Đồ án môn học Kỹ thuật lập trình PLC Vũ Thanh Bình

Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Lời nói đầu Ngày nay, phát triển khoa học kỹ thuật diễn nhanh chóng tồn giới Những thành tựu khoa học kỹ thuật vận dụng thực tế để tạo hàng loạt sản phẩm Một thành tựu khoa học ứng dụng rộng rãi kỹ thuật điều khiển lập trình Tuy phát triển năm gần nhanh chóng thay công nghệ điều khiển lạc hậu, với nhiều đặc điểm ưu việt Trong số phát triển mạnh có khả ứng dụng rộng rãi điều khiển lập trình PLC PLC viết tắt Programmable Logic Controller, thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện PLC dùng để thay mạch rơle thực tế, hoạt động theo phương thức quét trạng thái đầu đầu vào Khi có thay đổi đầu vào đầu thay đổi theo Hiện giới có nhiều hãng sản xuất điều khiển lập trình như: Siemens, Omron, ABB, Misubishi, Delta, GE fanus, với nhiều ứng dụng như: Điều khiển thiết bị thuỷ lực khí nén, điều khiển thang máy, hệ thống đèn giao thông, khởi động động chiều, Sau kết thúc mơn học Lập trình PLC em giao nhiệm vụ: “Nghiên cứu ứng dụng điều khiển PLC S7-200 để điều khiển khởi động động điện chiều qua cấp điện trở theo nguyên tắc thời gian, khơng đảo chiều quay“ Trong q trình làm đồ án gặp nhiều khó khăn hướng dẫn thầy giáo Nguyễn Đắc Nam em hoàn thành đồ án Mặc dù cố gắng thời gian có hạn kiến thức thân cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót Em mong đóng góp ý kiến thầỳ, cô bạn bè để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Phú Thọ, ngày , tháng 04, năm 2016 Sinh viên thực Vũ Thanh Bình SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ PLC 1.1 Khái niệm, phân loại PLC 1.1.1 Khái niệm PLC viết tắt Programmable Logic Controlle, thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ thời gian định hay kiện đếm Một kiện kích hoạt thật bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên gọi thiết bị vật lý Một điều khiển lập trình liên tục “lặp” chương trình “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ngõ vào xuất tín hiệu ngõ thời điểm lập trình Để khắc phục nhược điểm điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển Relay) người ta chế tạo PLC nhằm thỏa mãn u cầu sau : • Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học • Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa • Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình phức tạp • Hồn tồn tin cậy trog mơi trường cơng nghiệp • Giao tiếp với thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, mơ Modul mở rộng • Giá cạnh tranh Các thiết kế nhằm thay cho phần cứng Relay dây nối Logic thời gian.Tuy nhiên, bên cạnh việc địi hỏi tăng cường dung lượng nhớ tính dể dàng cho PLC mà bảo đảm tốc độ xử lý giá … Chính điều gây quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC công nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng từ lệnh logic đơn giản đến lệnh đếm, định thời, ghi dịch … sau chức làm tốn máy lớn … Sự phát triển máy tính dẫn đến PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam A, Cấu trúc PLC PLC thiết bị cho phép thực thuật tốn điều khiển số thơng qua ngơn nhữ lập trình Tồn chương trình điều khiển lưu nhớ nhớ PLC Điều nói PLC giống máy tính, nghĩa có vi xử lý, điều hành, nhớ để lưu chương trình điều khiền, liệu cổng vào để giao tiếp với đối tượng điều khiển…Như thấy cấu trúc PLC gồm thành phần sau : Mô đun nguồn, Mô đun xử lý tín hiệu, Mơ đun vào, Mơ đun ra, Mơ đun nhớ, Thiết bị lập trình Sơ đồ PLC biểu diễn hình bên Ngồi mơ đun này, PLC cịn có mơ đun phụ trợ mơ đun kết nối mạng, mô đun truyền thông, mô đun ghép nối mơ đun chức để xử lý tín hiệu mô đun kết nối với can nhiệt, mô đun điều khiển động bước, mô đun kết nối với encoder, mô đun đếm xung vào… Khối ngõ vào Bộ nhớ Đơn vị xử lý trung tâm Bộ nguồn Quản lý ghép nối Khối ngõ Hình 1.1.1: Các thành phần PLC Trạng thái ngõ vào PLC phát lưu vào nhớ đệm,(bộ nhớ PLC gồm loại sau: ROM, EPROM, EEOROM PLC ) thực lệnh logic trạng thái chúng thông qua chương trình trạng thái, SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam ngõ cập nhật lưu vào nhớ đệm Sau đó, trạng thái ngõ nhớ đệm dùng để đóng/mở tiếp điểm kích hoạt thiết bị tương ứng Như vậy, hoạt động thiết bị điều khiển hồn tồn tự động theo chương trình nhớ Chương trình nạp vào PLC thơng qua thiết bị lập trình chuyên dụng B, Nguyên lý hoạt động PLC  Đơn vị xử lý trung tâm CPU điều khiển hoạt động bên PLC Bộ xử lý đọc kiểm tra chương trình chứa nhớ, sau thực thứ tự lệnh chương trình, đóng hay ngắt đầu Các trạng thái ngõ phát tới thiết bị liên kết để thực thi Và tồn hoạt động thực thi phụ thuộc vào chương trình điều khiển giữ nhớ  Hệ thống bus Hệ thống Bus tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song: - Address Bus: Bus địa dùng để truyền địa đến Modul khác - Data Bus: Bus dùng để truyền liệu - Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền tín hiệu định điểu khiển đồng hoạt động PLC Trong PLC số liệu trao đổi vi xử lý modul vào thông qua Data Bus Address Bus Data Bus gồm đường, thời điểm cho phép truyền bit byte cách đồng thời hay song song Hệ thống Bus làm nhiệm vụ trao đổi thông tin CPU, nhớ I/O Bên cạch đó, CPU cung cấp xung Clock có tần số từ 1÷8 MHZ Xung định tốc độ hoạt động PLC cung cấp yếu tố định thời, đồng hồ hệ thống  Bộ nhớ PLC thường yêu cầu nhớ trường hợp: Làm định thời cho kênh trạng thái I /O Làm đệm trạng thái chức PLC định thời, đếm, ghi Relay SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Mỗi lệnh chương trình có vị trí riêng nhớ, tất vị trí nhớ đánh số, số địa nhớ Địa ô nhớ trỏ đến đếm địa bên vi xử lý Bộ vi xử lý giá trị đếm lên trước xử lý lệnh Với địa mới, nội dung ô nhớ tương ứng xuất đấu ra, trình gọi trình đọc Bộ nhớ bên PLC tạo bỡi vi mạch bán dẫn, vi mạch có khả chứa 2000 đến 16000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch Trong PLC nhớ RAM, EPROM sử dụng RAM (Random Access Memory) nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung lúc Nội dung RAM bị nguồn điện nuôi bị Để tránh tình trạng PLC trang bị pin khơ, có khả cung cấp lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tế RAM dùng để khởi tạo kiểm tra chương trình Khuynh hướng dùng CMOSRAM nhờ khả tiêu thụ thấp tuổi thọ lớn EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) nhớ mà người sử dụng bình thường đọc không ghi nội dung vào Nội dung EPROM khơng bị mất nguồn, gắn sẵn máy, nhà sản xuất nạp chứa hệ điều hành sẵn Nếu người sử dụng khơng muốn mở rộng nhớ dùng thêm EPROM gắn bên PLC Trên PG (Programer) có sẵn chổ ghi xóa EPROM Mơi trường ghi liệu thứ ba đĩa cứng đĩa mềm, sử dụng máy lập trình.Đĩa cứng Hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường dùng để lưu chương trình lớn thời gian dài Kích thước nhớ: - Các PLC loại nhỏ chứa từ 300 đến 1000 dịng lệnh tùy vào cơng nghệ chế tạo - Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K đến 16K, có khả chứa từ 2000 đến 16000 dịng lệnh Ngồi cịn cho phép gắn thêm nhớ mở rộng RAM, EPROM  Các ngõ vào I/O SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Các đường tín hiệu từ cảm biến nối vào modul (các đầu vào PLC), cấu chấp hành nối với modul (các đầu PLC ) Hầu hết PLC có điện áp hoạt động bên 5V, tín hiệu xử lý 12/24VDC 100/240VAC Mỗi đơn vị I/O có địa chỉ, hiển thị trạng thái kênh I/O cung cấp đèn LED PLC, điều làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng đơn giản Bộ xử lý đọc xác định trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực việc đóng hay ngắt mạch đầu  Vịng qt chương trình PLC thực cơng việc theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp gọi vòng quét (Scancyle), vòng quét bắt đầu việc chuyển liệu từ cổng vào số tới vùng đệm ảo I, giai đoạn thực chương trình Trong vịng qt, chương trình thực từ lệnh đến lệnh kết thúc khối OB1 Sau giai đoạn thực chương trình giai đoạn chuyển nội dung đệm ảo Q tới cổng số Vòng quét kết thúc giai đoạn xử lý yêu cầu truyền thông (nếu có) kiểm trạng thái CPU Mỗi vịng qt mơ tả sau: Hình 1.1.2: Chu vòng quét CPU PLC Thời gian cần thiết PLC thực vòng quét gọi thời gian vòng quét (Scan time) Thời gian vịng qt khơng cố định, tức SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam khơng phải vịng qt thực khoảng thời gian Có vịng qt thực lâu, có vịng qt thực nhanh tuỳthuộc vào số lệnh chương trình thực hiện, vào khối lượng liệu truyền thơng Trong vịng quét Như việc đọc liệu từ đối tượngđể xử lý, tính tốn việc gửi tín hiệu điều khiển đến đối tượng có khoảngthời gian trễ thời gian vịng qt Nói cách khác, thời gian vịng qt định tính thời gian thực chương trình điều khiển PLC Thời gian vịng qt ngắn, tính thời gian thực chương trình cao 1.1.2 Phân lọai PLC * Theo hãng sản xuất Các nhãn hiệu như: Siemens, Ormon, Misubishi, Alenbratlay, Delta,… * Theo version - PLC Siemens có họ S7-200, S7-300, S7-400,… - PLC Misubishi có họ Alpha, Fx, Fx0, Fx0N,Fx1N,Fx2N * Theo số lượng đầu vào/ra Ta phân PLC thành bốn loại sau: Micro PLC loại có 32 kênh vào/ra PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra PLC có đến 1024 kênh vào/ra +Các micro-PLC: Thường có 32 đầu vào/ra Ở hình vẽ bên ví dụ PLC họ T100MD1616 hãng Triangle Research International sản xuất Cấu tạo tương đối đơn giản toàn phận tích hợp bảng mạch có kích thước nhỏ gọn Micro-PLC có cấu tạo gồm tất phận xử lý tín hiệu, nguồn, kênh vào/ra khối Các micro – PLC có ưu điểm PLC nhỏ giá thành rẻ, dễ lắp đặt Một loại micro PLC khác DL05 hãng Koyo, loại có 32 kênh vào/ra +PLC loại nhỏ: Có thể có đến 256 đầu vào/ra Hình PLC hãng OMRON loại ZEN10C Loại PLC có 34 kênh vào/ra gồm: kênh vào kênh mô SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam đun CPU, lại mô đun vào/ra, với kênh vào kênh cho mơ đun Hãng Siemens có loại PLC nhỏ S5-90U,S5-100U,S7-200, có số lượng kênh vào/ra nhỏ 256 +Các PLC trung bình: Có thể có đến 1024 đầu vào/ra Loại CJ1M Omron hình bên có 320 kênh vào/ra +Các PLC loại lớn: Hãng Siemens loại series S7-300, S7-400 Các loại có số lượng kênh vào/ra lớn Các kênh đấu trực tiếp lên PLC mà phải thông qua dồn kênh tách kênh (demultiplexeur multiplexeur) PLC S7-400 Siemens PLC mạnh 1.2 Ứng dụng, ưu nhược điểm PLC 1.2.1: Ứng dụng PLC Ứng dụng PLC cơng nghiệp • Dây chuyền đóng gói • Các robot lắp giáp sản phẩm • Điều khiển bơm • Dây chuyền xử lý hố học • Cơng nghệ sản xuất giấy • Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh • Sản xuất xi măng • Công nghệ chế biến thực phẩm • Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn • Dây chuyền lắp giáp Tivi • Điều khiển hệ thống đèn giao thơng • Quản lý tự động bãi đậu xe • Hệ thống báo động SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang Đồ án CN: Điều khiển PLC • Dây chuyền may cơng nghiệp • Điều khiển thang máy • Dây chuyền sản xuất xe ơtơ • Sản xuất vi mạch GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam 1.2.2 Đánh giá ưu nhược điểm PLC Trước đây, PLC thường đắt, khả hoạt động bị hạn chế quy trình lập trình phức tạp Vì lý mà PLC dùng nhà máy thiết bị đặc biệt Ngày giảm giá liên tục, kèm theo tăng khả PLC dẫn đến kết ngày áp dụng rộng rãi cho thiết bị máy móc Các PLC đơn khối với 24 kênh đầu vào 16 kênh đầu thích hợp với máy tiêu chuẩn đơn, trang thiết bị liên hợp Còn PLC với nhiều khả ứng dụng lựa chọn dùng cho nhiệm vụ phức tạp Có thể kể ưu điểm PLC sau: + Chuẩn bị vào hoạt động nhanh: Thiết kế kiểu module cho phép thích nghi nhanh với chức điều khiển Khi lắp ghép PLC sẵn sàng làm việc Ngồi cịn sử dụng lại cho ứng dụng khác dễ dàng + Độ tin cậy cao: Các linh kiện điện tử có tuổi thọ dài thiết bị cơđiện Độ tin cậy PLC ngày tăng, bảo dưỡng định kỳ thường khơng cần thiết cịn với mạch rơle cơng tắc tơ việc bảo dưỡng định kỳ cần thiết + Dễ dàng thay đổi chương trình: Những thay đổi chương trình tiến hành đơn giản Để sửa đổi hệ thống điều khiển quy tắc điều khiển sử dụng, người vận hành cần nhập tập lệnh khác, gần khơng cần mắc nối lại dây (tuy nhiên, phải nối lại cần thiết) Nhờ hệ thống linh hoạt hiệu + Đánh giá nhu cầu đơn giản: Khi biết đầu vào đầu đánh giá kích cỡ yêu cầu nhớ hay độ dài chương trình Do đó, dễ dàng nhanh chóng lựa chọn PLC phù hợp với yêu cầu công nghệ đặt SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam + Khả tái tạo: Nếu dùng nhiều PLC với quy cách kỹ thuật giống chi phí lao động giảm thấp nhiều so với điều khiển rơle, giảm phần lớn lao động lắp ráp + Tiết kiệm không gian: PLC địi hỏi khơng gian so với điều khiển rơle tương đương + Có tính chất nhiều chức năng: PLC có ưu điểm sử dụng thiết bị điều khiển cho nhiều hệ thống điều khiển Người ta thường dung PLC cho trình tự động linh hoạt dễ dàng thuận tiện tính tốn, so sánh giá trị tương quan, thay đổi chương trình thay đổi thông số + Về giá trị kinh tế: Khi xét giá trị kinh tế PLC phải đề cập đến số lượng đầu đầu vào Quan hệ giá thành với số lượng đầu vào/ra: số lượng đầu vào/ra q hệ rơle tỏ kinh tế hơn, số lượng đầu vào/ra tăng lên hệ PLC kinh tế hẳn Khi tính đến giá PLC khơng thể không kể đến giá phận phụ khơng thể thiếu thiết bị lập trình, máy in, băng ghi việc đào tạo nhân viên kỹ thuật Nói chung phần mềm để thiết kế lập trình cho mục đích đặc biệt đắt Ngày nhiều hãng chế tạo PLC cung cấp chọn đóng gói phần mềm thử nghiệm, việc thay thế, sửa đổi phần mềm nhu cầu khơng thể tránh khỏi, đó, cần thiết phải có kỹ phần mềm Phân bố giá cho việc lắp đặt PLC thường sau: - 50% cho phần cứng PLC - 10% cho thiết kế khuân khổ chương trình - 20% cho soạn thảo lập trình - 15% cho chạy thử nghiệm - 5% cho tài liệu Việc lắp đặt PLC khoảng 1/2 giá thành đầu tiền, nghĩa cịn chi phí phần cứng SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang 10 Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Do momen mở máy giảm đặc tính đặc thể hình sau: Khi bắt đầu cấp điện cho động với toàn điện trở khởi động, momen ban đầu động có giá trị M mm Momen lớn momen cản tĩnh Mc động bắt đầu tăng tốc, tốc độ tăng lên momen giảm xuống theo đường cong ab Trong trình momen động giảm dần nên hiệu gia tốc giảm theo Đến với mức độ ứng với điểm b tiếp điểm 1G đóng lại cấp điện trở bị loại Và sau động lại tăng tốc động lại làm việc ứng với điểm c tiếp điểm 2G đóng lại loại cấp điện trở thứ tiếp tục đạt lên tốc độ định mức lúc loại hết cấp điện trở Hình 3.2.1: Đặc tính khởi động biến trở C, Mở máy điện áp thấp: Umm < Uđm Trong thiết bị công suất lớn, biến trở mở máy cồng kềnh đưa lại lượng tổn hao lớn, phải mở máy Nên số thiết bị người ta dùng mở máy không biến trở cách điện áp đặt vào động lúc mở máy Dùng tổ máy phát - động nguồn điện áp điều chỉnh máy phát cung cấp cho phần ứng động cơ, mạch kích thích máy SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang 46 Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam phát động phải đặt điện áp độc lập khác Phương pháp áp dụng cho động kích từ độc lập Thường kết hợp với điều chỉnh n CHƯƠNG4 SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang 47 Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam ỨNG DỤNG PLC S7-200 ĐỂ KHỞI ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU QUA BA CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ THEO NGUYÊN TẮC THỜI GIAN 4.1 Chọn phương án Theo yêu cầu công nghệ máy, cấu sản xuất, hệ thống truyền động điện tự động thiết kế tính tốn để làm việc trạng thái (hay chế độ) xác định Những trạng thái làm việc hệ thống truyền động điện tự động đặc trưng thơng số như: tốc độ làm việc động truyền động hay cấu chấp hành máy sản xuất, dòng điện phần ứng động hay dịng kích thích động điện chiều, mômen phụ tải trục động truyền động Tuỳ theo trình cơng nghệ u cầu mà thơng số lấy giá trị khác Để tự động điều khiển hoạt động truyền động điện, hệ thống điều khiển phải có cấu, thiết bị thụ cảm giá trị thông số đặc trưng cho chế độ cơng tác truyền động điện (có thể mơđun, dấu thông số) Nếu phần tử thụ cảm tốc độ, ta nói hệ điều khiển theo nguyên tắc tốc độ, có phần tử thụ cảm thời gian q trình (từ mốc thời gian đó) ta nói hệ điều khiển theo nguyên tắc thời gian Tương tự có hệ điều khiển theo nguyên tắc nhiệt độ, theo mômen, theo chiều công suất  Với yêu cầu công việc điều khiển khởi động động chiều qua ba cấp điện trở ta thực theo nguyên lý sau: A Điều khiển tự động theo nguyên tắc thời gian  Nội dung Điều khiển theo nguyên tắc thời gian dựa sở thông số làm việc mạch động lực biến đổi theo thời gian Những tín hiệu điều khiển phát theo quy luật thời gian cần thiết để làm thay đổi trạng thái hệ thống Những phần tử thụ cảm thời gian để phát tín hiệu cần chỉnh định dựa theo ngưỡng chuyển đổi đối tượng Ví dụ tốc độ, dịng điện, mơmen động tính tốn chọn ngưỡng cho thích hợp với hệ thống truyền động điện cụ thể Những phần tử thụ cảm thời gian gọi chung rơle thời gian Nó tạo nên thời gian trễ (duy trì) kể từ lúc có SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang 48 Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam tín hiệu đưa vào (mốc 0) đầu vào đến phát tín hiệu đưa vào phần tử chấp hành Cơ cấu trì thời gian là: cấu lắc, cấu điện từ, khí nén, cấu điện tử, tương ứng rơle thời gian kiểu lắc, rơle thời gian điện từ, rơle thời gian khí nén rơle thời gian điện tử Hình 4.1.1: Đặc tính khởi động động ĐMđl theo nguyên tắc thời gian  Nhận xét điều khiển truyền động điện theo nguyên tắc thời gian - Ưu điểm nguyên tắc điều khiển theo thời gian chỉnh thời gian theo tính tốn độc lập với thông số hệ thống động lực Trong thực tế ảnh hưởng mômen cản MC điện áp lưới điện trở cuộn dây không đáng kể đến làm việc hệ thống đến trình gia tốc truyền động điện, trị số thực tế sai khác với trị số thiết kế không nhiều Thiết bị sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy cao phụ tải thay đổi, rơle thời gian dùng đồng loạt cho công suất động nào, có tính kinh tế cao Ngun tắc thời gian dùng rộng rãi truyền động điện chiều xoay chiều B Điều khiển tự động theo nguyên tắc tốc độ  Nội dung Tốc độ quay trục động hay cấu chấp hành thông số đặc trưng quan trọng xác định trạng thái hệ thống truyền động điện Do vậy, người ta dựa vào thông số để điều khiển làm việc hệ thống Lúc mạch điều khiển phải có phần tử thụ cảm xác tốc độ làm việc động - gọi rơle tốc độ SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang 49 Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Khi tốc độ đạt đến trị số ngưỡng đặt rơle tốc độ phát tín hiệu đến phần tử chấp hành để chuyển trạng thái làm việc hệ thống truyền động điện đến trạng thái yêu cầu Rơle tốc độ cấu tạo theo nguyên tắc ly tâm, nguyên tắc cảm ứng, dùng máy phát tốc độ Đối với động điện chiều gián tiếp kiểm tra tốc độ thông qua sức điện động động Đối với động điện xoay chiều thơng qua sức điện động tần số mạch rơto để xác định tốc độ Hình sau trình bày sơ lược cấu tạo rơle tốc độ kiểu cảm ứng Rơto (1) nam châm vĩnh cửu nối trục với động hay cấu chấp hành Còn stato (2) cấu tạo lồng sóc quay đỡ Trên cần (3) gắn vào stato bố trí má động (11) tiếp điểm có má tĩnh (7) (15) Hình 4.1.2: Cấu tạo rơle tốc độ kiểu cảm ứng Khi rôto không quay tiếp điểm (7),(11) (15),(11) mở, lị xo giữ cần (3) Khi rơto quay tạo nên từ trường quay quét stato, lồng sóc có dịng cảm ứng chạy qua Tác dụng tương hỗ dòng từ trường quay tạo nên mơmen quay làm cho stato quay góc Lúc lị xo cân (4) bị nén hay kéo tạo mômen chống lại, cân với mômen quay điện từ Tuỳ theo chiều quay rơto mà má động (11) đến tiếp xúc với má tĩnh (7) hay (15) Trị số ngưỡng tốc độ điều chỉnh phận (5) thay đổi trị số kéo nén lò xo cân Khi tốc độ quay rôto bé trị số ngưỡng đặt, mơmen điện từ cịn bé khơng thắng mơmen cản lị xo cân nên tiếp điểm khơng đóng SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang 50 Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Từ lúc tốc độ quay rôto đạt giá trị lớn ngưỡng đặt mơmen điện từ thắng mơmen cản lị xo làm cho phần tĩnh quay, đóng tiếp điểm tương ứng theo chiều quay rôto  Nhận xét điều khiển truyền động điện theo nguyên tắc tốc độ - Ưu điểm đơn giản rẻ tiền, thiết bị côngtăctơ mắc trực tiếp vào phần ứng động không cần thông qua rơle - Nhược điểm thời gian mở máy hãm máy phụ thuộc nhiều vào mômen cản MC, quán tính J, điện áp lưới U điện trở cuộn dây cơngtăctơ Các cơngtăctơ gia tốc khơng làm việc điện áp lưới giảm thấp, q tải cuộn dây q phát nóng, dẫn đến phát nóng điện trở khởi động, làm cháy điện trở Khi điện áp lưới tăng cao có khả tác động đồng thời cơngtăctơ gia tốc làm tăng dịng điện q trị số cho phép Trong thực tế dùng nguyên tắc để khởi động động cơ, thường dùng nguyên tắc để điều khiển trình hãm động C Điều khiển tự động theo nguyên tắc dòng điện  Nội dung Dòng điện mạch phần ứng động thông số làm việc quan trọng xác định trạng thái hệ truyền động điện Nó phản ánh trạng thái mang tải bình thường hệ thống, trạng thái mang tải, trạng thái tải phản ánh trạng thái khởi động hay hãm động truyền động Trong q trình khởi động, hãm, dịng điện cần phải đảm bảo nhỏ trị số giới hạn cho phép Trong q trình làm việc vậy, dịng điện phải giữ không đổi trị số theo u cầu q trình cơng nghệ Ta dùng cơngtăctơ có cuộn dây dịng điện rơle dịng điện kiểu điện từ khóa điện tử hoạt động theo tín hiệu vào trị số dòng điện để điều khiển hệ thống theo yêu cầu Dòng điện mạch phần ứng động dùng làm tín hiệu vào trực tiếp gián tiếp cho phần tử thụ cảm dịng điện nói Khi trị số tín hiệu vào đạt đến giá trị ngưỡng xác định điều chỉnh phát tín hiệu điều khiển hệ thống chuyển đến trạng thái làm việc yêu cầu  Nhận xét điều khiển truyền động điện theo nguyên tắc dòng điện - Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, làm việc sơ đồ không chịu ảnh hưởng nhiệt độ cuộn dây côngtăctơ, rơle SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang 51 Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam - Nhược điểm: Độ tin cậy thấp, có khả đình gia tốc cấp trung gian động khởi động bị q tải, dịng điện khơng giảm xuống đến trị số nhả rơle dòng điện Điều khiển hãm ngược động xoay chiều pha rôto dây quấn đảo chiều theo nguyên tắc dòng điện Nguyên tắc dòng điện ứng dụng chủ yếu để tự động điều khiển trình khởi động động chiều kích thích nối tiếp động xoay chiều rơto dây quấn  Nhận xét : Trên thực tế điều khiển động nguyên tắc tốc độ phương pháp gián tiếp khó khăn, khởi động làm gián đoạn q trình khởi động, điện áp cao q thấp điện áp điều khiển khơng xác Điều khiển phương pháp tốc độ gây tốn kinh tế, chi phí lắp đặt vận hành cao phương pháp điều khiển chủ yếu dùng chế độ hãm Ưu điểm phương pháp điều khiển theo nguyên lý thời gian đơn giản, kinh tế phù hợp với công suất  Chọn phương án: Vậy ta nên sử dụng phương pháp điều khiển theonguyên tắc thời gian lập trình PLC 4.2: Phương án cũ sử dụng mạch điều khiển rơie  Mạch động lực: + 3K3 Đ RN 2K3 1K3 H H r3 r2 H r1 CKT + H H K3 H H Hình 4.2.1: Sơ đồ mạch lực khởi động động chiều kích từ độc lập qua ba cấp điện trở SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang 52 Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam + Các thiết bị sơ đồ: - Động chiều (kích từ độc lập) - RN: Rơle nhiệt bảo vệ tải - K3, 1K3, 2K3, 3K3: Tiếp điểm côngtắctơ tương ứng - r1, r2, r3: Các điện trở phụ khởi động  Mạch điều khiển: OFF H K2 H ON RN K H K1 H RTh1 H H RTh1 1K2 H H 1K H 1K1 2K2 H RTh2 H H 2K1 3K2 H RTh3 H RTh2 H H 2K RTh3 H H 3K 3K1H H H Hình 4.2.2: Sơ đồ mạch điều khiển khởi động động chiều qua ba cấp điện trở + thiết bị mạch điều khiển: - ON: Nút ấn khởi động - OFF: Nút ấn dừng - K, 1K, 2K, 3K: Cuộn hút côngtăctơ tương ứng - RTh1, RTh2, RTh3: Các rơle thời gian tiếp điểm tương ứng SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Trang 53 Lớp: TĐ1Đ12 Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam - RN: Tiếp diểm rơle nhiệt  Nguyên lý hoạt động: Để khởi động ta ấn nút ON lúc cơngtăctơ K có điện, tiếp điểm K đóng lại tự trì cho K, tiếp điểm K đóng lại cấp điện cho rơ le thời gian RTh1 sẵn sàng cấp điện cho mạch điều khiển phía dưới, tiếp điểm K mạch lực đóng lại Như phần ứng động nối với nguồn chiều qua ba cấp điện trở phụ Sau thời gian chỉnh định tiếp điểm thường mở đóng chậm RTh1 đóng lại cấp điện cho cơngtăctơ 1K, tiếp điểm 1K1 đóng lại tự trì cho 1K cấp điện cho rơle thời gian RTh2, tiếp điểm 1K mở ngắt điện rơle RTh1, đồng thời tiếp điểm 1K3 mạch lực đóng lại ngắt điện trở r1 khỏi mạch phần ứng Sau thời gian chỉnh định tiếp điểm thường mở đóng chậm RTh2 đóng lại cấp điện cho cơngtăctơ 2K, tiếp điểm 2K1 đóng lại tự trì cho 2K cấp điện cho rơle thời gian RTh3, tiếp điểm 2K mở ngắt điện rơle RTh2, đồng thời tiếp điểm 2K3 mạch lực đóng lại ngắt tiếp điện trở r2 khỏi mạch phần ứng Sau thời gian chỉnh định tiếp điểm thường mở đóng chậm RTh3 đóng lại cấp điện cho cơngtăctơ 3K, tiếp điểm 3K đóng lại tự trì cho 3K, tiếp điểm 3K2 mở ngắt điện rơle RTh3, đồng thời tiếp điểm 3K mạch lực đóng lại ngắt nốt điện trở r3 khỏi mạch phần ứng Quá trình khởi động kết thúc Để dừng động ta ấn nút OFF lúc côngtăctơ K điện, tiếp điểm K1, K2 mở ngắt điện mạch điểu khiển, đồng thời tiếp điểm K mạch lực mở cắt phần ứng động khỏi nguồn chiều Mạch động lực mạch điều khiển trở trạng thái ban đầu 4.3 Phương án thay Ngày nhờ kỹ thuật điện tử tin học phát triển người ta chế tạo điều khiển logic khả trình Việc khống chế khởi động, hãm điều chỉnh tốc độ thực mạch số khả trình thuận tiện linh hoạt Với việc khởi động động chiều ta sử dụng PLC để điều khiển 4.3.1: Lựa chọn thiết bị phần cứng A, Lựa chọn PLC Đối với tốn lập trình nhỏ đơn giản ta nên sử dụng PLC cỡ nhỏ có số đầu vào phù hợp theo yêu cầu mục đích cơng việc SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang 54 Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Ở ta sử dụng PLC họ S7-200 Siemens dòng PLC cỡ nhỏ thơng dụng có độ tin cậy cao giá thành phù hợp Cụ thể ta dùng loại CPU222AC, model 6ES7212-1BB23-0XB0 + Một số đặc điểm CPU 222AC: -Ngõ vào: tích cực mức cấp điện áp +24VDC (15VDC – 30VDC) -Ngõ rơ le -Số ngõ vào CPU: -Số ngõ CPU: -Ưu điểm loại ngõ rơ le, sử dụng ngõ nhiều cấp điện áp (có thể sử dụng ngõ 0V, 24V, 220V… ) -Tuy nhiên, nhược điểm nó: ngõ rơ le nên thời gian đáp ứng rơ le không nhanh cho ứng dụng điều rộng xung, output tốc độ cao -Vùng nhớ chương trình :4KB -Vùng nhớ liệu :2KB -Các ngơn ngữ chương trình :LAD, FBD STL -Số Timer: 256 (0-255) -Số counter: 256 (0-255) -Bảo vệ chương trình :3 mức mật -Thiết lập lệnh :các lệnh logic bit, lệnh so sánh, thời gian, đếm, đồng hồ, toán học điểm cố định, tốn học điểm trơi, lệnh số học, lệnh dịch chuyển, lệnh tạo bảng, lệnh logic bit, lệnh dịch chuyển, xoay, lệch chuyển đổi, lệnh điều khiển chương trình, lệnh ngắt truyền thông, lệnh làm việc với ngăn xếp -Tốc độ thực lệnh: 0,37μs -Số đầu vào /ra số lớn nhất: 128DI/128DO -Số đầu vào /ra tương tự lớn nhất: 16AI/16AO -Nguồn cấp: 100÷ 230VAC -Có tối đa modul mở rộng -Khả lưu trữ liệu điện: 50 B, Chọn thiết bị thực: SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang 55 Đồ án CN: Điều khiển PLC STT GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Tên thiết bị Số lượng Mục đích sử dụng PLC S7-200 CPU222AC Điều khiển hệ thống Nút ấn thường hở Khởi động từ đơn (gồm côngtăctơ K rơle nhiệt RN) Côngtăctơ Khởi động dừng hệ thống Đóng cắt nguồn cho động chiều Để đóng cắt điện trở phụ mạch phần ứng Hộp đựng thiết bị đủ chỗ cho lắp dây cho thiết bị PLC, côngtắctơ máng dây Sử dụng loại tủ có IP phù hợp 4.3.2: Lập trình điều khiển hệ thống A, Sơ đồ thuật tốn: + Chú thích: - Cấp nguồn cho động taKhởi sử dụng độngcôngtăctơ K - Ngắt điện trở r1 khỏi mạch phần ứng ta dung côngtắctơ 1K - Ngắt điện trở r2 khỏi mạch phần ứng ta dung côngtăctơ 2K Cấp nguồn cho động - Ngắt điện trở r3 khỏi mạch phần ứng tacơdung côngtăctơ 3K Timer đếm >=5s Ngắt điện trở r1 Timer đếm >=10s Ngắt điện trở r2 SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Timer đếm ==15s Ngắt điện trở r3 Trang 56 Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam B, Phân công đầu vào, ra: Địa Chú thích I0.0 I0.1 I0.2 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Nút ấn OFF (thường mở) Nút ấn ON (thường mở) Tiếp điểm rơle nhiệt RN Cuộn hút côngtăctơ K Cuộn hút côngtăctơ 1K Cuộn hút côngtăctơ 2K Cuộn hút côngtăctơ 3K C, Mạch đấu phần cứng: SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang 57 Đồ án CN: Điều khiển PLC K 1L 0.0 2K 1K 0.1 GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam 0.2 3K 0.3  2L 0.4 0.5 N L1 AC CPU 222 1M 0.0 0.1 0.2 0.3 2M 0.4 0.5 0.6 M 0.7 L+ Network OFF ON ff RN I0.0 I0.1 Q0.0 I0.2 Q0.0 Network Q0.0 T37 Q0.3 IN 150 T37 PT TON 100 ms Q0.1 >=I 50 Q0.1 D, Trương trình điều khiển: T37 Q0.2 >=I 100 Q0.2 SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 T37 ==I 150 Q0.3 Q0.3 Trang 58 Đồ án CN: Điều khiển PLC GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam + Giải thích chương trình: Tiếp điểm rơle nhiệt RN ln đóng nên tiếp điểm I0.2 chương trình ln thơng Khi ta ấn nút ON (thường mở) có tín hiệu điện áp mức cao đưa vào chân I0.1 làm tiếp điểm I0.1 chương trình thơng, đầu Q0.0 có điện làm tiếp điểm Q0.0 đóng lại, đầu Q0.0 tự trì đồng thời cấp tín hiệu cho timer T37 (do Q0.3 thường đóng), timer bắt đầu đếm Khi giá trị đếm đạt đến 5s đầu Q0.1 có điện tự trì Khi giá trị đếm đạt 10s đầu Q0.2 có điện tự trì Khi giá trị đếm đạt 15s đầu Q0.3 có điện tự trì, đồng thời tiếp điểm thường đóng Q0.3 mở ngắt tín hiệu vào Timer 37, giá trị đếm trở SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 Trang 59 Đồ án CN: Điều khiển PLC SV Thực hiện: Vũ Thanh Bình Lớp: TĐ1Đ12 GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Trang 60