BÀI TẬP LỚN PLC ứng dụng plc s7200 điều khiển hệ thống khí nén theo giản đồ

BÀI TẬP LỚN PLC ứng dụng plc s7200 điều khiển hệ thống khí nén theo giản đồTổng quan về plc, giới thiệu thiết bị chính, thiết kế lựa chọn mạch lực,I.GIỚI THIỆU PLC S7200, SỬ DỤNG CHO CÁC ỨNG DỤNG VỪA VÀ NHỎ...Giao tiếp Modbus giữa các PLC S7200,Van đảo chiều 53 có vị trí không,Cảm biến gắn trên xilanh,Máy nén khí.....

Bài tập lớn PLC Mục lục Chương 1: Tổng quan hệ thống PLC & khí nén I Tổng quan hệ PLC Một hệ thống sản xuất có khả tự khởi động, kiểm soát, xử lý dừng trình theo yêu cầu đo đếm giá trị đạt xác định nhằm đạt kết tốt sản phẩm đầu gọi Hệ thống điều khiển Trong kỹ thuật tự động, điều khiển chia làm loại: • Điều khiển nối cứng • Điều khiển logic khả trình Một hệ thống điều khiển tạo thành từ thành phần sau: • Khối vào • Khối xử lý-điều khiển • Khối Khối vào: Khối có nhiệm vụ chuyển đổi đại lượng vật lý thành tín hiệu điện, chuyển đổi là: nút nhấn, cảm biến …và tùy theo chuyển đổi mà tín hiệu khỏi khối vào ON/OFF dạng liên tục (analog) Khối xử lý: Khối có nhiệm vụ xử lý thông tin từ khối vào để tạo tín hiệu đáp ứng yêu cầu điều khiển Khối ra: ĐHCNHN-TĐH2 Bài tập lớn PLC Tín hiệu kết trình xử lý hệ thống điều khiển Các tín hiệu sử dụng tạo hoạt động đáp ứng cho thiết bị ngõ Các ngõ là: động điện, xy lanh, solenoid, van, role Sơ lược lịch sử PLC Ngày tự động hóa ngày đóng vai trò quan trọng đời sống công nghiệp, tự động hóa phát triển đến trình độ cao nhờ tiến lý thuyết điều khiển tự động, tiến ngành điện tử, tin học…Chính mà nhiều hệ thống điều khiển đời, phát triển mạnh có khả ứng dụng rộng Bộ điều khiển lập trình PLC Bộ điều khiển lập trình (Programmable controller) nhà thiết kế cho đời năm 1968(Công ty General Motor-Mỹ), với tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển : • Dễ lập trình thay đổi chương trình • Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì sữa chữa • Đảm bảo độ tin cậy môi trường sản xuất Tuy nhiên hệ thống đơn giản cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn việc vận hành lập trình hệ thống Vì nhà thiết kế bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable controller Handle) đời vào năm 1969 Điều tạo phát triển thật cho kỹ thuật lập trình Trong giai đoạn hệ thống điều khiển lập trình (PLC) đơn giản nhằm thay hệ thống Relay dây nối hệ thống điều khiển cổ Qua trình vận hành, nhà thiết kế bước tạo tiêu chuẩn cho hệ thống, tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang Sự phát triển hệ thống phần cứng từ năm 1975 làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ với chức mở rộng: • Số lượng ngõ vào, ngõ nhiều có khả điều khiển ngõ vào, ngõ từ xa kỹ thuật truyền thông • Bộ nhớ lớn • Nhiều loại Module chuyên dùng ĐHCNHN-TĐH2 Bài tập lớn PLC Trong đầu thập niên 1970, với phát triển phần mềm, lập trình PLC không thực lệnh Logic đơn giản mà có thêm lệnh định thì, đếm kiện, lệnh xử lý toán học, xử lý liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực Ngoài nhà thiết kế tạo kỹ thuật kết nối hệ thống PLC riêng lẻ thành hệ thống PLC chung, tăng khả hệ thống riêng lẻ Tốc độ hệ thống cải thiện, chu kỳ quét nhanh Bên cạnh đó, PLC chế tạo giao tiếp với thiết bị ngoại nhờ mà khả ứng dụng PLC mở rộng Phân loại PLC a) Theo hãng sản xuất Các nhãn hiệu Siemens, Ormon, Misubishi, Alenbratlay… b) Theo version  PLC Siemens có họ S7-200, S7-300, S7-400,… PLC S7-200 hãng Siemens ĐHCNHN-TĐH2 Bài tập lớn PLC PLC S7-300 Siemens PLC S7-400 Siemens Misubishi có họ Alpha, Fx, Fx0, Fx0N,Fx1N,Fx2N  PLC loại ALPHA Đây loại PLC có kích thước thật nhỏ gọn, phù hợp với ứng dụng với số lượng I/O nhỏ 30 cổng Dòng ALPHA có hình LCD phím nhấn cho phép thao tác, lập trình, sửa đổi… chương trình tích hợp bên đếm tốc độ cao ngắt (role trung gian), cho phép xử lý tốt số ứng dụng phức tạp…  PLC loại FX0S ĐHCNHN-TĐH2 Bài tập lớn PLC Đây loại PLC có kích thước siêu nhỏ, phù hợp với ứng dụng với số lượng I/O nhỏ 30, giảm chi phí lao động kích cỡ panel điều khiển Với việc sử dụng nhớ chương trình EEPROM cho phép liệu chương trình lưu lại nhớ trường hợp nguồn đột xuất, giảm thiểu thời gian bảo hành sản phẩm Dòng FX0 tích hợp sẵn bên đếm tốc độ cao tạo ngắt, cho phép xử lý tốt số ứng dụng phức tạp Nhược điểm dòng FX0 khả mở rộng số lượng I/O, khả nối mạng, thời gian thực chương trình lâu  PLC loại FX0N FX0N PLC sử dụng cho máy điều khiển độc lập hay hệ thống nhỏ với số lượng I/O quản lý nằm miền 10-128 I/O FX0N thực chất bước đệm trung gian FX0S với FX PLC FX0N có đầy đủ đặc trưng dòng FX0S, đồng thời có khả mở rộng tham gia nối mạng  PLC loại FX1N ĐHCNHN-TĐH2 Bài tập lớn PLC PLC FX1N thích hợp với toán điều khiển với số lượng đầu vào khoảng 14-60 I/O Tuy nhiên sử dụng module vào mở rộng lên tới 128 I/O • Bộ nhớ chương rình 8000 kstep • Chu kỳ lệnh 0.55us/lệnh đếm tốc độ cao(60KHz), hai phát xung đầu với tần số điều khiển tối đa 100KHz • Nguốn cung cấp:12-24VDC, 120-240VAC Nhìn chung, dòng FX1N PLC thích hợp cho ứng dụng dùng công nghiệp chế biến gỗ, hệ thống điều khiển cửa, hệ thống máy nâng, thang máy, sản xuất xe hơi, hệ thống điều hòa không khí nhà kính, hệ thống xử lý nước thải, hệ thống điều khiển máy dệt,…  PLC loại FN2N Đây loại PLC có tính tương đối mạnh, FX2N trang bị tất tính dòng FX1N.Tốc độ xử lý tăng cường với thời gian thực 0.08us/lệnh Điều khiển số lượng đầu từ 16-128I/O Trong trường hợp cần thiết mở rộng lên tới 256 I/O Bộ nhớ 8kstep, trường hợp cần điều khiển quà trình phức tạp, mở rộng nhớ lên tới 16kstep Những tính vượt trội với khả truyền thông, nối mạng nói chung dòng FX1N đưa FX2N lên vị trí hàng đầu dòng FX, ĐHCNHN-TĐH2 Bài tập lớn PLC đáp ứng tốt đòi hỏi khắt khe ứng dụng điều khiển dây chuyền sản xuất, xử lý nước thái, ứng dụng hệ thống xử lý môi trường, điều khiển máy dệt ứng dụng dây chuyền đóng lắp ráp tàu biển… PLC Q series hãng Mitsubishi 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 ĐHCNHN-TĐH2 Bài tập lớn PLC Một loại micro PLC khác DL05 hãng Koyo, loại có 32 kênh vào/ra Micro PLC họ DL05 hãng Koyo 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 đun CPU, lại mô đun vào/ra, với kênh vào kênh cho mô đun  PLC loại ZEN-10C Omron Hãng Siemens có loại PLC nhỏ S5-90U,S5-100U,S7-200, có số lượng kênh vào/ra nhỏ 256 ĐHCNHN-TĐH2 Bài tập lớn PLC PLC S5-100U Siemens  Các PLC trung bình Có thể có đến 1024 đầu vào/ra Loại CJ1M Omron hình bên có 320 kênh vào/ra PLC loại CJ1M Ormon 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 Cấu trúc PLC PLC thiết bị cho phép thực thuật toán điều khiển số thông qua ngôn nhữ lập trình Toàn chương trình điều khiển lưu nhớ nhớ PLC Điều nói PLC giống máy tính, nghĩa  ĐHCNHN-TĐH2 Bài tập lớn PLC 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 • Mô đun vào • Mô đun • Mô đun nhớ • Thiết bị lập trình Sơ đồ PLC biểu diễn hình bên Ngoài mô đun này, PLC có mô đun phụ trợ mô đun kết nối mạng, mô đun truyền thông, mô đun ghép nối mô 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… 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, 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 hoàn toàn tự động theo chương trình nhớ Chương trình nạp vào PLC thông qua thiết bị lập trình chuyên dụng • Hoạt động PLC • ĐHCNHN-TĐH2 10 Bài tập lớn PLC mảng nhớ Trong thời gian quét chương trình, xử lý quét lệnh chương trình điều khiển, sử dụng trạng thái tín hiệu vào mảng nhớ để xác định đầu đáp ứng hay không Kết trạng thái đầu ghi vào mảng nhớ, PLC cấp ngắt điện cho mạch để điều khiển thiết bị ngoại vi Chu kỳ quét PLC kéo dài từ đến 25 mili giây Thời gian quét đầu vào đầu thường ngắn so với chu kỳ quét PLC II Giới thiệu tổng quan hệ thống khí nén Những đặc điểm Hệ thống khí nén gồm nhiều thiết bị quan trọng máy nén khí bình tích áp, sử dụng rộng rãi công nghiệp lắp ráp, chế biến đặc biệt lĩnh vực cần đảm baỏ vệ sinh, chống cháy nổ môi trường độc hại Ví dụ lĩnh vực lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm, khâu phân loại, đóng gói sản phâm thuộc dây chuyền sản xuất tự động, công nghiệp gia công khí, công nghiệp khai khoáng, Các dạng truyền động sử dụng khí nén - Truyền động thẳng ưu hệ thống khí nén kết cấu đơn giản linh hoạt cấu chấp hành, chúng sử dụng nhiều thiết bị gá kẹp chi tiết gia công thiết bị đột dập, phân loại đóng gói sản phẩm - Truyền động quay : nhiều trường hợp yêu cầu tốc độ truyền động cao, công suất không lớn gọn nhẹ tiện lợi nhiều so với dạng truyền động sử dụng lượng khác Ở hệ truyền động quay công suất lớn, chi phí cho hệ thống cao so với truyền động điện a) b) Ưu nhược điểm hệ thống khí nén Ưu điểm - Do không khí có khả chịu nén nên nén trích chứa bình chứa với áp suất cao thuận lợi, kho chứa lượng Trong vận hành, người ta thường xây dựng trạm khí nén dùng chung cho nhiều mục đích khác công việc làm sạch, truyền động máy móc - Có khả truyền tảu xa hệ thống đường ống với tổn thất nhỏ - Khí nén sau sinh công học thải mà không gây tổn hại cho môi trường ĐHCNHN-TĐH2 12 Bài tập lớn PLC - Tốc độ truyền động cao, linh hoạt - Dễ điều khiển với độ tin cậy xác - Có giải pháp thiết bị phòng ngừa tải, áp suất hiệu Nhược điểm - Công suất chuyển động không lớn - Do khả đàn hồi khí nén lớn nên tải trọng thay đổi vận tốc truyền động có xu hướng thay đổi Vì khả trì chuyển động thẳng quay thường khó thực - Dòng khí nén giải phóng môi trường gây tiếng ồn Cấu trúc hệ thống khí nén Hệ thống khí nén thường bao gồm khối thiết bị : - Trạm nguồn : Máy nén khí, bình tích áp, thiết bị an toàn, thiết bị xử lý khí nén ( lọc bụi, lọc nước, sấy khô ) - Khối điều khiểm : phần tử xử lý tín hiệu điều khiển phần tử điều khiển đảo chiều cấu chấp hành - Khối thiết bị chấp hành : Xi lanh, động khí nén, giác hút Dựa vào lượng tín hiệu điều khiển, người ta chia hai dạng hệ thống khí nén : - Hệ thống điều khiển khí nén tín hiệu điều khiển khí nén kéo theo phần tử xử lý điều khiển tác động khí nén ( Hình 1) ĐHCNHN-TĐH2 13 Bài tập lớn PLC Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén - Hệ thống điều khiển điện - khí nén phần tử điều khiển hoạt động tín hiệu điện kết hợp tín hiệu điện - khí nén (Hình 2) ĐHCNHN-TĐH2 14 Bài tập lớn PLC Hệ thống điện - khí nén Chương 2: Giới thiệu thiết bị I GIỚI THIỆU PLC S7-200, SỬ DỤNG CHO CÁC ỨNG DỤNG VỪA VÀ NHỎ PLC s7- 200 S7-200 thiết bị điều khiển logic lập trình loại nhỏ hãng Siemens, có cấu trúc theo kiểu module có module mở rộng Các module đươc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác - S7-200 thuộc nhóm PLC loại nhỏ, quản lý số lượng đầu vào/ra tương đối - Có từ đầu vào/ đầu số (CPU221) đến 24 đầu vào/ 16 đầu số (CPU226) Có thể mở rộng đầu vào/ra số module mở rộng - Kiểu đầu vào IEC 1131-2 SIMATIC Đầu vào sử dụng mức điện áp 24VDC, thích hợp với cảm biến ĐHCNHN-TĐH2 15 Bài tập lớn PLC - Có kiểu ngõ Relay Transitor cấp dòng - Tích hợp sẵn cổng Profibus hay sử dụng module mở rộng, cho phép tham gia vào mạng Profibus Slave thông minh - Có cổng truyền thông nối tiếp RS485 vơi đầu nối chân Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI 9600 bauds, theo kiểu tự 300 – 38.400 bauds - Tập lệnh có đủ lệnh bit logic, so sánh, đếm, dịch/quay ghi, timer cho phép lập trình điều khiển Logic dễ dàng - Ngôn ngữ lập trình: LAD, STL, FBD Ứng dụng: Dùng cho ứng dụng điều khiển logic, điều khiển tuần tự, liên động…trong công nghiệp ứng dụng vừa nhỏ S7-200 CPU CPU S7-200 kết hợp vi xử lý, nguồn, mạch đầu vào mạch đầu thiết kế nhỏ gọn Các thành phần CPU S7-200 S7-200 có dòng CPU 221, CPU 222, CPU 224, CPU 226… Bảng trình bày số đặc tính số CPU ĐHCNHN-TĐH2 16 Bài tập lớn PLC Các module mở rộng PLC S7-200 mở rộng ngõ vào/ra cách ghép nối thêm module mở rộng phía bên phải CPU Bảng trình bày module mở rộng PLC S7-200 Với CPU khác thành phần mở rộng khác ĐHCNHN-TĐH2 17 Bài tập lớn PLC Danh sách module mở rộng PLC S7-200 Giao tiếp PLC S7-200 giao tiếp với PC qua cổng RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với chuyển đổi từ RS232 sang RS485 Giữa PLC S7-200 kết nối với theo giao thức Modbus ĐHCNHN-TĐH2 18 Bài tập lớn PLC Giao tiếp Modbus PLC S7-200 II Van đảo chiều 5/3 có vị trí không Chức năng: Van đảo chiều dùng để đóng, mở ống dẫn để khởi động cấu biến đổi lượng, dùng để đảo chiều chuyển động cấu chấp hành Cảm biến gắn xilanh  III ĐHCNHN-TĐH2 19 Bài tập lớn PLC NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: có từ trường tác động vào tiếp điểm đóng lại, đèn led sáng điện trở hạn chế dòng IV Máy nén khí Máy nén khí máy móc (hệ thống học) có chức làm tăng áp suất chất khí Công dụng máy nén khí nhiều, chúng có mặt hầu hết ĐHCNHN-TĐH2 20 Bài tập lớn PLC ngành công nghiệp in ấn, bao bì, thực phẩm, dệt, gỗ,… Máy nén khí “mắt xích” quan trọng hệ thống công nghiệp sử dụng khí áp suất cao để vận hành máy móc khác… V xilanh kép 7- Ống xi lanh 8- Gioăng GDS làm kín 1- Ổ bi cầu cổ ống 2- Bulong hãm 3- Gioăng TPM làm kín piston ống 4- Gioăng Oring làm kín cần piston 5- Quả piston 9- Gioăng TTI làm kín cổ cần 10- Gioăng Oring làm kín phụ cổ ống 11- Gioăng GHK gạt bụi 6- Cần piston 12- Cổ xi lanh Chương 3: Thiết kế lựa chọn ĐHCNHN-TĐH2 21 Bài tập lớn PLC I Tính toán, lựa chọn mạch lực khí nén • Sử dụng van đảo chiều 5/3 Kí hiệu: • Xi lanh kép Kí hiệu: • Mạch lực S1 S4 Q0.0 S5 Q0.1 50% S6 Q0.2 50% Q0.3 50% 50% Chương trình điều khiển Xác đinh ngõ ra,vào II I0.0 I0.7 I0.1=s1 I0.4=s4 I0.5=s5 I0.6=s6 Ngõ vào On1 Off On2 On3 On4 On5 Ngõ Q0.0=A+ Q0.1=AQ0.2=B+ Q0.3=B- ĐHCNHN-TĐH2 22 Bài tập lớn PLC Thiết kế thuật toán điều khiển (giản đồ thời gian)1 a) Viết chương trình cho PLC Hàm logic F(V0.0)=(I0.0+V0.0) I 0.7 F(V0.1)=(V0.0 * I0.1+V0.1) V 0.2 v0.3 * ĐHCNHN-TĐH2 23 Bài tập lớn PLC F(V0.2)=(T37 *V0.1+ V0.2) F(V0.3)=(I0.6*V0.2+V0.3) F(V0.4)=(I0.4*V0.3+V0.4) v0.3 V 0.4 V F(T37)=(I0.4*V0.1) F(Q0.0)=V0.1* F(Q0.1)=V0.2* I 0.4 I 0.1 +V0.3*I0.5 +V0.4 F(Q0.2)=V0.2*I0.1 F(Q0.3)=V0.3*I0.1 Chương trình PLC b) • • • • ĐHCNHN-TĐH2 24 Bài tập lớn PLC • • • • • • Sơ đồ đấu dây ĐHCNHN-TĐH2 25 Bài tập lớn PLC Chạy thử mô hình Chương 4: Kết luận hướng phát triển Qua trình nghiên cứu mạng internet, hướng dẫn thầy giáo môn Em hoàn thành tập lớn Đề tài giúp cho em phần hiểu cách thức hoạt động thiết bị khí nén đồng thời ứng dụng PLC vào điều khiển chúng Cùng phát triển không ngừng lĩnh vực tự động hóa, ngày thiết bị truyền dẫn, điều khiển khí nén sử dụng trong phòng thí nghiệm, máy móc trở nên rộng rãi hầu hết lĩnh vực công nghiệp máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển, máy dập, máy xây dựng, máy ép phun, tàu thủy, máy y khoa, dây chuyền chế biến thực phẩm,… thiết bị làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo xác, công suất lớn với kích thước nhỏ gọn lắp đặt dễ dàng không gian chật hẹp so với thiết bị truyền động điều khiển khí hay điện ĐHCNHN-TĐH2 26