THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY BÀO GIƯỜNG SỦ DỤNG PLC

+ Hành trình thuận : là hành trình gia công chi tiết, gồm nhiều giai đoạn, khởiđộng, ăn dao, vào chi tiết, cắt gọt ổn định, dao ra khỏi chi tiết gia công ứng với cáctốc độ khác

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ 3

1.1 Giới thiệu công nghệ: 3

1.2 Cấu tạo của máy: 4

1.3 Các truyền động của máy bào giường: 5

1.3.1 Truyền động chính: 5

1.3.2 Chuyển động ăn dao: 5

1.3.3 Các chuyển động phụ: 5

1.4 Phân tích đồ thị của tốc độ máy bào giường 6

1.6 Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giường 8

1.6.1 Truyền động chính 8

1.6.2 Truyền động ăn dao 9

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH LỰC 10

2.1 Thiết kế mạch lực: 10

2.1.1 Tổng quan về PLC 10

2.1.2 Bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200: 13

2.1.3 Cấu trúc phần cứng của PLC S7-1200 18

2.1.3.1 Các bộ phận và chức năng 18

2.1.3.2 Cấu trúc phần cứng 20

2.2 Giới thiệu về biến tần: 22

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của biến tần 23

2.3 Giới thiệu chung về biến tần G120: 25

2.3.1 Các công cụ vận hành: 26

2.3.2 Sơ đồ đấu dây trên G120: 27

2.3.3 Sơ đồ mạch lực: 34

2.4 Thiết kế mạch điều khiển: 34

2.4.1 Lưu đồ thuật toán: 35

2.4.2 Bảng địa chỉ: 36

2.4.3 Sơ đồ đấu dây PLC: 36

2.4.4 Chương trình PLC: 36

2.4.5 Cách cài đặt biến tần: 39

CHƯƠNG 3 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ, TRANG BỊ ĐIỆN: 40

3.1 Chọn PLC: 40

3.2 Chọn biến tần: 41

3.3 Chọn rơ-le trung gian: 42

3.4 Chọn công tắc hành trình: 42

3.5 Chọn nút ấn: 43

3.6 Chọn thiết bị bảo vệ: 44

3.7 Chọn dây dẫn: 45

a Dây cáp mạch lực: 45

b.Dây dẫn mạch điều khiển: 46

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ, KẾT LUẬN: 47

4.1 Kết quả: 47

4.1.1 Thuyết minh hoạt động: 47

4.1.2 Kết quả mô phỏng: 47

4.2 Kết luận: 48

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG

NGHỆ

1.1 Giới thiệu công nghệ:

Máy bào mặt phẳng hay còn gọi là máy bào giường hiện nay được sử dụng rộngrãi Trong các loại máy cơ khí, nó được dùng để gia công bề mặt các chi tiết kim loại

có biến dạng lớn Ngoài ra máy bào mặt phẳng còn được dùng để xẻ rãnh hình T, V,đuôi én Máy bào có thể gia công bề mặt các chi tiết ở mức độ thô hoặc tinh khácnhau Truyền động chính trong máy bào mặt phẳng là chuyển động tịnh tiến của bànmáy, bàn máy được kéo bằng một động cơ điện Chất lượng và năng suất của máybào mặt phẳng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ bàn máy, lực cắt, mô men cắtcủa dao…

Máy bào mặt phẳng hiện nay có nhiều chủng loại, dựa vào kiểu phân loại ta chiathành các nhóm máy bào mặt phẳng như sau:

 Dựa vào số trụ phân ra :

Máy bào một trụ : ví dụ như các kiểu máy 710 ; 71120 ; 7116

Máy bào hai trụ : ví dụ như các kiểu máy 7210 ; 7212 ; 7216

 Dựa vào chiều dài (Lb) của bàn máy và lực kéo bàn (Fk) ta phân ra:

Máy cỡ nhỏ: Chiều dài bàn Lb < 3 (m) ; Lực kéo Fk = 30  50 (KN)

Máy cỡ trung bình: Chiều dài bàn Lb = 4  5 (m) ; Lực kéo Fk = 50  70 (KN) Máy cỡ nặng (lớn): Chiều dài bàn Lb > 5 (m) ; Lực kéo Fk > 70 (KN)

1.2 Cấu tạo của máy:

Hình 1: Hình dạng bên ngoài máy bào giường

1 Chi tiết cần gia công

2 Bàn máy

3 Dao cắt

4 Bàn dao

5 Xà dao

1.3 Các truyền động của máy bào giường:

1.3.1 Truyền động chính:

- Chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy gọi là truyền động chính Trong quátrình làm việc, bàn máy di chuyển qua lại theo các chu kỳ lặp đi lặp lại Mỗi chu kỳgồm 2 hành trình thuận và ngược Ở hành trình thuận, máy thực hiện gia công chi tiết,gọi là hành trình cắt gọt Ở hành trình ngược, bàn máy chạy về vị trí ban đầu, khôngthực hiện cắt gọt, nên gọi là hành trình không tải

+ Hành trình thuận : là hành trình gia công chi tiết, gồm nhiều giai đoạn, khởiđộng, ăn dao, vào chi tiết, cắt gọt ổn định, dao ra khỏi chi tiết gia công ứng với cáctốc độ khác nhau

+ Hành trình ngược : là quá trình máy chạy không tải để đưa bàn máy khỏi chi tiếtvề vị trí ban đầu để chuẩn bị cho một chu kì mới Tốc độ hành trình thuận thường nhỏhơn tốc độ hành trình ngược để nâng cao năng suất của máy

1.3.2 Chuyển động ăn dao:

Dịch chuyển của bàn dao sau mỗi một hành trình kép của chuyển động chính là

chuyển động ăn dao Cứ sau khi kết thúc 1 hành trình ngược thì bàn dao lại dịch

chuyển theo chiều ngang 1 khoảng gọi là lượng ăn dao

Truyền động ăn dao làm việc có tính chất chu kỳ, trong mỗi hành trình kép làmviệc một lần (từ thời điểm đảo chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận, và kếtthúc trước khi dao cắt vào chi tiết)

1.3.3 Các chuyển động phụ:

Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của xà máy, bàn dao, nâng dầu dao tronghành trình không tải

Thực vậy, ngoài chuyển động chính và chuyển động ăn dao máy bào giường còn

có nhiều chuyển động khác như :

- Chuyển động chạy nhanh bàn giao, xà máy

- Chuyển động nâng đầu dao trong hành trình ngược

- Các chuyển động hút (gạt), phoi, bơm dầu, quạt mát v.v

1.4 Phân tích đồ thị của tốc độ máy bào giường

Đồ thị tốc độ:

Hình 2: Đồ thị tốc độ của máy báo giường

+ Giai đoạn 3 : giảm tốc độ từ V2 xuống V1 trong khoảng thời gian t3 Bàn máy sơbộ giảm tốc đến tốc độ V1, dao được đưa ra khỏi chi tiết khi tốc độ bàn là V1.

+ Giai đoạn 4 : đảo chiều chuyển động bàn máy, bàn máy từ tốc độ thuận

V1 đảo chiều chuyển động và tăng tới tốc độ ngược V3 trong khoảng thời gian t4.thực hiện hành trình không tải, đưa bàn máy về vị trí ban đầu

+ Giai đoạn 5 : giảm tốc độ ngược từ V3 về V1 trong khoảng thời gian t5 Gần hếthành trình ngược bàn máy giảm tốc độ sơ bộ đến V1, đảo chiều sang hành trìnhthuận, thực hiện một chu kỳ khác

Qua việc phân chia các giai đoạn hoạt động ta có thể mô tả công nghệ của máybào giường như sau :

Sau khi ấn nút khởi động, máy bào giường sẽ chuyển động theo hành trìnhthuận với tốc độ nhỏ V1, giai đoạn này kéo dài từ A tới B Kết thúc giai đoạn này cầnphải tăng tốc cho bàn máy chuyển động theo hành trình thuận với tốc độ cắt gọtV2>V1, giai đoạn này kéo dài từ B tới C Đến C sau khi đã cắt gọt chi tiết xong bànmáy giảm tốc từ V2 xuống V1 chuẩn bị cho quá trình đảo chiều, giai đoạn này kéodài từ C tới D Trong quá trình đảo chiều để tăng năng suất, ta điều khiển cho bànmáy chạy với tốc độ V3 >V2 >V1 Bàn máy chuyển động ngược cho tới khi gặp Athì bắt đầu giảm tốc từ V3 xuống V1, tiếp đó tốc độ giảm về 0 và bắt đầu một chu kìlàm việc mới Khi có tín hiệu dừng máy, bàn máy sẽ dừng ở đầu hành trình thuậnhoặc đầu hành trình ngược

1.5

1.6 Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giường.

1.6.1 Truyền động chính

- Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất và

thấp nhất của bàn máy D = thmin

V



Trong đó :

Vngmax - tốc độ lớn nhất của bàn máy trong hành trình ngược

Vthmin - tốc độ nhỏ nhất của bàn máy trong hành trình thuận

Chọn Vthmin = 5m/ph

Ta có: D =

1:145

70V

Vthmin

trong đó z là số cấp tốc độ của máy đối với yêu cầu của đề thì ta có  1.41

- Hệ thống truyền động là hệ truyền động có đảo chiều quay và làm việc ở chếđộ ngắn hạn lặp lại

- Do máy bào giường chỉ có nhiệm vụ gia công thô bề mặt chi tiết ,không cần độbóng, nhẵn nên độ chính xác yêu cầu không cao  % < 5% Thường chọn  % =2%.

- Độ ổn định tốc độ: Tốc độ cần được ổn định trong trường hợp gia công chi tiết,tức là khi dao cắt cắt vào chi tiết để tránh làm sứt mẻ chi tiết hoặc dao cắt

- Quá trình quá độ khởi động, hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va chạm trong bộtruyền với tác động cực đại

1.6.2 Truyền động ăn dao

Truyền động ăn dao làm vệc có tính chất chu kì, trong mỗi hành trình kép làmviệc một lần

Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao D = ( 100  200)/1 Lượng ăn dao cực đại cóthể đạt tới (80  100) mm/hành trình kép

Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt tới 1000 lần/giờ

Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều cả ở chế độ dichuyển làm việc và di chuyển nhanh

Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống cơ khí, điện khí, thuỷlực, khí nén Thông thường sử dụng rộng rãi hệ thống điện cơ : động cơ điện và hệthống truyền động trục vít - ecu hoặc bánh răng - thanh răng

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH LỰC

2.1 Thiết kế mạch lực:

2.1.1 Tổng quan về PLC

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được(khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông quamột ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tựcác sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tácđộng vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiệnđược đếm PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế PLC hoạt độngtheo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ở đầuvào thì đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hayState Logic Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell

Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bênngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục "lặp" trongchương trình do "người sử dụng lập ra" chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ

ra tại các thời điểm đã lập trình

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển bằngRelay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:

 Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

 Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

 Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp

 Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

 Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, cácmôi Modul mở rộng

 Giá cả cá thể cạnh tranh được

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các Logicthời gian.Tuy nhiên,bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễ

nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch

… sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sự phát triển các máy tínhdẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I / O nhiều hơn

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điềukhiển hoặc xử lý hệ thống Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xácđịnh bởi một chương trình Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC,PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này Như vậy nếu muốn thayđổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trìnhbên trong bộ nhớ của PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiệnmột cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với sử dụng các bộdây nối hay Relay

Cấu trúc:

Tất cả các PLC đều có thành phần chính là: Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong(có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM) Một bộ vi xử lý có cổng giaotiếp dùng cho việc ghép nối với PLC Các Modul vào /ra

Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tayhay bằng máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứađựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình là đơn vịxách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đãđược kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC Đối với cácPLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm trachương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485, …Nguyên lý hoạt động của PLC

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chươngtrình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chươngtrình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bịliên kết để thực thi Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chươngtrình điều khiển được giữ trong bộ nhớ

Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệusong 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 điểu khiểnđồng 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 quaData 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 trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuấthiện 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 củaPLC Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gianhạn 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 địnhtốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống.Bộ nhớ

PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp: Làm bộ định thời cho các kênhtrạng thái I/O Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm,ghi các Relay

Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộnhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ Địa chỉ của từng ônhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý Bộ vi xử lý sẽgiá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo Với một địa chỉ mới,nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá trình này được gọi là quátrình đọc

Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khảnăng chứa 2.000 - 16.000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch Trong PLC các bộ nhớnhư RAM, EPROM đều được sử dụng

 RAM (Random Access Memory) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏnội dung bất kỳ lúc nào Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bịmất Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năngcung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tế

 EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người

sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được Nội dungcủa EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵn trong máy, đã đượcnhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn Nếu người sử dụng không muốn mởrộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC Trên PG (Programer)

có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM

 EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên kếtvới những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định Nội dung của nó cóthể được xóa và lập trình lại, tuy nhiên số lần lưu sửa nội dung là có giới hạn

 Môi trường ghi dữ liệu thứ tư là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trongmáy lập trình Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng

để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài

Kích thước bộ nhớ:

 Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 -1.000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chếtạo

 Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K 16K, có khả năng chứa từ 2.000 16.000 dòng lệnh

-2.1.2 Bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200:

PLC S7-1200 là bộ điều khiển logic khả trình của hãng Siemens - Đức, được ra đờivào năm 2009 Sự ra đời của PLC S7-1200 đãdần thay thế cho dòng PLC cũ là S7-

200 So với S7-200 thì PLC S7-1200 có nhiều tính năng nổi trội hơn, PLC S7-1200mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ cácyêu cầu về điều khiển tự động Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt vàtập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành choviệc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau

Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ratrong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khingười dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầuđểgiám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào

và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm cáchoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việctruyền thông với các thiết bị thông minh khác Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệviệc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển:

 Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấuhình việc truy xuất đến các chức năng của CPU

 Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằmtrong một khối xác định

PLC S7-1200 bao gồm 4 dòng CPU 1211C, 1212C, 1214C và 1215C Các moduleCPU khác nhau về hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình…vàchúng đều được tích hợp sẵn một cổng Profinet, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP

Bảng 2-1 Thông số và các đặc điểm kỹ thuật của CPU 1211C/ 1212C/ 1214C

Bộ nhớ người dùng:

 Bộ nhớ làm việc

 Bộ nhớ nạp

 Bộ nhớ giữ lại

 Kiểu số

 Kiểu tương tự

 6 ngõ vào / 4ngõ ra

Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

Độ mở rộng các module

tín hiệu

Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái)

Các bộ đếm tốc độ cao

Thời gian lưu giữ đồng

hồ thời gian thực

Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 40oC

PROFINET Một cổng truyền thông Ethernet

Tốc độ thực thi tính toán 18 μs/lệnhs/lệnh

Tốc độ thực thi Boolean 0.1 μs/lệnhs/lệnh

 Giới thiệu về module mở rộng:

Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mởrộng chức năng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyềnthông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác

Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông số và quyđịnh của nhà sản xuất

Hình 2-1 Hình ảnh các module mở rộng S7-1200

 S7-1200 có các loại module mở rộng sau:

 Communication module (CM):Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa

các bộ PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

 Signal board (SB):Board tín hiệu vào ra số, tương tự được gắn phía trên CPU.

 Signal Module (SM):Module tín hiệu vào ra số, tương tự.

Chi tiết các đặc tính của module được thể hiện ở bảng sau:

Kiểutươngtự

4 x AnalogIn

8 x AnalogIn

2 x Analog In

4 x Analog In

4 x Analog In / 2 x AnalogOut

Bảng

tín hiệu

Kiểutươngtự

Module truyền thông (CM)

 RS485

 RS232

2.1.3 Cấu trúc phần cứng của PLC S7-1200

2.1.3.1 Các bộ phận và chức năng

Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớchương trình khác nhau… nhưng về cơn bản chúng đều bao gồm các bộ phận sau:

1 Nguồn cấp PS

2 Kết nối với các module mở rộng

3 Đèn LED hiển thị I/O trên board

Hình 2-3 Sơ đồ đấu nối đầu vào/ra và nguồn trên S7-1200

 MAINT (maintenance): Đèn này sẽ nhấp nháy khi ta gắn vào một thẻ nhớ

 LINK: Màu xanh báo hiệu việc kết nối với máy tính thành công

 Rx/Tx: Màu vàng nhấp nháy báo hiệu tín hiệu được truyền phát

 Ix.x: Màu xanh chỉ thị trạng thái đầu vào số (ON/OFF)

 Qx.x: Màu xanh chỉ thị trạng thái đầu ra số (ON/OFF)

2.1.3.2 Cấu trúc phần cứng

Hình 2-4 Mô hình tổng quát của một PLC

Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Cental Processing Unit):

Có nhiệm vụ xử lý thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan trọng củaPLC Mỗi PLC thường có từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm

Đ N V X LÝ ƠN VỊ XỬ LÝ Ị XỬ LÝ Ử LÝ TRUNG TÂM

Đ N V X LÝ ƠN VỊ XỬ LÝ Ị XỬ LÝ Ử LÝ TRUNG TÂM

KH I NGÕ VÀO ỐI NGÕ VÀO

KH I NGÕ VÀO ỐI NGÕ VÀO

 Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn giản, đơnthuần là xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản thời gian xử lý dài.

 Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn bản,phép toán, đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiềutuy nhiên thời gian xử lý được cải thiện nhanh hơn

 Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện

Khối vào ra:

 Khối vào ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp5/15VDC) với mạch công suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC)

 Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệutiêu chuẩn để đưa vào bộ xử lý

 Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ

2.2 Giới thiệu về biến tần:

Hình 2.5: Sơ đồ khối của biến tần.

Biến tần là thiết bị dùng để thay đổi và điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha thông qua việc thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều 3 pha

Công thức tính tốc độ vòng quay của Biến tần:

N= 120 f

P (1-s)

Để thay đổi được tốc độ động cơ chúng ta có 3 phương pháp:

Biến tần thiết bị dùng để thay đổi tần số của nguồn cung cấp xoay chiều 3 pha đặt lênđộng cơ Qua đó thay đổi tốc độ động cơ theo công thức trên

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của biến tần.

Hình 2.6: Sơ đồ mạch bên trong của một biến tần.

Nguyên lý cơ bản làm việc của biến tần cũng khá đơn giản Nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn nàyđược thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện

Điện áp một chiều sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Ban đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện Điện áp một chiều này ở mức rất cao

Tiếp theo, thông qua trình tự kích hoạt đóng mở IGBT (IGBT là từ viết tắt của

Tranzito Lưỡng cực có Cổng Cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của Biến tần) của Biến tần sẽ tạo ra một điện áp Xoay chiều ba pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM)

Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay Tần số

chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số cao; nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ

Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số

vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển (khi cần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ) Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp – tần số là không đổi

Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4 Điện áp là hàm bậc 4 của tần số Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp.

Hình 2.7: Sơ đồ dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra biến tần

Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống

Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA

2.3 Giới thiệu chung về biến tần G120:

Biến tần Siemens G120 được thiết kế để điều khiển (tốc độ / mô men) của động cơ xoay chiều 3 pha chính xác và hiệu quả Biến tần Siemens G120 có giải công suất từ 0,37 đến 250 kW với điện áp lưới 400V và 690V, phù hợp cho hầu hết các ứng dụng

0.37 – 250 KW 3 AC 380 tới 480 V ± 10%

Hình 2.8: một số hình ảnh về biến tần G120 trên thực tế.

IOP/BOP-2 gắn kit IP54/UL loại

6SW1700-5JA00-4AA0

2.3.2 Sơ đồ đấu dây trên G120:

Hình 2.9: sơ đồ đấu dây trên biếng tần G120C

1: Đấu dây dùng nguồn nội Ngõ vào số = mức cao khi công tắc đóng 2: Đấu dây dùng nguồn bên ngoài Ngõ vào số = mức cao khi công tắc đóng 3: Đấu dây dùng nguồn nội Ngõ vào số = mức thấp khi công tắc đóng 4: Đấu dây dùng nguồn bên ngoài Ngõ vào số = mức thấp khi công tắc đóng