thiết kế mô phỏng hệ điều khiển plc cho thiết bị mạ chân không

MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Chương 1. KHẢO SÁT QUY TRÌNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ MẠ CHÂN KHÔNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỒ QUANG 3 1.1. Các thành phần sử dụng hiện tại 3 1.2. Các điều kiện đóng/ngắt đối với một số chi tiết 4 1.2.1. Bơm sơ cấp 4 1.2.2. Bơm Turbo 4 1.2.3. Nguồn dòng hồ quang 5 1.2.4. Đối với các van trong hệ chân không 5 1.2.5. Các đầu đo 5 1.2.6. Bộ nung nhiệt đế 5 1.3. Quy trình hoạt động 6 1.3.1. Quy trình bật máy và kiểm tra các tín hiệu ban đầu 6 1.3.2. Quá trình hút chân không sơ cấp 6 1.3.3. Quy trình hút chân không cao 7 1.3.4. Quy trình mạ hồ quang 7 1.3.5. Chờ nguội mẫu sau quá trình bốc bay 8 1.3.7. Quy trình kết thúc hoạt động của máy 10 1.4. Các giá trị hiển thị. 10 Chương 2. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300 12 2.1. Giới thiệu chung 12 2.2. Các modul PLC S7-300 13 2.2.1. Modul CPU 14 2.2.2. Modul mở rộng 15 2.3. Kiểu dữ liệu và tổ chức bộ nhớ 17 2.3.1. Kiểu dữ liệu 17 2.3.2. Tổ chức bộ nhớ. 17 2.4. Vòng quét chương trình 19 2.5. Cấu trúc chương trình 21 2.5.1. Lập trình tuyến tính 21 2.5.2. Lập trình cấu trúc 21 2.6. Lập trình cho S7 – 300 23 2.6.1. Các ngôn ngữ lập trình 23 2.6.2. Các lệnh cơ bản của S7 – 300 23 2.7. Phần mềm Simatic Manager Step 7 24 Chương 3. GIỚI THIỆU VỀ SIMATIC WINCC EXPLORER 28 3.1. Phần mềm Simatic WinCC Explorer 28 3.1.1. Giới Thiệu về WINCC 28 3.1.2. Đặc trưng cơ bản của WIN CC 28 3.1.3. Các chức năng của WINCC 29 3.1.4. Biến và các kiểu dữ liệu. 30 3.2. Làm việc với một dự án mới. 32 3.2.1. Tạo một dự án mới. 32 3.2.2. Thực hiện việc chọn PLC và DRIVERS. 34 3.2.3. Thiết kế hệ thống trên Graphics Designer 39 Chương 4. XÂY DỰNG HỆ THỐNG MÔ PHỎNG THIẾT BỊ MẠ CHÂN KHÔNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỒ QUANG 41 4.1. Thiết kế hệ thống trên WINCC. 41 4.2. Lập trình cho hệ thống. 47 4.3. Vận hành hệ thống. 66 KẾT LUẬN 67 PHỤ LỤC 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống mạ chân không. 3 Hình 1. 2: Sơ đồ quy trình hoạt động 6 Hình 2. 1: Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC 13 Hình 2. 2: Cấu hình một thanh rack các modul của một trạm PLC S7-300 14 Hình 2. 3: Một Số CPU của PLC S7-300. 14 Hình 2. 4: Các Modul của PLC S7-300 16 Hình 2. 5: Vòng quét chương trình. 20 Hình 2. 6: Lập trình tuyến tính 21 Hình 2. 7: Quan hệ các khối trong lập trình có cấu trúc. 22 Hình 2. 8: Tạo một Project mới 25 Hình 2. 9: Khai báo CPU 25 Hình 2. 10: Chọn Blocks, ngôn ngữ lập trình. 26 Hình 2. 11: Nhập tên dự án và tạo thành dự án 26 Hình 2. 12: Soạn thảo chương trình 27 Hình 3. 1 : Giao diện chính của WINCC 29 Hình 3. 2: Màn hình khởi động WINCC 32 Hình 3. 3: Tạo một New Project 33 Hình 3. 4: Đặt tên cho dự án 33 Hình 3. 5: Chọn drivers cho PLC 34 Hình 3. 6: Chọn Loại drivers SIMATIC S7 Protocol SUITE 34 Hình 3. 7: Chọn cổng kết nối. 35 Hình 3. 8: Đặt tên cho cổng kết nối 35 Hình 3. 9: Thiết Lập Slot cho cổng kết nối 36 Hình 3. 10: Hình ảnh tạo thành cổng kết nối 36 Hình 3. 11: Thiết lập nhóm các biến. 37 Hình 3. 12: Thiết lập các tác trong một nhóm 37 Hình 3. 13: Tên và kiểu dữ liệu của biến 38 Hình 3. 14: Địa chỉ của biến 38 Hình 3. 15: Các biến được tạo thành. 39 Hình 3. 16: Khởi động giao diện dùng để thiết kế đồ họa. 39 Hình 3. 17: Giao diện thiết kế đồ họa 40 Hình 4. 1: Mô hình hệ thống mạ chân không 41 Hình 4. 2: Hình ảnh Run - Times của hệ thống. 42 Hình 4. 3: Chọn màu và gán tag cho Bồn Mạ 45 Hình 4. 4:Gán Tag cho Bồn mạ 46 Hình 4. 5:Thiết lập kiểu dữ liệu cho tag (Bool) 46 Hình 4. 6:Sơ đồ thuật toán tổng quát của hệ thống. 47 Hình 4. 7: Sơ đồ thuật toán các điều kiện 48 Hình 4. 8: Sơ đồ thuật toán quy trình hút chân không 48 Hình 4. 9: Sơ đồ thuật toán quá trình mạ và kết thúc mạ 49 Hình 4. 10: Sơ đồ chi tiết thuật toán toàn hệ thống 50 Hình 4. 11: Bật PLC- SIM 64 Hình 4. 12: Giao diện của S7-PLCSim Simulation Modules 64 Hình 4. 13: Nạp chương trình cho PLC ảo. 65 Hình 4. 14: Chạy PLC ảo điều khiển hệ thống được thiết kế trên WIN CC 65 1 MỞ ĐẦU  Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Việc tích hợp các thiết bị điều khiển tự động vào các hệ thống ngày càng trở lên quan trọng. Cụ thể với hệ thống mạ chân không của Viện Ứng dụng Công nghệ đang được điều khiển bằng hệ thống các Rơ-le và các thiết bị điện rất phức tạp, điều này khiến cho hệ thống hoạt động tốn rất nhiều năng lượng, chịu nhiều ảnh hưởng của các hiệu ứng gây nhiễu, chiếm không gian lớn. Đặc biệt công việc vận hành khá phức tạp, rất khó sửa chữa bảo dưỡng. Vì vậy việc tích hợp hệ điều khiển PLC để điều khiển cho hệ thống mạ chân không là rất cần thiết qua đó khắc phục được hầu hết các vấn đề mà viện đang gặp phải. Do đó em với yêu cầu của nhà trường với sinh viên sắp ra trường, em đã được Viện Ứng dụng Công Nghệ giao nhiệm vụ nghiên cứu “ Thiết kế mô phỏng hệ điều khiển PLC cho thiết bị mạ chân không. ”  Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Đối với khoa học: Mô phỏng thành công việc điều khiển tự động hệ thống mạ chân không qua hệ điều khiển PLC. Qua đó thấy được quá trình hoạt động hiệu quả của một hệ thống được điều khiển tự động. Đối với đời sống: Việc mô phỏng thành công cho chúng ta cơ sở để thực hiện thiết kế và lắp đặt hệ thống thực, qua đó giúp nâng cao năng xuất của hệ thống mạ chân không, cho ra những sản phẩm đạt tiêu chuẩn về chất lượng, đặc biệt khắc phục được nhiều hạn chế của hệ điều khiển bằng Rơ-le. Từ đó giảm được nhiều chi phí cho các sản phẩm mạ. Đối với sinh viên: Qua nghiên cứu đề tài giúp sinh viên ứng dụng được một số kiến thức cơ bản vào nghiên cứu. Sinh viên cũng học được nhiều kiến thức thực tế, phương pháp nghiên cứu. Tạo sự tự tin cho sinh viên tiếp cận với cái mới.  Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị điều khiển PLC và hệ thống mạ chân không. Phương pháp nghiên cứu: Vận dụng những kiến thức về điều khiển, điện và những kiến thức về thiết kế mô phỏng.  Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tìm hiểu về lập trình cho PLC -Siemen S7-300. 2 Nghiên cứu về phần mềm thiết kế giao diện ngươi máy (HMI) SIMATIC WinCC Explorer – version 7. 0 Nguyên ý hoạt động của hệ thống mạ chân không. Thiết kế hệ thống mạ chân không dưới sự điều khiển giám sát của PLC S7-300. 3 Chương 1. KHẢO SÁT QUY TRÌNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ MẠ CHÂN KHÔNGSỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỒ QUANG Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống mạ chân không. 1.1. Các thành phần sử dụng hiện tại 1.1.1. Hệ bơm chân không - Bơm cơ học (VV1) Nguồn 3 pha x 380V 50Hz. Mức chân không đạt được: 6,7x10 -2 Pa - Bơm Turbo (VV2) Nguồn 3 pha x 380V 50Hz. Mức chân không đạt được: 10 -5 Pa. Áp suất hoạt động: nhỏ hơn 10- 1 Pa. 4 - Van sau bơm khuếch tán VP1: điều khiển khí nén. - Van xả khíVP2: điều khiển khí nén. 1.1.2. Hệ hồ quang - Nguồn dòng: - Tấm che cho mỗi đầu hồ quang:3 tấm cho 3 đầu hồ quang - Cấp khí công tác: 2 đường khí công tác, điều khiển qua MFC 1.1.3. Hệ đo chân không - Đầu đo chân không sơ cấp VG1. - Đầu đo chân không cao VG2. 1.1.4. Hệ các cảm biến điều kiện - 2 cảm biến nước làm mát: bơm turbo VV2, Thành buồng, Nguồn hồ quang - 1 cảm biến trạng thái cửa buồng đóng/mở. - 2 cảm biến hiển thị trạng thái các van của hệ chân không. 1.1.5. Bộ gá quay: Động cơ điện 1 pha x 220V 50 Hz 125W 1.1.6. Nguồn dòng cho hệ gia nhiệt điện trở - Điều khiển nguồn điện 220V AC – 50Hz. - Đầu đo nhiệt độ. 1.2. Các điều kiện đóng/ngắt đối với một số chi tiết 1.2.1. Bơm sơ cấp Chỉ mở khi cửa buồng đóng và các van xả khí đóng. 1.2.2. Bơm Turbo Bơm Turbo VV2 chỉ hoạt động khi thỏa mãn các điều kiện sau: - Có nước làm mát. - Bơm cơ học VV1 hoạt động. - Áp suất trên đầu đo chân không thấp VG1 thấp hơn 10 -1 Pa Nếu bị mất điều kiện trong quá trình hoạt động: - Ngắt bơm VV2. 5 - Hiện thông báo lỗi. 1.2.3. Nguồn dòng hồ quang Nguồn dòng hồ quang chỉ có thể bật được trong quá trình bốc bay với những điều kiện sau: - 2 đường nước làm mát: Có. - Áp suất trên VG2 nhỏ hơn P. Nếu xảy ra mất điều kiện trong quá trình mạ: - Ngắt nguồn cấp. - Hiện thông báo lỗi. 1.2.4. Đối với các van trong hệ chân không - Van xả VP2 chỉ mở khi van hút VP1 đóng và bơm turbo đã dừng hẳn. - Van hút VP1 chỉ mở khi. - Bơm cơ học VV1 hoạt động . - Van xả VP2 đóng. - Cửa buồng đóng. Trạng thái mặc định của các van VP1 và VP2 là đóng, khi xảy ra sự cố, các van sẽ đưa về trạng thái mặc định. 1.2.5. Các đầu đo - Đầu đo VG1 đo chân không thấp: luôn bật. - Đầu đo VG2 đo chân không cao: chỉ bật lên khi áp suất nhỏ hơn giá trị 10 -1 Pa. 1.2.6. Bộ nung nhiệt đế Chỉ bật được khi cửa buồng đóng và chân không nhỏ hơn 10-1Pa. 6 1.3. Quy trình hoạt động Hình 1. 2: Sơ đồ quy trình hoạt động 1.3.1. Quy trình bật máy và kiểm tra các tín hiệu ban đầu Khi bật máy, các tín hiệu ban đầu lập tức được kiểm tra: - Các đường nước làm mát: có - Các bơm chân không: ngắt - Tất cả các van chân không VP1 và VP2: đóng - Cửa buồng: đóng - Các thiết bị nguồn hồ quang, nung nhiệt, bộ gá quay: ngắt Những điều kiện này được đưa ra để khớp với trạng thái của máy khi tắt máy,đảm bảo không có sự cố gì trong thời gian không hoạt động của máy. Nước làm mát được duy trì trong suốt quá trình hoạt động của hệ. 1.3.2. Quá trình hút chân không sơ cấp  Trạng thái ban đầu: - Tất cả các van chân không VP1 và VP2: đóng [...]... động của hệ thiết bị, buồng chân không cần được hút chân không sơ cấp trước khi tắt hoàn toàn hệ thiết bị để tránh hiện tượng ngậm khí trong buồng chân không, khiến cho quá trình hút chân không khi bật lại máy diễn ra lâu Do đó, trạng thái trước khi tắt máy kết thúc làm việc chính là trạng thái cuối của quá trình hút chân không sơ cấp - Các van chân không: VP1 mở, VP2 đóng - Các bơm chân không: VV1... những modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt như modul PID, Modul đọc xung tốc độ cao, modul truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc mạng internet Vì vậy ngày nay S7-300 được ứng dụng rất rộng rãi Với mục đích mô phỏng điều khiển hệ thống mạ chân không, trong khóa luận em dùng PLC S7-300 ảo (S7-PLCSim Simulation Modules) để điều khiểm giám sát hệ thống thông qua việc kết nối với phần... VV1 và VV2 tắt  Quy trình: - Bật bơm cơ VV1 - Mở van VP1 - Hút chân không đến khi đạt 10-1 Pa trên đầu đo chân không thấp VG1  Trạng thái kết thúc - Các van chân không: VP1 mở, VP2 đóng - Các bơm chân không: VV1 bật, VV2 ngắt 1.3.3 Quy trình hút chân không cao  Trạng thái ban đầu: - Các van chân không: VP1 mở, VP2 đóng - Các bơm chân không: VV1 bật, VV2 ngắt  Quy trình: - Khi áp suất trên đầu đo... trình hút chân không thấp để tắt máy hoặc tiếp tục quy trình hút chân không và mạ tiếp theo  Trạng thái kết thúc - Các van chân không: VP1 và VP2 đóng - Các bơm chân không: VV1 bật, VV2 ngắt 9 Sau khi lấu mẫu đã mạ (và gá lắp mẫu mới), quay lại quy trình hút chân không sơ cấp trước khi bắt đầu quy trình mới hoặc tắt máy 1.3.7 Quy trình kết thúc hoạt động của máy  Trạng thái ban đầu: Để kết thúc hoạt... bắt đầu quy trình mạ - Bật bộ quay đế - Bật nguồn nung nhiệt, điều khiển nguồn nung nhiệt thông qua đầu đo nhiệt độ - Áp suất tăng do hiện tượng nhả khí Tiếp tục hút chân không đến khi áp suất đạt giá trị P2 (P2 . Công Nghệ giao nhiệm vụ nghiên cứu “ Thiết kế mô phỏng hệ điều khiển PLC cho thiết bị mạ chân không. ”  Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Đối với khoa học: Mô phỏng thành công việc điều khiển. hoạt động của hệ thống mạ chân không. Thiết kế hệ thống mạ chân không dưới sự điều khiển giám sát của PLC S7-300. 3 Chương 1. KHẢO SÁT QUY TRÌNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ MẠ CHÂN KHÔNGSỬ DỤNG. chọn PLC và DRIVERS. 34 3.2.3. Thiết kế hệ thống trên Graphics Designer 39 Chương 4. XÂY DỰNG HỆ THỐNG MÔ PHỎNG THIẾT BỊ MẠ CHÂN KHÔNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỒ QUANG 41 4.1. Thiết kế hệ thống