Ứng dụng PLC S7-200 của Siemens điều khiển mô hình phân loại sản phẩm

Trong những năm gần đây, bên cạnh việc điều khiển bằng Relay và khởi động từ thì việc điều khiển có thể lập trình được càng phát triển với hệ thống đóng mạch điện tử và lập trình bằng má

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH VÀ KHÍ NÉN

Số:….01……

Họ Và Tên HS-SV: ………Lớp: ………… TĐH1………… Khóa: ……… 7……… Khoa: ……….…Điện………

Giáo viên hướng dẫn: ……….…TỐNG THỊ LÝ

+ Hoặc hệ thống bị lỗi

PHẦN THUYẾT MINH

Yêu cầu về bố cục nội dung:

Chương 1: Phân tích yêu cầu công nghệ:

- Tìm hiểu và tính chọn các thiết bị trên mô hình (cấu tạo, nguyên lý,

sơ đồ chân…)

- Vẽ sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý mạch lực

- Xác định các tín hiệu cần điều khiển Chương 2: Vẽ sơ đồ ghép nối hệ thống với PLC S7 200 - CPU 224

- Xác định các biến cần điều khiển

- Lập bảng địa chỉ

- Vẽ sơ đồ đấu dây Chương 3: Thiết lập lưu đồ thuật toán

Chương 4: Viết chương trình điều khiển trên PLC S7 200 - CPU 224

Yêu cầu về thời gian:

Ngày giao đề: 04/05/2014 Ngày hoàn thành: 07/06/2015

CHƯƠNG 1:

PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ

1 Tìm hiểu và tính chọn các thiết bị trên mô hình (cấu tạo, nguyên lý, sơ

+ 1.6: 2 cảm biến quang thu phát độc lập

+ 1.7: 4 rơle trung gian

+ 1.8: 1 công tắc tơ

+ 1.9: băng tải

1.1 PLC S7-200

Giới thiệu chung

Các thành phần của kĩ thuật điều khiển của điện và điện tử ngày càng đóng một vai trò vô cùng to lớn trong lĩnh vực tự động hóa ngày càng cao Trong những năm gần đây, bên cạnh việc điều khiển bằng Relay và khởi động từ thì việc điều khiển

có thể lập trình được càng phát triển với hệ thống đóng mạch điện tử và lập trình bằng máy tính Trong nhiều lĩnh vực các loại điều khiển cũ đã được thay đổi bởi các bộ điều khiển có thể lập trình được có thể gọi là các bộ điều khiển logic khả

trình, viết tắt trong tiếng anh là PLC (Programmable Logic Controller)

Sự khác biệt giữa logic khả trình (thay đổi được quy trình hoạt động) và điều

khiển theo kết nối cứng (không thay đổi được quy trình hoạt động): sự kết nối dây không còn nữa thay vào đó là chương trình

Có thể lập trình cho PLC bằng các ngôn ngữ lập trình đơn giản đặc biệt đối với người sử dụng không cần nhờ vào các ngôn ngữ lập trình khó khăn, cũng có thể lập trình PLC được nhờ vào các liên kết logic đơn giản

Như vậy thiết bị PLC làm nhiệm vụ thay thế phần mạch điều khiển trong khâu

xử lí số liệu nhiệm vụ của sơ đồ mạch điều khiển sẽ được xác định bởi một số hữu

hạn các bước thực hiện xác định gọi là chương trình Chương trình này mô tả các bước thực hiển gọi một tiến trình điều khiển tiến trình này được lưu vào bộ nhớ nên được gọi là điều khiển theo lập trình nhớ hay điều khiển khả trình Trên cơ sở sự khác nhau ở khâu xử lí số liệu có thể biểu diễn 2 hệ điều khiển như sau:

Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển thì người ta thay đổi mạch điều khiển:

Lắp lại mạch thay đổi các phần tử mới ở hệ điều khiển bằng relay điện Trong khi

đó khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ở hệ điều khiển logic khả trình PLC thì người

ta chỉ thay đổi chương trình soạn thảo

* Cấu tạo:

Môdule CPU 224

- Kích thước (W x H x D): 120,5 x 80 x 62

- Khối lượng: 410 g

- Công suất tiêu thụ: 9 W

- Nguồn cấp 120/220 VAC

- Đầu vào số: 14 đầu x 24VDC

- Đầu ra số: 10 đầu ra dạng rơle, 2A

bị liên kết để thực thi Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ

PLC thực chất chạy bằng mã máy với hệ thống số nhị phân, do đó tốc độ quét vòng chương trình có thể đạt đến vài phần ngàn giây, các Software dùng để lập trình PLC tích hợp cả phần biên dịch Các dòng lệnh khi lập trình chúng ta đưa từ chương trình vào thì trình biên dịch sẽ chuyển đổi sang mã máy và ghi từng bit “0” hay bit “1” lên đúng vào vị trí có địa chỉ đã được quy ước trước trong PLC lên PC được thực thi xảy ra ngược lại và trình biên dịch đã làm xong nhiệm vụ của mình trước khi trả chương trình lên Monitor

Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:

- Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau

- Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu

- Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển

đồng bộ các hoạt động trong PLC

Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua Data Bus Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song

Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế

Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về địnhthời, đồng hồ của hệ thống

- Vòng quét của chương trình:

PLC thực hiện các công việc (bao gồm cả chương trình điều khiển) theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (scancycle) Mỗi vòng quét được bắt đàu bằng việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1

Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm

ảo Q tới các cổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn xử lý các yêu cầu truyền thông (nếu có) và kiểm tra trạng thái của CPU Mỗi vòng quét có thể mô tả như sau:

Chú ý: Bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra tương tự nên các

lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đệm

Thời gian cần thiết để cho PLC thực hiện được một vòng quét được gọi là thời gian vòng quét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau Có vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳthuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thông Trong vòng quét đó Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượngđể xử lý, tính toán

và việc gửi tín hiệu điều khiển đến đối tượng có một khoảngthời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao

Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ khối OB40, OB80, Chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại Các khối chương trình này có thể thực hiện tại mọi vòng quét chứ không phải bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình Chẳng hạn một tín hiệu báo ngẵt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra,

để thực hiện ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét Do đó để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đối không nênviết chương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ nhớ đệm của cổng trong vùng nhớ tham

số Việc truyền thông giữa bộ đêm ảo với ngoại vi trong giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý Ở một số modul CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện với cổng vào/ra

Sơ đồ đấu chân PLC 224-AC/DC/PLY

1.2 Động cơ điện một chiều kéo băng tải

3- dây quấn cực từ chính 4- cực từ phụ

5- dây quấn cực từ phụ 6- dây quấn phần ứng 7- lõi sắt phần ứng 8- rãnh phần ứng 9- răng phần ứng 10- má cực từ

1 2

3

4 5 6 7

8 9 10

Phần tĩnh (stator):

Đây là phần đứng yên của máy, nó bao gồm các bộ phận chính sau:

- Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này nối nối tiếp vói nhau

- Cực từ phụ: cực từ phụ đặt giữa các tự từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ

có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ dược gắn vào vỏ nhờ những bulông

- Gông từ: gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm

vỏ máy Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm võ máy

- Các bộ phận khác:

+ Nắp máy: để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong những trường hợp này nắp thường làm bằng gang

+ Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than

có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại

Phần quay (roto ):

Đây là phần quay (động) của động cơ gồm có các bộ phận sau:

- Lõi sắt phần ứng: Là lõi sắt dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép

kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai lớp mặt rồi

ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

+ Trong những máy cỡ trung bình trở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục

+ Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt thường được chia thành từng đoạn nhỏ Giữa các đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục khi máy làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt

+ Trong máy điện nhỏ , lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục

- Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có thiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn, thường dùng dây có tiết diện chữ nhật dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

Để tránh khi bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakelit

- Cổ góp: Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều, dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều

Kết cấu của cổ góp gồm nhiều phiến đồng có hình đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dầy 0.4 đến 1.2mm và hợp thành hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôi vành góp có cao hơn lên một tí để hàn các đầu dây của các phần

tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng

- Các bộ phận khác: Gồm có cánh quạt và trục máy:

+ Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều thường chế theo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trên trục máy, khi máy quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào máy Gió đi qua vành góp, cực

từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy

+ Trục máy: Là phần trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt

Các thông số định mức

Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã qui định Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng sau:

Công suất định mức Pdm (kw hay w);

Điện áp dịnh mức Udm (V );

Dòng điện định mức Idm ( A );

Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:

- Động cơ điện một chiều là một máy điện biến đổi năng lượng điện của dòng một chiều thành cơ năng Trong quá trình biến đổi đó, một phần năng lượng của dòng xoay chiều bị tiêu tán do các tổn thất trong mạch phần ứng và mạch kích từ, phần còn lại năng lượng được biến thành cơ năng trên trục động cơ

- Khi có dòng điện một chiều chạy vào dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường ở phần tĩnh Từ trường này có tác dụng tương hỗ lên dòng điện trên dây quấn phần ứng tạo ra mômen tác dụng lên roto làm cho roto quay Nhờ có vành đổi chiều nên dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng một chiều đưa vào dây quấn phần ứng Điều này làm cho lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bị đổi chiều và làm động cơ quay theo một hướng

- Công suất ứng với mômen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công suất điện từ và bằng:

2  n ;

Sơ đồ chân và cách đấu nối động cơ điện

một chiều

Hình 2 Động cơ điện một chiều kích

từ độc lập

Dây màu đỏ: nguồn dương

Dây màu đen: nguồn âm

Động cơ được đóng cắt nguồn thông

qua công tắc tơ

Công tắc tơ được điều khiển bởi PLC

gián tiếp thông qua rơ le trung gian

Hình 3 Động cơ với bộ giảm tốc

Thông thường trục của động cơ được

gắn với bộ giảm tốc để có tốc độ và mô

men phù hợp với tải

Băng tải có gắn động cơ với hộp giảm tốc

1.3 Xi lanh đơn

Khái niệm: Xy lanh là một cơ

cấu chấp hành có nhiệm vụ biến

đổi năng lượng khí nén thành

năng lượng cơ học

Hình 5: Xylanh đơn

Xy lanh đơn là loại xylanh chỉ

tạo lực đẩy từ một hướng, dấu

Xilanh MAL-Series-Cylinder-MAL25-100

1.4 Van 3/2

Khái niệm: Van 3/2 là loại van có 3 cổng làm việc (1 vào, 2 ra, 3 xả) và 2 trạng

thái Dạng tác động có thể bằng tay, bằng tiếp xúc cơ khí bằng khí nén hoặc điện

Nguyên lý hoạt động của van 3/2

Trạng thái bình thường van đóng, khi có tín hiệu tác động làm pit tông điều khiển dịch chuyển, khí đi từ nguồn vào cửa 1 ra cửa 2 Khi mất tín hiệu tác động pit tông trở về vị trí cũ đóng nguồn khí, khí mới cấp được xả qua cửa 3

Cách đấu nối van:

Thông thường van sẽ được điều khiển bằng điện, khi cấp nguồn sẽ làm cuộn hút

bên trong van tác động làm dịch chuyển pit tông điều khiển

Hình 10: Van 3 cửa 2 đường dùng

nguồn 12VDC của hãng WSNS

xuất xứ: Trung Quốc

*Lựa chọn nút ấn:

+Tên nút ấn: LA38/203-11 + Nút ấn gồm 2 cặp tiếp điểm: 1 NO, 1 NC

+ Xuất xứ: YueQing Tianyi electric Co., LTD; China

1

1.1.1 : Nút ấn thường mở 1.Tiếp điểm động 2.Tiếp điểm tĩnh 3.Lò xo 4.Ký hiệu