nghiên cứu xây dựng hệ thực nghiệm điều khiển logic và plc cho công tác đào tạo nghề điện công nghiệp trường trung cấp kỹ thuật nghiệp vụ sông hồng

i Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP BÙI THỊ NGOAN NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ PLC CHO CÔNG TÁC ĐÀO TẠO NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRƢỜNG TRUNG CẤP KỸ THUẬT NGHIỆP VỤ SÔNG HỒNG Chuyên ngành: Tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên - 2013 ii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình là do tôi tự làm và nghiên cứu, trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo. Tác giả luận văn Bùi Thị Ngoan iii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU vi MỞ ĐẦU viii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ PLC 1 1.1. Lch sử pht trin ca hệ điu khin lôgic và PLC 2 1.2. Đặc đim chung ca hệ điu khin Logic và PLC 3 1.2.1. Cấu hình phần cứng ca một bộ PLC 3 1.2.1.1. Bộ xử lý 4 1.2.1.2. Bộ nguồn 6 1.2.1.3. Thiết b lập trình 6 1.2.1.4. Bộ nhớ 6 1.2.2. Cấu tạo chung ca PLC 8 1.2.3. Cc vấn đ v lập trình 9 1.2.3.1. Khi niệm chung 9 1.2.3.2. Cc phương php lập trình 11 1.2.3.3. Một số ký hiệu chung 11 1.2.3.4. Phương php hình thang LAD (Ladder Logic) 13 1.2.3.5. Phương php liệt kê 1ệnh STL (Statement List) 14 1.2.3.6. Phương php lưu đồ điu khin CSF (ControlSystemFlow) 15 1.2.4. Cc rơle nội 16 1.2.5. Cc rơle thời gian 16 1.2.6. Cc bộ đếm 17 1.3. Ưu nhược đim ca hệ điu khin logic và PLC 17 1.4. Ứng dụng ca hệ điu khin logic và PLC 20 1.4.1.Gim st &Điu khin cc nhà my công nghiệp 20 1.4.2.Điu khin cc dây chuyn sản xuất 21 Hệ thống tự động hóa Dây chuyn chế biến thực phẩm 21 1.4.3. Giám sát, điu khin giao thông 23 1.4.4. Gim st Điu khin tòa nhà cao ốc thông minh 24 iv Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.4.5. Ứng dụng trong truyn tải điện năng 24 CHƢƠNG 2: THỰC TRẠNG CHƢƠNG TRÌNH VÀ TỔ CHỨC DẠY PLC TRONG NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TẠI TRƢỜNG TRUNG CẤP KT – NV SÔNG HỒNG 25 2.1. Thực trạng 26 2.1.1. Thực trạng v cơ sở vật chất và đội ngũ gio viên 26 2.1.1.1. Giới thiệu 26 2.1.1.2. Cc ngành ngh đào tạo trong trường 26 2.1.2. Đội ngũ gio viên và cơ sở vật chất ngh Điện công nghiệp 28 2.1.2.1. Đội ngũ gio viên khoa Điện công nghiệp 28 2.1.2.2. Cơ sở vật chất giảng dạy ngh Điện công nghiệp 29 2.1.3. Kết quả đạt được trong 3 năm gần đây 35 2.2. Nhu cầu v điu khin logic và PLC ở cc cơ sở gần trường 36 2.3. Cấu trúc nội dung chương trình đào tạo ngh điện công nghiệp 37 2.3.1. Chương trình đào tạo ngh điện công nghiệp 37 2.3.2. Nội dung chương trình môn học PLC cơ bản 39 2.3.2.1. Mục tiêu môn học 39 2.3.2.2. Nội dung môn học và phân bố thời gian 39 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ PLC 41 3.1. Hệ thống cc bài thực hành điu khin logic và PLC 42 3.1.1. Yêu cầu chung 42 3.1.2. Cc yêu cầu cơ bản đối với mô hình thực hành 42 3.2. Đặc đim chung và cấu hình bộ thực hành điu khin logic và PLC 43 3.2.2. Khối PLC S7-200 44 3.2.2.1. Giới thiệu cc tính năng ca PLC S7-200 44 3.2.2.2. Cấu tạo bên ngoài ca PLC S7-200 CPU 224 45 3.2.2.3. Bộ mô phỏng thí nghiệm ca PLC S7-200 CPU 224 46 3.2.3. Cc thiết b trung gian 47 3.2.4. Đối tượng điu khin 47 3.3. Xây dựng bài thực hành: Điu khin đèn giao thông 48 3.3.1. Giới thiệu mô hình 48 v Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.3.2. Cc yêu cầu kỹ thuật 48 3.3.4. Lập trình STL và giản đồ thang 49 3.3.4.1. Khai bo biến 49 3.3.4.2. Lập trình bằng STL 50 3.3.4.3. Lập trình bằng giản đồ thang 51 3.3.5. Mô phỏng hoạt động theo thời gian thực 54 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 57 I. Kết luận 57 II. Hướng nghiên cứu tiếp theo 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 vi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Danh mục các hình vẽ Hình 1.1- Sơ đồ hệ thống bộ PLC 4 Hình 1.2- Cấu hình phần cứng của bộ PLC 4 Hình 1.3- Chu kỳ một vòng quét của PLC 5 Hình 1.4- Hệ thống tín hiệu vào/ra PLC 7 Hình 1.5- Tín hiệu vào PLC 7 Hình 1.6- Tín hiệu ra của PLC 8 Hình 1.7- PLC kiểu hộp đơn 8 Hình 1.8- PLC kiểu module ghép nối 9 Hình 1.9- Hình dáng bộ PLC 9 Hình 1.10. Quy trình lập trình 10 Hình 1.11- Phương pháp lập trình thang LAD 14 Hình 1.13- Phương pháp lập trình CSF 15 Hình 1.12- Sơ đồ dùng Rơle nội 16 Hình 1.14- Quan hệ giá thành 19 Hình 1.15- Dây chuyền sản xuất chế biến thực phẩm 21 Hình 1.16- Cấu hình hệ thống dây chuyền chế biến thực phẩm 23 Hình 1.17- Sơ đồ điều khiển tín hiệu giao thông 23 Hình 2.1- Mô hình nguyên lý động cơ ba pha 29 Hình 2.2- Mô hình cắt bổ động cơ điện xoay chiều một pha 29 Hình 2.3- Mô hình thí nghiệm máy điện một chiều 30 Hình 2.4- Mô hình thí nghiệm máy biến áp một pha và ba pha 30 Hình 2.5- Mô hình thí nghiệm máy điện 30 Hình 2.6- Mô hình thí nghiệm mạch điện một chiều 31 Hình 2.7- Mô hình thí nghiệm mạch điện xoay chiều một pha 31 Hình 2.8- Mô hình thí nghiệm mạch điện xoay chiều ba pha 32 Hình 2.9 - Mô hình thí nghiệm đo lường 32 Hình 2.10- Mô hình thực hành điều khiển tốc độ động cơ điện 33 Hình 2.11- Mô hình thực hành điều khiển động cơ điện 33 Hình 2.12- Mô hình thực hành Điện công nghiệp 34 Hình 2.13- Mô hình tủ điều khiển 34 Hình 2.14- Mô hình tủ điều khiển động cơ máy bơm 35 Hình 2.15- Mô hình thực hành tủ điều khiển 35 Hình 3.1-Cấu hình tổng quát một bài thực hành 43 Hình 3.2- Cấu tạo bên ngoài của PLC S7_200 CPU 224 44 vii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.3- Kết nối máy tính với PLC 46 Hình 3.4- Bộ thí nghiệm PLC S7-200 46 Hình 3.6- Sơ đồ tổng quan 54 Hình 3.7- Đèn báo trạng thái Xanh trục A – Đỏ trục B 54 Hình 3.8 – Đèn báo trạng thái Vàng trục A – Đỏ trục B 54 Hình 3.9- Đèn báo trạng thái Đỏ trục A – Xanh trục B 55 Hình 3.10- Đèn báo trạng thái Đỏ trục A – Vàng trục B 55 Hình 3.11- Mô phỏng bằng phần mềm S7-200 55 Danh mục các bảng biểu Bảng 1.1- Một số ký hiệu ca cc hãng sản xuất 13 Bảng 1.2 - Một số ký hiệu cc rơle nội: 16 Bảng 1.3 So snh hệ điu khin rơle và hệ điu khin PLC 20 Bảng 2.1- Nội dung đào tạo ngh Điện Công nghiệp 37 Bảng 2.2- Nội dung môn học PLC cơ bản 39 viii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Trong lĩ nh vự c sả n xuấ t công nghiệ p hiệ n nay việ c ứ ng dụ ng tự độ ng hóa cụ th là cc dây chuyn sử dụng PLC rất rộng rãi và phổ biến . Việ c sử dụng cc dây chuyn này va nâng cao hiệu suất công việc , tiế t kiệ m được thờ i gian và nguyên vậ t liệ u vừ a nâng cao chấ t lượ ng sả n phẩ m. Bên cạ nh đấ y, khi sử dụ ng cá c dây chuyề n nà y cũ ng đò i hỏ i ngườ i vậ n hà nh có trì nh độ có hiu biết v điu khin Logic và PLC. Việc đào tạo v PLC đã có sự pht trin mạnh ở nhiu trường ngh. Có rất nhiu trường đã đưa công tc giảng dạy v PLC vào chương trình dạy . Tại những trường này học sinh được học tập cả v lý thuyết và thực hành cơ bản do vậy khi ra trường cc em đã được trang b cơ bản v điu khin lôgic và PLC đp ứng được yêu cầu ca nhà tuyn dụng. Bên cạnh đấy vẫn còn một số ít trường cũng đã đưa PLC vào trong chương trình học nhưng mới chỉ dng lại ở những khi niệm chung nhất và lý thuyết cơ bản mà chưa đi sâu vào thực hành. Trường Trung cấp Kỹ thuật - Nghiệp vụ Sông Hồng là một trong những trường như thế. Đ nâng cao chất lượng đào tạo ngh điện công nghiệp nhà trường đang tiến hành xây dựng và bổ xung cc nội dung đào tạo dựa trên cc yêu cầu ca thực tế sản xuất. Chính vì vậy việc nghiên cứu xây dựng hệ thực nghiệm điu khin lôzic và PLC cho công tc đào tạo ngh Điện công nghiệp trong trườ ng Trung cấp Kỹ thuật - Nghiệp vụ Sông Hồng là cầ n thiế t hiện nay. Nội dung ca đ tài được chia làm 3 chương: Chương 1: Tổng quan v Điu khin Logic và PLC Chương 2: Giới thiệu v chương trình và tổ chức đào tạo ngh điện công nghiệp trong trường Trung cấp Kỹ thuật – Nghiệp vụ Sông Hồng Chương 3: Xây dựng mô hình thí nghiệm/ thực hành v điu khin logic và PLC ix Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trong qu trình tiến hành làm luận văn, mặc dù được sự hướng dẫn tận tình ca thầy hướng đẫn PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển và bản thân tc giả cũng cố gắng tìm hiu, nghiên cứu tài liệu và cc công trình đã nghiên cứu, công bố trên cc tạp chí và ấn phẩm khoa học, xong luận văn không th trnh khỏi được cc thiếu sót. Tc giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và nhận xét đnh gi quí bu ca cc thầy cô gio, những nhà nghiên cứu khoa học quan tâm và đồng nghiệp đ luận văn hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới sự sự hướng dẫn tận tình và chu đo ca thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển cùng cc thầy, cô gio, bạn bè đồng nghiệp, sự giúp đỡ v chuyên môn và cc tài liệu ca cc thầy, cô đã làm cho em có được một luận văn hoàn chỉnh và sâu sắc. Em xin chân thành cảm ơn Phòng QLĐT Sau đại học, Ban gim hiệu trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thi Nguyên đã tạo mọi điu kiện thuận lợi nhất v mọi mặt đ em hoàn thành khóa học. Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 16 tháng 01 năm 2013 Người thực hiện Bùi Thị Ngoan 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ PLC Nội dung ca chương này là tập trung nghiên cứu những đặc đim chung nhất ca điu khin Logic và PLC. Đặc biệt đi sâu vào những ứng dụng ca điu khin Logic và PLC. T đó xc đnh hướng nghiên cứu ca đ tài. 1.1. Lch sử pht trin ca hệ điu khin Logic và PLC 1.2. Đặc đim chung ca hệ điu khin Logic và PLC 1.3. Ưu nhược đim ca hệ điu khin Logic và PLC 1.4. Ứng dụng ca hệ điu khin Logic và PLC (Một số dây chuyn sản xuất dùng PLC) [...]... của các trường khác trong khối ngành kỹ thuật Bao gồm các ngành nghề sau: - Hệ trung cấp chuyên nghiệp 1 Xây dựng dân dụng và công nghiệp 2 Điện dân dụng và công nghiệp 3 Sửa chữa, khai thác thiết bị cơ khí - Hệ trung cấp nghề 4 Kỹ thuật xây dựng 5 Cốp pha giàn giáo 6 Cốt thép – Hàn 7 Cấp thoát nước 8 Điện dân dụng 9 Điện công nghiệp 10 Hàn 11 Công nghệ ôtô 12 Vận hành máy thi công nền 13... tạo nghề Điện công nghiệp 2.3.1 Chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp 2.3.2 Nội dung chương trình môn học PLC cơ bản Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 26 2.1 Thực trạng 2.1.1 Thực trạng về cơ sở vật chất và đội ngũ giáo viên 2.1.1.1 Giới thiệu Tiền thân là Trường Đào tạo Công nhân KTXD được thành lập lại ngày 11-10-1983 và được chuyển đổi thành Trường. .. triển của hệ điều khiển lôgic và PLC Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và công nghệ điều khiển logic khả trình dựa trên cơ sở phát triển của tin học mà cụ thể là sự phát triển của kỹ thuật máy tính Kỹ thuật điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) được phát triển từ những năm 1968 -1970 *1968: Richard Morley sáng tạo ý tưởng PLC cho General... máy công nghiệp thì bộ PLC có thể liên kết với bộ điều khiển số NC hoặc CNC hình thành bộ điều khiển thích nghi Trong hệ thống của các trung tâm gia công, mọi quy trình công nghệ đều được bộ PLC điều khiển tập trung 1.2 Đặc điểm chung của hệ điều khiển Logic va PLC ̀ 1.2.1 Cấu hình phần cứng của một bộ PLC Bộ PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản gồm: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện vào/ra... tủ điều khiển và bảo vệ trạm biến áp sử dụng PLC 4 Tự động hóa trạm, kết nối mạng SCADA với các trạm khác Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 25 CHƢƠNG 2 THỰC TRẠNG CHƢƠNG TRÌNH VÀ TỔ CHỨC DẠY PLC TRONG NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TẠI TRƢỜNG TRUNG CẤP KT – NV SÔNG HỒNG Trong chương này tập trung phân tích về công tác giảng dạy PLC trong nhà trường, về cơ sở... dõi và kiểm tra các hệ thống lớn, phức tạp - Cần bảo quản thường xuyên - Kích thước lớn Bộ thiết bị lập trình thường đắt, sử dụng ít 1.4 Ứng dụng của hệ điều khiển logic và PLC 1.4.1.Giám sát &Điều khiển các nhà máy công nghiệp 1 PLC điều khiển khống chế nhiệt độ lò cao trong nhà máy gang thép 2 PLC điều khiển khống chế nhiệt độ của nhà máy nhiệt điện 3 PLC điều khiển nhà máy nước 4 PLC. .. giáo viên đồng thời liên hệ với nhu cầu lao động trong vùng Từ những phân tích đó xác định được mục tiêu đào tạo và hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài 2.1 Thực trạng 2.1.1 Thực trạng về cơ sở vật chất và đội ngũ giáo viên 2.1.2 Đội ngũ giáo viên và cơ sở vật chất nghề Điện công nghiệp 2.1.3 Kết quả đạt được trong 3 năm gần đây 2.2 Nhu cầu về điều khiển logic và PLC ở các cơ sở gần trƣờng... A và B thì C làm việc Người vận hành nhập chương trình (chuỗi lệnh) vào bộ nhớ PLC Thiết bị điều khiển PLC sẽ giám sát các tín hiệu vào và các tín hiệu ra theo chương trình này và thực hiện các quy tắc điều khiển đã được lập trình Các PLC tương tự máy tính, nhưng máy tính được tối ưu hoá cho các tác vụ tính toán và hiển thị, còn PLC được chuyên biệt cho các tác vụ điều khiển và. .. động công đoàn xuất sắc” nhiều bằng khen của Tỉnh Phú Thọ và các Bộ, Ngành 2.1.1.2 Các ngành nghề đào tạo trong trƣờng Trường đào tạo đa dạng các ngành nghề từ hệ sơ cấp nghề cho tới hệ trung cấp chuyên nghiệp Khi học sinh học nghề xong các em có thể tham gia Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 27 lao động trực tiếp hoặc nếu có điều kiện và nhu... mô hình công nghệ in khăn dùng PLC S7-200 6 Thiết kế thi công mô hình đóng gói và phân loại sản phẩm gạo theo khối lượng dùng PLC S7-200 và giao tiếp máy tính 7 Máy cắt tole điều khiển bằng PLC dùng giao diện máy tính 8 Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động dùng PLC 9 Thiết kế và thi công mô hình máy trộn sơn bằng PLC 10 Thiết kế mô hình trạm trộn bê tông điều khiển bằng PLC 11 . Chính vì vậy việc nghiên cứu xây dựng hệ thực nghiệm điu khin lôzic và PLC cho công tc đào tạo ngh Điện công nghiệp trong trườ ng Trung cấp Kỹ thuật - Nghiệp vụ Sông Hồng là cầ n thiế. ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ PLC CHO CÔNG TÁC ĐÀO TẠO NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRƢỜNG TRUNG CẤP KỸ THUẬT NGHIỆP VỤ SÔNG HỒNG Chuyên ngành: Tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT . khin Logic và PLC Chương 2: Giới thiệu v chương trình và tổ chức đào tạo ngh điện công nghiệp trong trường Trung cấp Kỹ thuật – Nghiệp vụ Sông Hồng Chương 3: Xây dựng mô hình thí nghiệm/ thực