words | 2048 Words (4KB) chứa

Thời gian lưu trữ bộ nhớ 50 Giờ 190 Giờ

Pin kéo dai thời gian nhớ x x

LED chi thi trang thai

me) * *

Ghép nôi máy tinh x x

s* Cac đèn bao trên CPU.

Các đèn báo trên mặt PLC cho phép xác định trạng thái làm việc hiện hành của PLC.

-15 SF (Đèn đỏ) :Khi sang sé thông báo hệ thống PLC bi hỏng

- RUN (Đèn xanh) Khi sáng sẽ thông bao PLC dang lam việc và thực hiện chương

trình được nạp vào máy.

- STOP (Đèn vàng) Khi sáng thông báo PLC đang ở chế độ dừng Dừng chương trìnhđang thực hiện lại.

- Ix.x (Đèn xanh) Thông báo trạng thái tức thời công vào PLC Ix.x (x.x=0.0+ 1.5)

- Qx.x (Đèn xanh) Thông báo trạng thái tức thời công ra PLC Qy.y (y.y=0.0+ 1.1)

s* Giới thiệu về Module Analog EM235 của PLC S7-200 (CPU214).\TL8\

Gôm ba ngõ vào Analog và một ngõ ra Analog.

- Trở kháng vào > I0MO.

- Điện áp cực đại ngõ vào 30 Vdc.

Expansion module

Offset Gain

Hình 4.10 Các công tắc định cấu hình phan cứng trong Module EM235

- Dòng điện cực đại ngõ vào 32(mA).

- Có các bộ chuyên đôi ADC,DAC (12Bit)

- Thời gian chuyên đổi Analog sang Digital < 250(/ s)

- Pham vi điện áp ngõ ra + 10V.

- Phạm vi dòng điện ngõ ra (0+20mA).

- Công suất tiêu tán 2W

- Có LED báo trạng thái

- Có núm chỉnh OFFSET và chỉnh GAIN.

- Có các contact dé lựa chọn phạm vi áp ngõ vào (contact ở vi trí ON hoặc OFF)

- Contact 1 lựa chọn cực tính áp ngõ vao.ON với áp đơn cuc,OFF với áp lưỡng cực.

- Contact (3;5;7;9;11) chon phạm vi điện ap.

Các Contact định cấu hình và các chiết áp chỉnh trong Module EM235

Contact định cấu hình EM235 chọn ngõ vào Đơn | Chọn chọn độ

SWII | SW9 | SW7 | SW5 SW3 SW1 | cực /lưỡng cực độ lợi Suy giảm

ON Don cuc OFF Luong cực OFF OFF XI OFE ON X10

ON OFF X100

ON ON Cam

ON OFF | OFF 0.8 OFF ON OFF 0.4 OFF OFF ON 0.2

Contact định câu hình ‘ _ | Độ phan

Ap ngõ vào x

1 3 5 7 9 11 giải

ON ON OFF ON OFF OFF 0—>50mV 125, V

ON ON OFF OFF ON OFF 0—>100mV 25uV

ON OFF ON ON OFF OFF 0—>500mV 125uV

ON OFF ON OFF ON OFF 0—>1V 250V

ON OFF OFF ON OFF OFF 0—>§5V 1.25mV

ON OFF OFF ON OFF OFF 0—>20mA SUA

ON OFF OFF OFF ON OFF 0—>10V 2.5mV

OFF ON OFF ON OFF OFF +/-25mV 12.5uV OFF ON OFF OFF ON OFF +/-50mV 25uV OFF ON OFF OFF OFF ON +/-100mV 50/V OFF | OFF ON ON OFF OFF +/-250mV 125uV OFF | OFF ON OFF ON OFF +/-500mV 250uV OFF | OFF ON OFF OFF ON +/-1V 500 u V

insourseg Be B- RAC C+ C-|\vo wl [im om + |

EXT! EM235 |

AI 3 x 12 Bit

AQ 1 x 12 Bit |

Hình 4.11 Cách kết nối ngõ/vào ra củaModule mở rộng EM

4.3.5 Công truyền thong.\TL7\

Giao tiếp RS- 232 chỉ có thé truyền tốc độ cao (19.200 Baud) tối đa 16.4m(~50feet)

Dé truyền xa hơn cần giảm tốc độ truyền xuống

Giao tiếp RS485 cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao và đi xa hơn (2km) Tín hiệu được

truyền trên hai dây, ví dụ a và b Khi tín hiệu a cao hơn b, được quy ước là truyền và khi

b cao hon a, được quy ước là nhận.Khi nối giao tiếp RS485 với máy tinh qua 6 RS-232

cần có bộ chuyên đổi RS485-RS232

S7 — 200 sử dung cổng truyền thông nối tiếp RS485 với 6 nối 9 chân (Hình 4.12) dé phục

vụ cho việc ghép nối các thiết bị lập trình hay các tram PLC khác Tốc độ truyền chomáy lập trình kiểu PPI là 9600 baud Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự đo là

Bộ nhớ có một tu nhớ dé giữ thế nuôi, duy tri đữ liệu trong khoảng thời gian khi mat

điện.

Bộ nhớ S7 — 200 được chia thành 4 vùng:

-Vùng nhớ chương trình: Là vùng lưu giữ các lệnh chương trình Vùng này thuộc kiểu

không bị mat dữ liệu (non — volatile), đọc / ghi được

-Vùng nhớ tham số: Là vùng lưu giữ các thông số như từ khoá, địa chỉ trạm Cũng nhưvùng chương trình vùng tham số thuộc kiểu / đọc ghi được

-19 Vùng nhớ dữ liệu: Được sử dung dé trữ các dữ liệu của chương trình

Đối với CPU 214, IKbyte đầu tiên của vùng nhớ này thuộc kiểu đọc / ghi được Vùng

dữ liệu là một miền nhớ động Nó có thé được truy cập theo từng bit, từng byte, từng từđơn (word), hoặc theo từng từ kép (Double word) và được dùng để lưu trữ đữ liệu cho

các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyên, xoay vòng thanhghi, con trỏ dia chi

Vùng đữ liệu chia thành những vùng nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau.

Chúng được ký hiệu bằng chữ cái đầu tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng củachúng:

Vv Variable memory

I Input image resister

O Output image resister

M Internal memory bits

SM Special memory bits

Tất cả các miền này có thé tuy cập theo từng bit, từng byte, từng từ don, hoặc từng từ

kép.

Vùng dữ liệu của CPU 214

Miền V (đọc / ghi)

7 6 5 4 3 2 1 0 vo

V4095

Vùng đệm cổng vào I ( doc/ghi )

7 6 5 4 3 2 1 0 10.x (x =0+7)

I7.x (x =0 + 7)

Vùng đệm cổng ra Q ( đọc / ghi ).

7 6 3 4 3 2 1 0 Q0x(x=0+7)

Q7x(x=0+7)

Vùng nhớ nội M ( đọc / ghi ).

7 6 5 4 3 2 1 0 MO.x (x =0+7)

M31.x (x =0+7)

Vung nho dac biét SM ( chi doc ).

7 6 ° 4 3 2 1 0 SMO0.x (x =0+7)

SM29.x (x =0+7)

Vùng nhớ đặc biệt (đọc / ghi ).

7 6 5 4 3 2 1 0 SM30.x (x =0+7)

SM85.x (x =0+7)

Địa chỉ truy nhập được với công thức.

- Truy cập theo bit: Tên miền ( + ) địa chi byte ( + ) (+) chỉ số bit

Vi dụ: V150.4 chi bit 4 cua byte 150.

- Truy nhập theo byte: Tên miền ( + ) B ( + ) địa chỉ của byte trong miền

Ví dụ: VB150 chỉ byte 150 của miền V

- Truy nhập theo từ: Tên miền ( + ) W ( + ) địa chỉ byte cao của từ trong miền

Ví dụ: VW 150 chỉ từ đơn gồm 2 byte 150 và 151 thuộc miền V trong đó byte 150 làbyte cao trong từ.

15 14 13 12 11 10 9 8 7 5 4 3 2 10

VB150 ( byte cao ) VBIS5I ( byte thap )

-21 Truy nhập theo từ kép: Tên miền ( + ) D ( + ) địa chi của byte cao của từ trong miền

Vi du: VD 150 là từ kép 4 byte 150, 151, 152, 153 thuộc miền V trong đó có byte 150 làbyte cao và 153 là byte thấp trong từ kép

63 32 31 16 15 8 7 0

VB 150 ( byte cao ) VB151 VB152 VB153 ( byte thâp)

Tất cả các byte thuộc vùng dữ liệu đều có thê truy nhập được băng con trỏ Con trỏ được

định nghĩa trong miền V hoặc các thanh ghi AC1, AC2, AC3.Mỗi con trỏ chi địa chỉ

gồm 4byte ( từ kép )

Quy ước dùng con trỏ dé truy nhập như sau:

e & địa chỉ byte ( cao ): Là toán hạng lấy địa chỉ của byte, từ hoặc từ kép

Vi dụ.

ACI = &VBI50: Thanh ghi ACI chứa địa chỉ byte 150 thuộc miền V

VD100 = & VW 150:Từ kép VD100 chứa địa chỉ byte cao (VB150) của từ đơn VW 150.

AC2 = & VD 150: Thanh ghi AC2 chứa địa chỉ byte cao (VB150) của từ kép VD 150.

e Con trỏ: là toán hạng lay nội dung của byte, từ, từ kép mà con trỏ dang chỉ vào

Ví dụ Như với phép gán địa chỉ trên, thì.

*ACI: Lấy nội dung của byte VB 150

*VDI00: Lấy nội dung của từ đơn VW100

*AC2: Lấy nội dung của từ kép VDI50

- Vùng nhớ đối tượng

Vùng đôi tượng đuợc sử dụng đê giữ dữ liệu cho các đôi tượng lập trình như các giá

trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm hay Timer Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các

thanh ghi của Timer, bộ đếm, các bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vảo / ra Analog và các

thanh ghi Accumulator ( AC ).

Kiểu đữ liệu đối tượng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu đối tượng được ghi theo mục

đích cần sử dụng đối tượng đó

Vùng nhớ đối tượng được phân chia như sau.

-23-Bộ đếm tốc độ cao (đọc / ghi )

31 23 8 0

HSCO HSC1 HSC

% Cấu trúc chương trình của PLC S7-200

- Các chương trình cho S7 — 200 có cấu trúc bao gồm chương trình chính (main

program ), sau đó đến chương trình con và chương trình xử lý ngắt

- Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình ( END )

- Chương trình con là một bộ phận của chương trình Các chương trình con phải

được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính ( MEND )

- Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình Nếu cần sử dụngchương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính (MEND )

- Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính.Sau đó đến các chương trình xử lý ngắt

Có thé tự do trộn lẫn các chương trình con va chương trình xử lý ngắt dang sau chươngtrình chính.

“+ Ngôn ngữ lập trình.

- Phân mêm tương thích được sử dụng trong S7 — 200: STEP7 —- MICRO/WIN

- Phiên bản đang được sử dụng đối với S7 — 200:Version 3.2

- S7 - 200 biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình Chươngtrình bao gồm một tập dãy các lệnh S7 — 200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh

đầu tiên và kết thúc ở lệnh cuối cùng

- Một vòng quét bắt đầu bằng việc đọc trạng thái đầu vào, sau đó thực hiện chương

trình và kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu ra Trước khi thực hiện vòng quéttiếp theo,S7 — 200 thực hiện các nhiệm vụ bên trong và các nhiệm vụ truyền thông.

Chương trình thực hiện chương trình là chu trình lặp.

+* Phương pháp lập trình cho S7 — 200.

e Phuong pháp lập trình hình thang -LAD (Ladder Logic ).

LAD:Là ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa có thành phần cơ bản tương ứng với sơ đồ bảngđiều khiển bang Role

Trong chương trình LAD các phần tử cơ bản dùng biểu diễn lệnh logic như sau:

- Tiếp điểm: Biểu tượng mô tả các tiếp điểm của Role là thường mở —| |— hoặcthường đóng —| /|—

- Cuộn dây (coil ): Là biểu tưrợng —{ )— mô ta Role mắc theo chiều dòng điện

cung cấp cho Role

- Hộp ( box ):Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, hoạt động khi có dòng điện chạy

đến hộp Các hàm thường được biểu diễn bằng hộp, thường là các Timer, Counter va

các hàm toán học Cũng như cuộn dây, hộp được mắc theo chiều dòng điện

- Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường nguồnbên trái sang đường nguồn bên phải Đường nguồn bên trái là dây nóng, đường nguồn

bên phải là dây trung hoà (đường nguồn này thường không được thể hiện khi dùng

STEP7 — Micro / Win).Dòng điện đi từ bên trái qua các tiếp điểm, các cuộn dây hoặc cáchộp về bên phải nguồn

e Phuong pháp liệt kê lệnh — STL ( Statement List).

STL là phương pháp thé hiện chương trình dưới dang tap hợp các câu lệnh Mỗi câu lệnh

biểu diễn một chức năng của PLC

Dé tạo chương trình dang STL phải hiểu rõ phương thức sử dụng 9 bit ngăn xếp củaS7 — 200 Ngăn xếp logic là một khối gồm 9 bit thông tin chồng lên nhau ( S0 +S8, trong

đó S0: Stack 0 là bit đầu tiên hay bit trên cùng của ngăn xếp, còn S8: Stack 0 là bit thứ 9

của ngăn xếp ) Tat cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc với bit đầutiên hoặc bit dau và bit thứ hai của ngăn xếp — khi phối hợp hai bit đầu tiên của ngăn xếp

thì ngăn xếp đã được kéo lên một bit

Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trình sẽ tạo ra một chương trìnhSTL tương ứng Ngược lại không phải mọi chương trình viết theo kiểu STL nào cũng có

thể chuyền thành dạng LAD tương ứng

- Ví dụ về phương pháp lập trình

LAD STL

100 Q1.0 LD 10.0

Ht IK- -Q10

-25-4.4 Máy biến dong.\TL5\

Máy biến dòng điện dùng dé biến đổi các dòng điện rat lớn xuống dong điện nhỏ dé

đo lường bằng các dụng cụ đo lường thông thường

Dây quan sơ cấp W1 có ít vòng dây và mắc nối tiếp với phụ tải, dé cho dòng điện lớn

cần đo chạy qua Dây quấn thứ cấp W2 có nhiều vòng, mắc qua Ampeke hoặc của các

mạch dòng điện cần đo khác (hình 4.14) Như vậy, máy biến dòng điện khi làm việc coimhư thứ cấp bị ngắn mạch,dòng điện từ hóa I0 rất nhỏ, nên phương trình cân bằng sức

từ động sẽ bỏ qua thành phan IoW

Khi lam việc, thứ cap máy biến áp dong điện không được hở mach Vì rang dòng điện

sơ cấp là không đổi và bang hh, nếu hở mạch (I›=0), từ thông trong lõi thép sẽ lớn vi

không có tác dụng khử từ của la máy phát nóng quá quy định và ở phía thứ cấp xuất

hiện điện áp lớn nguy hiêm cho cách điện dây quân và cho người sử dụng.

5 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN

- Từ phần cứng đã có đi xây dựng lưu đồ điều khién lập trình cho PLC S7-200

Bước tiếp đến viết chương trình điều khiển cho mô hình máy bằng phần mềm

STEP7- MICRO/WIN Phiên bản đang được sử dụng với S7-200 là Version 3.2.

5.1.2 Bố trí khảo nghiệm

Khảo nghiệm quá trình chạy không tải và có tải lây tín hiệu điện áp vê cho PLC Đôi

với quá trình chạy có tải cần quan tâm đến khe hở giữa hai quả Rulo cao su, điều chỉnhkhe hở luôn ở trong phạm vi cho chất lượng gạo tốt nhất

5.2 PHƯƠNG TIEN

5.2.1.Thiết bị máy dùng để chế tạo mô hình

« May bóc vỏ trau Vikyno

- Model kiêu CL700

e PLC S7-200

- CPU 214 Nguồn nuôi AC Power Supply (220V:240VAC/50Hz)

14 lối vào 24VDC (DC Input), 10 lối ra Relay (Relay output)

- Khối tương tự - Analog Input/ Output EM 235: 4 lối vào tương tu Analog Input 11éi ra

tuong tu ( Analog Output) 12 bit.

- Khối nguồn 24 VDC

- Các dây nối với chốt cắm hai đầu

- Máy tính intel(R) Pentium(R) 4 CPU 2.26 GHz Ram 256 MB.

-27 Cáp chuyền đổi RS485/RS232

- Dong hồ do thé

5.2.2.Các thiết bi co khí dùng dé đo đạc và chế tao mô hình

- Thước kẹp,máy khoan, máy mai

- Kéo cắt tôn mỏng, dày, máy cắt bằng đá

6 THUC HIEN DE TAI VA KET QUA THAO LUAN

6.1 Khảo sat may bóc vỏ trau Vikyno CL 700

Để thực hiện việc điều khiển tự động lực ép rulo trong máy bóc vỏ trấu, đầu tiênchúng ta cần phải đi tìm hiểu về cau tạo chung của máy, các thông số kỹ thuật cần thiết

của máy,nguyên lý làm việc của máy Khao sát máy dé tìm ra chế độ hoạt động tối ưu

nhất

6.1.1 Các thông số kỹ thuật của máy Vikyno CL 700

- Năng suất định mức của máy: 700 (kg/h)

- Công suất định mức cần thiết của máy:2,5(kW)

- Số vòng quay của trục chính Rulô cao su (trục chủ động): 1100 (Vòng/phút)

- Số vòng quay của trục phụ Rulô cao su ( trục bị động ): 846 (Vòng/phút)

- Tỷ số truyền của cặp Rulô cao su: ~ 1,3

- Kích thước của Rulô cao su.

Đường kính 180(mm).

Chiều rộng 100(mm)

- Khe hở của hai Rulô cao su điều chỉnh được trên máy

- Đường kính buly của may:140(mm)

- Dây đai bắt giữa máy và động cơ: 2 dây B45

- Thùng chứa lúa, chứa được gần 20(kg)

- Kích thước bao của máy: 290 x 390 x 600 (mm)

- Động cơ điện sử dụng dé kéo may có các thông số sau