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 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 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn công trình tự làm nghiên cứu, luận văn có sử dụng số tài liệu tham khảo nêu phần tài liệu tham khảo Tác giả luận văn Bùi Thị Ngoan iii 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 Lịch sử phát triển của hệ điều khiển lôgic PLC 1.2 Đặc điểm chung của hệ điều khiển Logic và PLC 1.2.1 Cấu hình phần cứng của PLC 1.2.1.1 Bộ xử lý 1.2.1.2 Bộ nguồn 1.2.1.3 Thiết bị lập trình 1.2.1.4 Bộ nhớ 1.2.2 Cấu tạo chung của PLC 1.2.3 Các vấn đề về lập trình 1.2.3.1 Khái niệm chung 1.2.3.2 Các phương pháp lập trình 11 1.2.3.3 Một số ký hiệu chung 11 1.2.3.4 Phương pháp hình thang LAD (Ladder Logic) 13 1.2.3.5 Phương pháp liệt kê 1ệnh STL (Statement List) 14 1.2.3.6 Phương pháp lưu đồ điều khiển CSF (ControlSystemFlow) 15 1.2.4 Các rơle nội 16 1.2.5 Các rơle thời gian 16 1.2.6 Các đếm 17 1.3 Ưu nhược điểm của hệ điều khiển logic PLC 17 1.4 Ứng dụng của hệ điều khiển logic PLC 20 1.4.1.Giám sát &Điều khiển các nhà máy công nghiệp 20 1.4.2.Điều khiển các dây chuyền sản xuất 21 Hệ thống tự động hóa Dây chuyền chế biến thực phẩm 21 1.4.3 Giám sát, điều khiển giao thông 23 1.4.4 Giám sát Điều khiển tòa nhà cao ốc thông minh 24 iv 1.4.5 Ứng dụng truyền tải điện 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 về sở vật chất đội ngũ giáo viên 26 2.1.1.1 Giới thiệu 26 2.1.1.2 Các ngành nghề đào tạo trường 26 2.1.2 Đội ngũ giáo viên sở vật chất nghề Điện công nghiệp 28 2.1.2.1 Đội ngũ giáo viên khoa Điện công nghiệp 28 2.1.2.2 Cơ sở vật chất giảng dạy nghề Điện công nghiệp 29 2.1.3 Kết đạt năm gần 35 2.2 Nhu cầu về điều khiển logic PLC các sở gần trường 36 2.3 Cấu trúc nội dung chương trình đào tạo nghề điện công nghiệp 37 2.3.1 Chương trình đào tạo nghề điện công nghiệp 37 2.3.2 Nội dung chương trình môn học PLC 39 2.3.2.1 Mục tiêu môn học 39 2.3.2.2 Nội dung môn học phân bố thời gian 39 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ PLC 41 3.1 Hệ thống các thực hành điều khiển logic PLC 42 3.1.1 Yêu cầu chung 42 3.1.2 Các yêu cầu mô hình thực hành 42 3.2 Đặc điểm chung cấu hình thực hành điều khiển logic PLC 43 3.2.2 Khối PLC S7-200 44 3.2.2.1 Giới thiệu các tính của PLC S7-200 44 3.2.2.2 Cấu tạo bên của PLC S7-200 CPU 224 45 3.2.2.3 Bộ mô thí nghiệm của PLC S7-200 CPU 224 46 3.2.3 Các thiết bị trung gian 47 3.2.4 Đối tượng điều khiển 47 3.3 Xây dựng thực hành: Điều khiển đèn giao thông 48 3.3.1 Giới thiệu mô hình 48 v 3.3.2 Các yêu cầu kỹ thuật 48 3.3.4 Lập trình STL giản đồ thang 49 3.3.4.1 Khai báo biến 49 3.3.4.2 Lập trình STL 50 3.3.4.3 Lập trình giản đồ thang 51 3.3.5 Mô hoạt động theo thời gian thực 54 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 57 I Kết luận 57 II Hướng nghiên cứu 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Danh mục hình vẽ Hình 1.1- Sơ đồ hệ thống PLC Hình 1.2- Cấu hình phần cứng PLC Hình 1.3- Chu kỳ vòng quét PLC Hình 1.4- Hệ thống tín hiệu vào/ra PLC Hình 1.5- Tín hiệu vào PLC Hình 1.6- Tín hiệu PLC Hình 1.7- PLC kiểu hộp đơn Hình 1.8- PLC kiểu module ghép nối Hình 1.9- Hình dáng PLC 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 ba pha 29 Hình 2.2- Mô hình cắt bổ động điện xoay chiều pha 29 Hình 2.3- Mô hình thí nghiệm máy điện chiều 30 Hình 2.4- Mô hình thí nghiệm máy biến áp pha ba pha 30 Hình 2.5- Mô hình thí nghiệm máy điện 30 Hình 2.6- Mô hình thí nghiệm mạch điện chiều 31 Hình 2.7- Mô hình thí nghiệm mạch điện xoay chiều 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 điện 33 Hình 2.11- Mô hình thực hành điều khiển động 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 máy bơm 35 Hình 2.15- Mô hình thực hành tủ điều khiển 35 Hình 3.1-Cấu hình tổng quát thực hành 43 Hình 3.2- Cấu tạo bên PLC S7_200 CPU 224 44 vii 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 phần mềm S7-200 55 Danh mục bảng biểu Bảng 1.1- Một số ký hiệu của các hãng sản xuất 13 Bảng 1.2 - Một số ký hiệu các rơle nội: 16 Bảng 1.3 So sánh hệ điều khiển rơle hệ điều khiển PLC 20 Bảng 2.1- Nội dung đào tạo nghề Điện Công nghiệp 37 Bảng 2.2- Nội dung môn học PLC 39 viii MỞ ĐẦU Trong lĩ nh vực sản xuất công nghiệp hiện việc ứ ng dụng tự động hóa cụ thể các dây chuyền sử dụng PLC rộng rãi phổ biến dụng các dây chuyền vừa nâng cao hiệu suất công việc thời gian nguyên vật liệu vừa nâng cao chất lượng sả Việc sử , tiết kiệm n phẩm Bên cạnh đấy, sử dụng các dây chuyền này cũng đòi hỏi người vận hành có trì nh độ có hiểu biết về điều khiển Logic PLC Việc đào tạo về PLC có phát triển mạnh nhiều trường nghề Có nhiều trường đưa công tác giảng dạy về PLC vào chương trình dạy Tại trường học sinh học tập về lý thuyết thực hành trường các em trang bị về điều khiển lôgic PLC đáp ứng yêu cầu của nhà tuyển dụng Bên cạnh số trường đưa PLC vào chương trình học dừng lại khái niệm chung lý thuyết mà chưa sâu vào thực hành Trường Trung cấp Kỹ thuật - Nghiệp vụ Sông Hồng trường Để nâng cao chất lượng đào tạo nghề điện công nghiệp nhà trường tiến hành xây dựng bổ xung các nội dung đào tạo dựa các yêu cầu của thực tế sản xuất Chính việc nghiên cứu xây dựng hệ thực nghiệm điều khiển lôzic và PLC cho công tác đào tạo nghề Điện công nghiệp trường Trung cấp Kỹ thuật - Nghiệp vụ Sông Hồng là cần thiết Nội dung của đề tài chia làm chương: Chương 1: Tổng quan về Điều khiển Logic PLC Chương 2: Giới thiệu về chương trình tổ chức đào tạo nghề điện công nghiệp trường Trung cấp Kỹ thuật – Nghiệp vụ Sông Hồng Chương 3: Xây dựng mô hình thí nghiệm/ thực hành về điều khiển logic PLC ix Trong quá trình tiến hành làm luận văn, hướng dẫn tận tình của thầy hướng đẫn PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển thân tác giả cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu các công trình nghiên cứu, công bố các tạp chí ấn phẩm khoa học, xong luận văn không thể tránh khỏi các thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp nhận xét đánh giá quí báu của các thầy cô giáo, nhà nghiên cứu khoa học quan tâm đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới sự hướng dẫn tận tình chu đáo của thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển các thầy, cô giáo, bạn bè đồng nghiệp, giúp đỡ về chuyên môn các tài liệu của các thầy, cô làm cho em có luận văn hoàn chỉnh sâu sắc Em xin chân thành cảm ơn Phòng QLĐT Sau đại học, Ban giám hiệu trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi về mặt để em hoàn thành khóa học Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 16 tháng 01 năm 2013 Người thực Bùi Thị Ngoan CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ PLC Nội dung của chương tập trung nghiên cứu đặc điểm chung của điều khiển Logic và PLC Đặc biệt sâu vào ứng dụng của điều khiển Logic và PLC Từ xác định hướng nghiên cứu của đề tài 1.1 Lịch sử phát triển của hệ điều khiển Logic và PLC 1.2 Đặc điểm chung của hệ điều khiển Logic và PLC 1.3 Ưu nhược điểm của hệ điều khiển Logic và PLC 1.4 Ứng dụng của hệ điều khiển Logic và PLC (Một số dây chuyền sản xuất dùng PLC) 1.1 Lịch sử phát triển hệ điều khiển lôgic và PLC Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động đại công nghệ điều khiển logic khả trình dựa sở phát triển của tin học mà cụ thể phát triển của kỹ thuật máy tính Kỹ thuật điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) phát triển từ năm 1968 -1970 *1968: Richard Morley sáng tạo ý tưởng PLC cho General Motors * 1969: PLC (Allen Bradley Bedford), GM sử dụng công nghiệp ô-tô (128 DI/DO, 1kByte nhớ) * 1971: Ứng dụng PLC CN ô-tô * 1973: PLC “thông minh” với khả tính toán, điều khiển máy in, xử lý liệu, giao diện hình * 1975: PLC với điều khiển PID * 1976: Lần sử dụng hệ thống phân cấp điều khiển dây chuyền sản xuất * 1977: MP-based PLC * 1980: Các module vào/ra thông minh * 1981: PLC nối mạng, 16-bit PLC, hình CRT màu * 1982: PLC với 8192 I/O (lớn nhất) * 1992: Chuẩn IEC 61131 đời * 1996: Slot-PLC, Soft-PLC, Trong giai đoạn đầu các thiết bị khả trình yêu cầu người sử dụng phải có kỹ thuật điện tử, phải có trình độ cao Ngày các thiết bị PLC phát triển mạnh mẽ có mức độ phổ cập cao Thiết bị điều khiển logic lập trình PLC dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa vi xử lý, sử dụng nhớ lập trình để lưu trữ các lệnh thực các chức năng, chẳng hạn cho phép tính logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, các thuật toán để điều khiển máy các quá trình công nghệ PLC thiết kế cho các kỹ sư, không yêu cầu cao về kiến thức máy tính ngôn ngữ máy tính, có thể vận hành Chúng thiết kế cho các nhà kỹ thuật có thể cài đặt thay đổi chương trình Vì vậy, các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn cho chương [...]... 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... khiển logic lập trình được PLC là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng, chẳng hạn cho phép tính logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, và các thuật toán để điều khiển máy và các quá trình công nghệ PLC được thiết kế cho các kỹ sư, không yêu cầu cao về kiến thức máy tính và ngôn ngữ máy tính, có... Các module vào/ra thông minh * 1981: PLC nối mạng, 16-bit PLC, các màn hình CRT màu * 1982: PLC với 8192 I/O (lớn nhất) * 1992: Chuẩn IEC 61131 ra đời * 1996: Slot -PLC, Soft -PLC, Trong giai đoạn đầu các thiết bị khả trình yêu cầu người sử dụng phải có kỹ thuật điện tử, phải có trình độ cao Ngày nay các thiết bị PLC đã phát triển mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao Thiết bị điều khiển logic lập... 1969: PLC đầu tiên (Allen Bradley và Bedford), được GM sử dụng trong công nghiệp ô-tô (128 DI/DO, 1kByte bộ nhớ) * 1971: Ứng dụng PLC đầu tiên ngoài CN ô-tô * 1973: PLC “thông minh” với khả năng tính toán, điều khiển máy in, xử lý dữ liệu, giao diện màn hình * 1975: PLC với bộ điều khiển PID * 1976: Lần đầu tiên sử dụng trong hệ thống phân cấp điều khiển dây chuyền sản xuất * 1977: MP-based PLC. .. nghệ PLC được thiết kế cho các kỹ sư, không yêu cầu cao về kiến thức máy tính và ngôn ngữ máy tính, có thể vận hành Chúng được thiết kế cho các nhà kỹ thuật có thể cài đặt hoặc thay đổi chương trình Vì vậy, các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao cho chương