Hệ thống pha trộn sơn dùng s7 1200

1.1. Đặt vấn đề: Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hóa, để quá trình này phát triển nhanh chúng ta cần tập trung đầu tư vào các dây chuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao động và cho ra sản phẩm có chất lượng cao. Một trong những phương án đầu tư vào tự động hoá là việc ứng dụng PLC vào các dây chuyền sản xuất. Đối với những tính năng tiện ích của hệ thống PLC nên hiện nay bộ điều khiển này đang được sử dung rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau. Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ nhất hiện nay đó là ngành xây dựng, và việc ứng dụng PLC vào trong ngành xây dựng là một việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao và rất phù hợp, đặc biệt là trong công đoạn pha chế sơn 1.2. Mục đích nghiên cứu: Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng,chủ yếu là sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng, đồng thời cũng là hình thức trang trí thẩm mỹ,chính vì vậy màu sắc của sơn là một yếu tố được quan tâm hàng đầu. Đa số việc pha màu hiện nay trên thị trường đều được thực hiện trên phương pháp thủ công (tức theo kinh nghiệm). Chính vì vậy độ chính xác không cao, sản phẩm sản xuất ra đôi khi không theo mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, năng suất thấp, lãng phí sức lao động, thời gian, Để loại bỏ những nhược điểm trên. Cũng như để tạo ra những sản phẩm theo mong muốn, chỉ bằng một thao tác đơn giản, đưa bộ điểu khiển lập trình PLC vào để thực hiện cụ thể là một dây chuyền sản xuất tự động1.3. Giới hạn đề tài: Từ yêu cầu của đề tài, cũng như khả năng về kiến thức chúng em chỉ thực hiện những công việc sau: Tìm hiểu mô hình Pha màu trong thực tế. Tìm hiểu và nghiên cứu PLC S7 – 1200. Viết chương trình, chạy chương trình trên PLC (CPU 1214). Tìm hiểu phần mền Win CC. Viết giao diện bằng phần mền Win CC, kết nối giao tiếp giữa giao diện Wincc, màn hình HMI và chương trình PLC. Thi công mô hình và phần cứng.

MỤC LỤC I LỜI CÁM ƠN III LỜI MỞ ĐẦU IV NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN V

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHA SƠN TỰ ĐỘNG 1

1.1 Đặt vấn đề: 1

1.2 Mục đích nghiên cứu: 1

1.3 Giới hạn đề tài: 1

1.4 Hướng thực hiện đề tài: 2

1.5 Một số mô hình ngoài thực tế 2

CHƯƠNG 2: MÔ TẢ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 4

2.1 Quy trình điều khiển máy trộn: 4

2.2 Quy trình điều khiển rót sơn: 5

CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 6

3.1 Thiết bị cảm biến: 6

3.1.1 Phân loại cảm biến: 6

3.1.1.1 Cảm biến tiếp xúc: 6

3.1.1.2 Các loại cảm biến không tiếp xúc: 6

3.1.2 Tìm hiểu một số loại cảm biến: 7

3.2 Thiết bị đóng cắt: 10

3.2.1 Khái niệm chung về rơle: 10

3.2.2 Các bộ phận (các khối) chính của rơle 10

3.2.3 Phân loại rơ le: 11

3.2.5 Các thông số của rơle: 12

3.2.6 Rơle trung gian: 13

3.3 Thiết bị đóng xả van: 14

3.3.1 Van điện từ 14

3.3.2 Tổng quan về động cơ điện một chiều: 15

3.3.2.1 Cấu tạo, phân loại động cơ điện một chiều: 15

3.3.2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 18

3.3.2.3 Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ: 21

3.3.2.3.1 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng: 21

3.3.2.3.2 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng: 22

3.3.2.3.3 Ảnh hưởng của từ thông 23

3.3.3 Tổng quan về động cơ giảm tốc 24

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN 25

4.1 Giới thiệu về plc s7-1200 và tia portal 25

4.1.1 Tổng quan về PLC S7-1200: 25

4.1.1.1.3 Module xuất / nhập tín hiệu số: 29

4.1.1.1.4 Module xuất / nhập tín hiệu tương tự: 29

4.1.1.1.5 Module truyền thông: 30

4.1.1.2 Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển: 30

4.1.2 Làm việc với phần mềm SIMATIC TIA Portal: 30

4.1.2.1.2 Cấu trúc lập trình: 31

4.1.2.1.3 Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS: 31

4.1.2.1.5 Giới thiệu một số tập lệnh trong S7-1200: 32

4.2 Giới thiệu về wincc v12 39

4.3 Giới thiệu về hmi 42

4.4 Phân công vào ra: 44

4.5 Lưu đồ thuật toán 45

4.5.1: Thuật toán chọn màu sơn để pha 45

4.5.2 Thuật toán bơm nước rửa: 46

4.6 Sơ đồ đấu nối plc s7-1200 47

CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 48

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54

6.1 Kết luận: 54

6.2 Hướng phát triển: 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 56

Ngày nay, nước ta đang đẩy mạnh công nghiệp hóa – hiện đại hóa, hội nhập kinh tế Quốc tế nhằm đưa đất nước phát triển, mục tiêu đến năm 2020 cơ bản trở thành một nước công nghiệp Song song với việc chú trọng phát triển các ngành kinh

tế thì việc cập nhật, nắm bắt được công nghệ hiện đại đang ngày càng phát triển của toàn thể nhân loại là cực kỳ quan trọng Sinh viên là những chủ nhân tương lai của Đất nước, của xã hội trong đó Đồ án Tốt nghiệp là dấu mốc quan trọng của sinh viên trước khi ra trường, đây là kết quả tích luỹ của quá trình học tập, vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế, giúp cho sinh viên hiện thực hóa khả năng sáng tạo của bản thân, tự tin hơn khi ra trường Và trong quá trình hoàn thành đề tài tốt nghiệp:

“Hệ thống pha, trộn sơn tự động dùng PLC S7-1200”, bản thân em đã học hỏi được

rất nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong khi thực hiện đề tài với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong bộ môn Tự Động Hóa - khoa Điện

Tuy đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện đề tài nhưng sẽ không tránh khỏi những sai sót, mong quý thầy cô bỏ qua và giúp đỡ để em có thể hoàn thành tốt nhiệm vụ và củng cố kiến thức ngày càng vững vàng hơn nhằm trang bị những kiến thức cần thiết để tạo bước đệm khi ra trường đi làm.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Tự Động Hóa - khoa Điện đặc biệt là T.S Giáp Quang Huy đã luôn quan tâm, giúp đỡ và tạo những điều kiện thuận lợi nhất giúp em có thể hoàn thành đề tài này đúng thời hạn được giao.

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2015

Sinh viên thực hiện

TRẦN HOÀI BẢO

Trong công cuộc đẩy mạnh Công nghiệp hóa – hiện đại hóa Đất nước, việc đầu

tư và ứng dụng các dây chuyền sản xuất, tự động hóa nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất và nâng cao năng suất lao động, cho ra sản phẩm chất lượng, đáp ứng nhu cầu của khách hàng là rất quan trọng Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ hiện nay đó là ngành xây dựng và việc ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động hóa trong lĩnh vực này cũng không thể thiếu trong đó có công nghệ và kỹ thuật pha, trộn sơn Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng, chủ yếu

là sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng đồng thời cũng là hình thức trang trí thẩm mỹ Chính vì vậy, màu sắc của sơn là một trong những yếu tố được quan tâm hàng đầu Đa số việc pha màu hiện nay trên thị trường đều được thực hiện trên phương pháp thủ công (theo kinh nghiệm) Chính vì vậy độ chính xác không cao, sản phẩm tạo ra không như mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, năng suất thấp, lãng phí sức lao động, thời gian…

Để loại bỏ những nhược điểm trên, cũng như để tạo ra những sản phẩm theo mong muốn, chúng ta ứng dụng, đưa bộ điểu khiển lập trình PLC vào để thực hiện cụ thể là một dây chuyền sản xuất tự động.Vì vậy em đã nhận đề tài “Hệ thống pha, trộn sơn tự động dùng PLC S7- 1200” nhằm tìm hiểu kỹ hơn vể dây chuyền đó.

Với những kiến thức học được trong suốt thời gian qua cùng với sự giúp đỡ tậntình của TS Giáp Quang Huy và các quý thầy cô, bạn bè và gia đình, chúng em đã

hoàn thành việc nghiên cứu và thi công mô hình “Hệ thống pha trộn sơn tự động dùng PLC S7 - 1200” Do kiến thức có hạn, kinh phí hạn hẹp và thời gian không cho

phép nên trong đồ án này chúng em chỉ đi sâu vào các nội dung sau:

 Tổng quan về công nghệ pha sơn tự động

 Mô tả quy trình công nghệ

 Cảm biến và cơ cấu chấp hành

 Thiết kế điều khiển

 Kết luận và hướng phát triển đề tài

Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2015 Giáo viên hướng dẫn

TS Giáp Quang Huy

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHA SƠN TỰ ĐỘNG1.1 Đặt vấn đề:

Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hóa, để quátrình này phát triển nhanh chúng ta cần tập trung đầu tư vào các dây chuyền sản xuất

tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao động vàcho ra sản phẩm có chất lượng cao Một trong những phương án đầu tư vào tự độnghoá là việc ứng dụng PLC vào các dây chuyền sản xuất Đối với những tính năng tiệních của hệ thống PLC nên hiện nay bộ điều khiển này đang được sử dung rất nhiềutrong các lĩnh vực khác nhau Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ nhấthiện nay đó là ngành xây dựng, và việc ứng dụng PLC vào trong ngành xây dựng làmột việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao và rất phù hợp, đặc biệt là trong công đoạn phachế sơn

1.2 Mục đích nghiên cứu:

Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng,chủ yếu

là sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng, đồng thời cũng là hình thứctrang trí thẩm mỹ,chính vì vậy màu sắc của sơn là một yếu tố được quan tâm hàng đầu

Đa số việc pha màu hiện nay trên thị trường đều được thực hiện trên phương pháp thủcông (tức theo kinh nghiệm) Chính vì vậy độ chính xác không cao, sản phẩm sản xuất

ra đôi khi không theo mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, năng suất thấp, lãng phí sứclao động, thời gian, Để loại bỏ những nhược điểm trên Cũng như để tạo ra những sảnphẩm theo mong muốn, chỉ bằng một thao tác đơn giản, đưa bộ điểu khiển lập trìnhPLC vào để thực hiện cụ thể là một dây chuyền sản xuất tự động

1.3 Giới hạn đề tài:

Từ yêu cầu của đề tài, cũng như khả năng về kiến thức chúng em chỉ thực hiệnnhững công việc sau: Tìm hiểu mô hình Pha màu trong thực tế Tìm hiểu và nghiêncứu PLC S7 – 1200 Viết chương trình, chạy chương trình trên PLC (CPU 1214) Tìmhiểu phần mền Win CC Viết giao diện bằng phần mền Win CC, kết nối giao tiếp giữagiao diện Wincc, màn hình HMI và chương trình PLC Thi công mô hình và phầncứng

1.4 Hướng thực hiện đề tài:

Nghiên cứu mô hình máy pha màu từ các bồn chứa vật liệu cơ bản (các màu cơbản và thành phần để tổng hợp nên màu cơ bản) Ấn định sản xuất một số màu (cam,xanh lá cây, lam, thẩm, chàm) từ các màu cơ bản (đỏ, vàng, xanh) Ấn định sản xuấtlượng sản phẩm được người sử dụng nhập từ giao diện Sử dụng giao diện để người sửdụng lựa chọn sản phẩm và tỷ lệ theo các thành phần màu để có một màu theo mongmuốn Sử dụng các bộ timer để tính thời gian trộn và xả sản phẩm Thông qua PLC đểtác động đóng mở các van cấp nguyên vật liệu và điều khiển động cơ khuấy trộn Vẽgiao diện về mô hình và bảng điều khiển, bảng mã màu để dễ dàng trong việc giám sát

và điều khiển Kết nối giữa giao diện Wincc, giám sát hệ thống qua màn hình HMI vàchương trình PLC Thi công mô hình và điều khiển mô hình hoàn toàn hoạt động

1.5 Một số mô hình ngoài thực tế

Hình 1.1 Hệ thống pha màu sơn của Seamaster

Hình 1.2: Hệ thống máy pha màu tự động hiện đại Solite Paint

2.1 Quy trình điều khiển máy trộn:

Sơ đồ công nghệ cho thấy: bình trộn là nơi trộn để tạo ra các màu sơn khác nhau

và cũng là nơi rửa sơn sau khi kết thúc quá trình trộn mẻ đó Trong sơ đồ cho thấy cóđường ống để đưa ba loại sơn màu khác nhau (Gồm các màu theo thứ tự: Đỏ, vàng,xanh) làm cơ sở cho việc tạo ra màu sơn mong muốn

Quy trình làm việc được thực hiện như sau: Trước tiên van xả các loại sơn khácmàu nhau vào bồn, loại sơn thứ nhất được xả vào bình bằng van điện từ 1 trongkhoảng thời gian t1, loại sơn thứ hai được xả vào bình qua van điện từ 2 trong khoảngthời gian t2, loại sơn thứ ba được xả vào bình bằng van điện từ 3 trong khoảng thờigian t3 Các van dừng đưa sơn vào bình khi đã bơm đủ khoảng thời gian định sẳn thìbắt đầu quá trình trộn Quá trình này được điều khiển bởi động cơ trộn, thời gian là 5giây Sau khi trộn xong, sản phẩm được đưa ra rót thẳng vào bình chứa trung gian

2.2 Quy trình điều khiển rót sơn:

Khâu rót sơn ra hộp được thực hiện sau khi chương trình trộn sơn kết thúc, cáchộp sơn được đặt trên băng tải, có hai cảm biến để báo quá trình rót sơn tự động

Các cảm biến được dùng trong qua trình rót sơn:

- Cảm biến 1: báo hộp sơn đã đến đúng vị trí để rót sơn

- Cảm biến 2: báo hộp sơn đến cuối băng tải cần được đưa

Khi quá trình trộn sơn kết thúc, ta mới thực hiện rót sơn vào hộp Khi sơn đãđược trộn xong, băng tải chạy để đưa hộp sơn đến đúng vị trí để rót sơn Cảm biến 1báo hộp sơn đã đến đúng vị trí thì băng tải ngưng và van rót sơn mở để đưa sơn xuốnghộp trong khoảng thời gian t do ta tính trước để đảm bảo sơn đã được rót đầy vào hộpthì van đóng lại ngưng rót sơn đồng thời băng tải chạy lại để đưa hộp sơn ra cuối băngtải và đồng thời hộp sơn tiếp theo cũng đến vị trí rót

Hình 2.2: Mô hình sao màu RYB

Ở đây ta sẽ nhập số tương ứng với màu cần chọn vào Wincc, màn hình HMI để,

để nó điểu khiển thời gian xả của ba van tương ứng.

CHƯƠNG 3 CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH

 Các thiết bị thường dùng trong hệ thống trộn sơn tự động:

Cảm biến được định nghĩa như một thiết bị dùng để biến đổi các đại lượng vật

lý và các đại lượng không điện cần đo thành các đại lượng có thể đo được (dòng điện,điện thế, điện dung, trở kháng…) Cảm biến là thành phần quan trọng nhất trong mộtthiết bị đo hay trong mộ hệ thống điều khiển tự động Chúng có mặt trong các hệthống phức tạp, robot, kiểm tra chất lượng sản phẩm, trò chơi điện tử, vv…

Vấn đề phát hiện vật thể là một trong những vấn đề cơ bản trong đề tài thiết kế,điều khiển cửa tự động Để phát hiện vật thể chúng ta có thể áp dụng rất nhiều nguyêntắc vật lý khác nhau Sau đây chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu về một số phương phápphát hiện vật thể điển hình

3.1.1 Phân loại cảm biến:

3.1.1.1 Cảm biến tiếp xúc:

- Gắn trực tiếp lên đại lượng cần đo và tín hiệu phát ra của chúng có thể mộtđại lượng vật lý có tương quan tỷ lệ với đại lượng đo

3.1.1.2 Các loại cảm biến không tiếp xúc:

+ Cảm biến điện từ, siêu âm đo khoảng cách, phát hiện vật thể

+ Cảm biến điện dung

+ Cảm biến quang học đo khoảng cách phát hiện sự hiện diện

+ Cảm biến hồng ngoại

3.1.2 Tìm hiểu một số loại cảm biến:

1 Cảm biến tiệm cận:

Do tính phổ biến cũng như chức năng, cảm biến tiệm cận được sử dụng nhiềutrong công nghiệp

Cảm biến tiệm cận dung để phát hiện vật thể kim loại từ tính, kim loại không

từ tính (như Nhôm, đồng…) Sử dụng cảm biến loại điện cảm (Inductivity ProximitySensor) và phát hiện vật phi kim sử dụng loại cảm biến tiệm cận kiểu điện dung(Capacitve Proximity Sensor) Đồng thời có sẵn Model đáp ứng được hầu hết các điềukiện môi trường lắp đặt: nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp, chống nước, chống hóa chất …

*Cảm biến tiệm cận điện cảm

Hình 3.1 Hình ảnh cho cảm biến tiệm cân điện cảm

Hình 3.2: Cảm biến tiệm cận dung trong đồ án.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của loại cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm:

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lí hoạt động cảm biến kiểu điện cảm

Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm phát hiện sự suy giảm từ tính do dòng điệnxoáy sinh ra trên bề mặt vật dẫn do từ trường ngoài Trường điện từ xoay chiều sinh ratrên cuộn dây và thay đổi trở kháng phụ thuộc vào dòng điện xoáy trên bề mặt vật thểkim loại được phát hiện

Một phương pháp khác để phát hiện vật thể bằng nhôm nhờ phát hiện pha của tần

số Tất cả các cảm biến phát hiện kim loại đều sử dụng cuộn dây để phát hiện sự thayđổi điện cảm Ngoài ra còn có loại cảm biến đáp ứng xung, loại này phát ra dòng điệnxoáy dưới dạng xung và phát hiện số lần thay đổi dòng điện xoáy với điện áp sinh ratrên cuộn dây

Vật thể cần phát hiện và cảm biến khi tiến gần nhau giồng như hiện tượng cảmứng điện từ trong máy biến áp

*Cảm biến tiệm cân điện dung

Hình 3.3 Hình ảnh cho cảm biến tiệm cận điện dung

Nguyên lý phát hiện của cảm biến loại điện dung:

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lí hoạt động cảm biến điện dung

Trong cảm biến tiếp cận điện dung, sự có mặt của đối tượng làm thay đối điệndung C của các bản cực Cảm biến tiếp cận điện dung cũng gồm bốn bộ phận chính làcuộn dây và lõi ferit, mạch dao động, mạch phát hiện, mạch đầu ra

Tuy nhiên cảm biến tiếp cận điện dung không đòi hỏi đối tượng là kim loại.Đối tượng phát hiện có thể là chất lỏng, vật liệu phi kim loại; thuỷ tinh, nhựa Tốc

độ chuyển mạch tương đối nhanh, có thể phát hiện đối tượng có kích thước nhỏ,phạm vi cảm nhận lớn

Hạn chế yếu của cảm biến điện dung là chịu ảnh hưởng của độ ẩm và bụi Cảmbiến tiếp cận điện dung có vùng cảm nhận lớn hơn vùng cảm nhận của cảm biến tiếpcận điện cảm Để có thể bù ảnh hưởng của môi trường và đối tượng, cảm biến tiếp cậnđiện dung thường có một chiết áp điều chỉnh

Giá trị điện dung phụ thuộc vào kích thước và khoảng cách của đối tượng Mộtcảm biến tiệm cận điện dung thông thường tương tự như tụ điện với 2 bản điện cựcsong song, và điện dung thay đổi giữa 2 bản cực đó sẽ được phát hiện Một tấm điệncực là đối tượng cần phát hiện và một tấm kia là bề mặt của cảm biến Đối tượng cóthể được phát hiện phụ thuộc vào giá trị điện môi của chúng

3.2 Thiết bị đóng cắt:

3.2.1 Khái niệm chung về rơle:

Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tínhiệu đầu vào đạt những giá trị xác định Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạchđiện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực

3.2.2 Các bộ phận (các khối) chính của rơle.

a) Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu):

Có nhiệm vụ trực tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành các đạilượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối không gian

b) Cơ cấu trung gian (khối trung gian).

Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nóthành đại lượng cần thiết cho rơle tác động

c) Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành):

Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển

Hình 3.5: Sơ đồ khối của rơle điện từ.

Các khối trong rơle điện từ (hình 3.2.2.1)

+ Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây

+ Cơ cấu trung gian là mạch từ nam châm điện.

+ Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm

3.2.3 Phân loại rơ le:

Có nhiều loại rơle với nguyên lý và chức năng làm việc rất khác nhau Do vậy

có nhiều cách để phân loại rơle

a) Phân loại theo nguyên lý làm việc gồm các nhóm:

- Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle cảm ứng…)

- Rơle nhiệt

- Rơle từ

- Rơle số, điện từ, bán dẫn…

b) Phân loại theo nguyên lý tác động của cơ cấu chấp hành:

- Rơle có tiếp điểm: Loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở cáctiếp điểm

- Rơ le không tiếp điểm (rơle tĩnh): Loại này tác động bằng cách thay đổiđột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như:điên cảm, điện dung, điện trở…

c) Phân loại theo đặc tính tham số vào:

d) Phân loại theo cách mắc cơ cấu:

- Rơle sơ cấp: Được mắc trực tiếp vào mạch cần bảo vệ

- Rơle thứ cấp: Được lắp vào mạch thông qua biến áp đo lường hay biếndòng điện

e) Phân theo gia trị và chiều các đại lượng đi vào rơ le:

- Rơ le cực đại

- Rơ le cực tiểu

3.2.4 Đặc tính vào ra của rơle.

Hình 3.6 Đặc tính vào ra của rơle

Quan hệ giữa đại lượng vào và ra của rơ le như hình minh họa

Khi đại lượng đầu vào X biến thiên từ 0 đến X2 thì đại lượng đầu ra Y= Y1 đến khi X= X1 thì Y tăng từ Y= Y1 đến Y= Y2 (nhảy bậc) Nếu X tăng tiếp thì Y không đổi Y= Y2 Khi X giảm từ X2 về lại X1 thì Y= Y2 đến X= X1 thì Y giảm từ Y2 về Y= Y1 Nếu gọi:

+ X=X2= Xtđ là giá trị tác động rơ le

+ X=X1=Xnh là giá trị nhả của rơ le

3.2.5 Các thông số của rơle:

* Hệ số điều khiển rơle:

Tỷ số Kđk = Pđk/Ptđ gọi là hệ số điều khiển của rơle

- Pđk là công suất điều khiển định mức của rơ le, chính là công suất định mứccủa cơ cấu chấp hành

- Ptđ là công suất tác động, chính là công suất cần thiết cung cấp cho đầu vào

 Thời gian tác động:

Là thời gian kể từ thời điểm cung cấp tín hiệu cho đầu vào, đến lúc cơ cấu chấphành làm việc Với 13ung điện từ là quãng thời gian cuộn dây được cung cấp dòng(hay áp) cho đến lúc hệ thống tiếp điểm đóng hoàn toàn (với tiếp điểm thường mở) và

mở hoàn toàn (với tiếp điểm thường đóng)

3.2.6 Rơle trung gian:

- Rơ le trung gian được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống bảo vệ điện trongcác hệ thống điều khiển tự động

- Do có số lượng tiếp điểm lớn, vừa thường đóng vừa thường mở Rơ le trunggian được sử dụng khi khả năng đóng cắt của rơ le chính không đủ, hoặc chia tín hiệu

từ rơ le chính đến nhiều bộ phận khác nhau của sơ đồ mạch điều khiển

- Trong các bảng mạch điều khiển linh kiện điện tử, Rơ le trung gian thườngđược dùng làm các phần tử đầu ra để truyền tín hiệu cho bộ phận mạch phía sau, đồngthời cách ly điện áp giữa phần điều khiển thường là điện áp thấp, một chiều (5V, 10V,12V, 24V) với phần chấp hành thướng là điện áp lớn xoay chiều (220V, 380V)

Hình 3.7 Rơ le trung gian

 Những yêu cầu khi chọn rơ le trung gian:

- Công suất tiêu thụ nhỏ

- Kết cấu sử dụng đơn giản

- Công suất ngắt của hệ thống là đủ lớn

- Độ bền cơ, độ bền điện của cặp tiếp điểm

- Số lượng cặp tiếp điểm phù hợp với nhu cầu sử dụng

Hình 3.8: Rơ le trung gian sử dụng trong đồ án

3.3 Thiết bị đóng xả van:

3.3.1 Van điện từ

Hình 3.9: Van điện từ

1 Van chính

2 Đai ốc 4 cạnh

3 Đường ra dây điện

4 Cuộn dây phối hợp

Van điện từ là cơ cấu chấp hành thông dụng nhất Nguyên lý hoạt động cơ bản là

sự di chuyển lõi sắt (piston) trong cuộn dây Bình thường piston được giữ bên ngoàicuộn dây Khi cuộn dây được cấp điện, cuộn dây sinh ra từ trường hút piston và kéo nóvào trung tâm của cuộn dây Ứng dụng quan trọng nhất của van điện từ là điều khiểncác van khí nén, thủy lực và khóa cửa xe

Hình 3.10: Nguyên lí làm việc của van điện từ

3.3.2 Tổng quan về động cơ điện một chiều:

3.3.2.1 Cấu tạo, phân loại động cơ điện một chiều:

a Cấu tạo của động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phầnđộng

- Phần tĩnh hay stato hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từtrường nó gồm có:

+) Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích từbằng nam châm điện), mạch từ được làm băng sắt từ (thép đúc, thép đặc) Dây quấnkích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ, các cuộn dâyđiện từ nay được mắc nối tiếp với nhau

+) Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấnkích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điệnhay thép cacbon dày 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong động cơ điện nhỏ có thểdùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông

Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đềuđược bọc cách điện kỹ thành một khối, tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ.Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau

+) Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính Lõi thép của cực từphụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạogiống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông

+) Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏmáy Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại, trong máyđiện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.+) Các bộ phận khác:

Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và

an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tácdụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang

Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than baogồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổithan được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thể quayđược để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ, sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít

Cuộn dây phần ứng: Gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một qui luật nhất định

Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các phiến đồng

gọi là phiến góp, các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trụcgọi là cổ góp hay vành góp

Tỳ trên cổ góp là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào thành

cổ góp nhờ lò xo

+) Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điệndày 0,5 (mm0 phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòngđiện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dâyquấn vào Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thônggió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục Trongnhững động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa nhữngđoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khi máy làm việc gió thổi qua cáckhe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phầnứng được ép trực tiếp vào trục Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giárôto Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto

+) Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động

và có dòng điện chạy qua, dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cáchđiện Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kW thường dùng dây có tiết diện tròn.Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật, dây quấn được cáchđiện cẩn thận với rãnh của lõi thép Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệngrãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn Nêm có thể làm bằng tre, gỗ haybakelit

+) Cổ góp: Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằnglớp mica dày từ 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròndùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằngmica Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vàcác phiến góp được dễ dàng

b Phân loại, ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều

- Phân loại động cơ điện một chiều

Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người taphân loại theo cách kích thích từ các động cơ Theo đó ta có 4 loại động cơ điện mộtchiều thường sử dụng:

+) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cungcấp từ hai nguồn riêng rẽ

+) Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc songsong với phần ứng

+) Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tếpvới phần ứng

+) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có 2 cuộn dây kích từ, mộtcuộn mắc song song với phần ứng và một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng

- Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều

Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải , cả máyphát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vậnhành mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi vàphổ biến Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định trong côngnghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liêntục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện )

Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thìgiá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phứctạp hơn Nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếutrong nền sản xuất hiện đại.

+) Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện haymáy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau Song ưu điểm lớn nhất củađộng cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải Nếu như bản thânđộng cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chiphí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiền thì động cơ điện mộtchiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạchđiều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao

+) Nhược điểm chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp - chổithan nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễcháy nổ

3.3.2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

a Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Khi cho điện áp một chiều vào, trong dây quấn phần ứng có điện Các thanh dẫn

có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay, chiều của lựcđược xác định bằng quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí cácthanh dẫn đổi chỗ cho nhau Do có phiếu góp chiều dòng điện dữ nguyên làm chochiều lực từ tác dụng không thay đổi Khi quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảmứng với suất điện động Eư chiều của suất điện động được xác định theo quy tắc bàntay phải, ở động cơ chiều sđđ Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sứcphản điện động Khi đó ta có phương trình: U = Eư + Rư.Iư

b Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từ phương trình cân bằng điện

áp của động cơ:

Uư = Eư + (Rư + Rf)Iư = Eư + RIư (1)Trong đó:

Uư: điện áp phần cứng (V)

Eư: sức điện động phần ứng (V)

Rư: điện trở của mạch phần ứng ()

Iư: dòng điện mạch phần ứng (A) với Iư = rư + fcf + fb + rct

rư: điện trở cuộn dây phần ứng ()

fcf: điện trở cuộn dây phần phô ()

fb: điện trở cuộn dây phần ứng ()

rct: điện trở tiếp xúc của chổi điện ()

Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo công thức

f u u

k

R R k

U k

k

R R k

U

2 ) ( 

k

R R k

U

2 ) ( 









Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mô men trục điện cơ bằng mô menđiện từ, ta kí hiệu là M, nghĩa là: Mđt = Mcơ = M

đt f u

k

R R k

U

2 ) ( 

Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông  = const thì phương trình đặc tính cơ điện (2) và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính đồ thị của chúng được thể hiện như sau:

Theo các đồ thị trên khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có:

R R

U





Imn, Mnm, được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch

- Nhận xét: Nếu cho U, Rư + Rf,  là hằng số thì phương trình (3) sẽ là phươngtrình bậc nhất:





  0  D

M k

®m Inm

ω

®m

ω0ω

M

Hình 3.11: Phương trình đặc tính cơ điện

Từ phương trình đặc tính cơ:

đt f u

k

R R k

U

2

) ( 

Ta lần lượt xét ảnh hưởng của các tham số này đến đặc tính cơ

3.3.2.3.1 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:

Giả thiết Uư = Uđm và  = dm = const

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạchphần ứng

Hình 3.13: Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

khi tăng điện trở trong mạch phần ứng.

- Tốc độ không tải lý tưởng: const

D



f u

dm

R R

k M

- Rf khác 0 càng lớn thì  càng nhỏ dần, với đặc tính cơ càng dốc

Như vậy khi thay đổi điện trở phụ ta được một họ đặc tính cơ như hình 3.6, ứngvới một tải phụ Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ càng giảm, đồng thời dòng điệnngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm Cho nên người ta thường sử dụngphương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ

3.3.2.3.2 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:

Giả thiết từ thông  = dm = const, điện áp phần ứng Rư = const trong thực tếthường giảm điện áp theo hướng giảm so với Uđm, ta có:

- Tốc độ không tải 0 var





dm

x x

k

U



Ta thấy tốc độ  0x thay đổi theo sự thay đổi của điện áp phần ứng U x khi điện

áp phần ứng giảm xuống thì tốc độ cũng giảm xuống



Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta được một họ đặc tính

cơ song song với đường đặc tính cơ tự nhiên Nhận thấy rằng khi thay đổi điện áp,thực chất là giảm áp thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm vàtốc độ của động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định Vì vậy phương pháp nàycũng được sử dụng để điều chình tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động

Hình 3.14: Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện 1 chiều kích từ độc

lập khi giảm điện áp phần ứng

3.3.2.3.3 Ảnh hưởng của từ thông

Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm = const, điện trở phần ứng Rư = const

Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ

Trong trường hợp này:

- Tốc độ không tải: 0 var





x

dm x

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên khi

từ thông giảm thì  0x tăng, còn  sẽ giảm Ta có một họ đặc tính cơ với  0xtăngdần và độ cứng đặc tính giảm dần khi giảm từ thông

Hình 3.15 Đặc tính cơ (a) và đặc tính điện (b) của động cơ điện một chiều kích

từ độc lập khi giảm từ thông.

Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

ω04

ω03

ω02

ω01ω

®m,TN

,TN

Inm Ia)

ω0

ω01

ω02ω

- Dòng điện ngắn mạch: const

R

U I

M

Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểudiễn hình 16

Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì giảm

từ thông tốc độ động cơ tăng lên

Động cơ quay trong 5s để khuấy sơn.

3.3.3 Tổng quan về động cơ giảm tốc

Thực chất là động cơ điện một chiều, được gắn thêm hệ thống bánh răng

Hình 3.16: Động cơ giảm tốc dùng trong đồ án

- Động cơ giảm tốc được sử dụng trong băng chuyền giúp băng chuyền chạy ổn

định hơn

- Tốc độ quay 100 vòng/phút

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN4.1. Giới thiệu về plc s7-1200 và tia portal

4.1.1 Tổng quan về PLC S7-1200:

Hình 4.1.Hình dáng bên ngoài của PLC S7-1200 và các module mở rộng.

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200

So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soátnhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làmcho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200.S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, cácđầu vào/ra (DI/DO)

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trìnhđiều khiển:

+ Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC.+ Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình

S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài

ra, có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ bangôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIAPortal của Siemens