Nghiên cứu, ứng dụng PLC để xây dựng hệ thống thực hành tại trường đại học công nghiệp quảng ninh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐỖ THỊ HOA NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC HÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa THÁI NGUYÊN, 2014 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐỖ THỊ HOA NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC HÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN TRƯỞNG KHOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN THANH HÀ PHÒNG ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN, 2014 LỜI CAM ĐOAN Tên là: Đỗ Thị Hoa Sinh ngày: 02 tháng 09 năm 1986 Học viên lớp Cao học khoá 14 - Tự động hoá - Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên Hiện công tác tại: Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh Tơi xin cam đoan tồn nội dung luận văn làm theo định hướng giáo viên hướng dẫn, không chép người khác Các phần trích lục tài liệu tham khảo luận văn Nếu có sai tơi hoàn toàn chịu trách nhiệm Tác giả luận văn Đỗ Thị Hoa LỜI CẢM ƠN Lời tác giả xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo, giáo Phịng Sau đại học, Khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp thầy giáo, cô giáo, anh chị Trung tâm thí nghiệm giúp đỡ đóng góp nhiều ý kiến quan trọng cho tác giả để tác giả hồn thành luận văn Trong trình thực đề tài nhận giúp đỡ nhiệt tình thầy, giáo khoa Điện trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp thuộc ĐH Thái Nguyên bạn đồng nghiệp Đặc biệt hướng dẫn góp ý thầy PGS.TS Nguyễn Thanh Hà giúp cho đề tài hồn thành mang tính khoa học cao Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu thầy, cô Do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm tài liệu tham khảo cịn hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, cô giáo bạn đồng nghiệp để tơi tiếp tục nghiên cứu, hồn thiện q trình cơng tác sau Học viên Đỗ Thị Hoa MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt v Danh mục bảng biểu vi Danh mục hình vẽ đồ thị vii Mở đầu Chương 1: Tổng quan hệ thống điều khiển logic khả trình PLC tổng quan S7-200, S7-300 1.1 Giới thiệu chung hệ thống điều khiển logic khả trình (PLC) 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Cấu trúc PLC 1.1.3 Các khối PLC 1.1.4 Phương thức thực chương trình PLC 1.2 Tổng quan S7-200, S7-300 1.2.1 Tổng quan S7-200 1.2.2 Tổng quan S7-300 rang i ii iii 4 14 10 16 25 28 1.3 Kết luận chương Chương 2: Giới thiệu chung Trường Đại học Công nghiệp Quảng 29 Ninh xây dựng hệ thống thực hành ứng dụng PLC S7-300 trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh 2.1 Giới thiệu chung Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh 29 2.2 Giới thiệu hệ thống phịng thí nghiệm Điện - Tự động hóa Trường Đại học Cơng nghiệp Quảng Ninh 2.3 Đánh giá thực trạng hệ thống phịng thí nghiệm xu phát triển Nhà trường 2.3.1 Xu phát triển Trường 2.3.2 Thực trạng hệ thống phịng thí nghiệm Điện 2.4 Kết luận 2.5 Xây dựng hệ thống thực hành đa ứng dụng PLC S7-300 30 32 32 34 35 36 2.5.1 Thiết kế bố trí module chứa điều khiển lập trình PLC S7-300 36 2.5.1.1 Mơ hình thực hành điều khiển khởi động động chiều kích 38 từ độc lập quay theo hai chiều thuận nghịch 2.5.1.2 Mô hình thực hành điều khiển đảo chiều động chiều kích 45 từ độc lập điều khiển theo nguyên tắc hành trình (sử dụng cảm biến) 2.5.1.3 Mơ hình thí nghiệm điều khiển khởi động động qua cấp 52 điện trở phụ 2.5.1.4 Mơ hình thực hành điều khiển đèn giao thông ngã tư 2.5.1.5 Mô hình thực hành khởi động, động khơng đồng sử dụng 62 70 phương pháp đổi nối - tam giác 2.6 Kết luận chương Chương 3: Xây dựng giảng thực hành với PLC S7-300 3.1 Cơ sở lý thuyết chung phương pháp dạy học thực hành 3.2 Xây dựng thực hành lập trình điều khiển với PLC S7-300 77 78 78 80 3.2.1 Tiếp cận thiết bị thực hành với đầu vào 3.2.2 Thực hành với Timer Counter 80 89 3.2.3 Bài thực hành tổng hợp nâng cao PLC S7-300 96 3.3 Kết luận chương 99 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu Nội dung bảng biểu Trang Bảng 3.1 Gán địa vào/ra 89 Bảng 3.2 Gán địa vào/ra 96 Bảng 3.3 Gán địa vào/ra 99 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hiệu Nội dung Trang Hình 1.1 Nguyên lý chung cấu trúc điều khiển logic khả trình Hình 1.2 Cấu trúc chung điều khiển lập trình PLC Hình 1.3 Các khối PLC Hình 1.4 Sơ đồ nhớ chương trình 11 Hình 1.5 Chu kỳ quét PLC 15 Hình 1.6 Bộ PLC S7-200 16 Hình 1.7 Sơ đồ cấu trúc bên PLC hãng Siemens 17 Hình 1.8 Cấu trúc nhớ S7-200 18 Hình 1.9 Sơ đồ chân cổng truyền thơng RS 485 21 Hình 1.10 Sơ đồ ghép nối S7-200 với PLC 21 Hình 1.11 Vịng qt chương trình PLC S7-200 23 Hình 1.12 Cấu trúc chương trình PLC S7-200 24 Hình 1.13 Cách xác định địa cho module mở rộng 27 Hình 1.14 Cấu trúc lắp ghép trạm PLC 28 Hình 2.1 Mơ hình hồn thiện sau thiết kế module chứa điều khiển S7-300 Mơ hình thực hành điều khiển khởi động động chiều kích từ độc lập quay theo hai chiều thuận ngược 37 41 Hình 2.3 Mơ hình thực hành điều khiển đảo chiều động chiều kích từ độc lập điều khiển theo ngun tắc hành trình 48 Hình 2.4 Mơ hình thực hành điều khiển khởi động động qua cấp điện trở phụ 57 Hình 2.5 Mơ hình thực hành điều khiển đèn giao thông ngã tư Mơ hình thực hành khởi động động khơng đồng sử dụng phương pháp 65 74 Hình 2.2 Hình 2.6 đổi nối sao- tam giác MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nền công nghiệp giới đà phát triển ngày cao, vấn đề điều khiển tự động mối quan tâm hàng đầu ứng dụng khoa học sản xuất Nó địi hỏi xác, tính tiêu chuẩn khả xử lý nhanh mức hoàn hảo, đáp ứng nhu cầu ngày gia tăng xã hội Sự xuất máy tính từ năm đầu thập kỷ 60 mở nhiều triển vọng lớn lao ứng dụng khoa học phục vụ người, nhà sản xuất khơng ngừng lại Từ hệ thống máy tính to lớn cồng kềnh phức tạp, nhà khoa học khơng ngừng cải tiến hồn thành phần cứng lẫn phần mềm để đáp ứng yêu cầu công nghiệp với sản phẩm gọn nhẹ, tiện dụng, độ linh hoạt cao, giá thành rẻ Từ lập trình PLC đời 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 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 Mơn học lập trình PLC mơn học chun ngành chương trình đào tạo trình độ đại học, cao đẳng khối ngành kĩ thuật điện, điện tử Môn học giúp sinh viên thiết kế lập trình điều khiển cho dây chuyền tự động từ đơn giản đến phức tạp Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh có xuất phát điểm trường Kỹ thuật trung cấp Mỏ có quy mơ khơng lớn Trong đó, hệ thống phịng thí nghiệm Tự động hóa Trường cịn đơn giản, chưa sát thực, thiết bị tài liệu hướng dẫn thực hành để củng cố kiến thức lý thuyết cho sinh viên chuyên ngành hạn chế Trong chương trình đào tạo ngành cơng nghệ kĩ thuật điện, điện tử trường Đại Học Công Nghiệp Quảng Ninh, mơn học điều khiển logic lập trình PLC đưa vào giảng dạy Tuy nhiên, ngành triển khai đào tạo trình độ đại học, cao đẳng nên thiết bị thực hành hệ thống tập chưa đầy đủ Do vậy, đề xuất việc nghiên cứu ứng dụng PLC thiết kế thực hành PLC có tích hợp số thiết bị ngoại vi giúp sinh viên lập trình tập đơn giản thực cần thiết Xuất phát từ thực tiễn đó, tơi chọn đề tài luận văn: “ Nghiên cứu, ứng dụng PLC để xây dựng hệ thống thực hành trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh ” Mục tiêu nghiên cứu đề tài: - Nghiên cứu tổng quan thiết bị điều khiển logic khả lập trình PLC - Thiết kế thực hành PLC có tích hợp số thiết bị ngoại vi phục vụ cho việc thực hành PLC giảng viên, sinh viên Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu giảng lý thuyết môn lập trình PLC để từ đưa cách xây dựng thí nghiệm để củng cố kiến thức lý thuyết Dùng phần mềm học (STEP7) để mô thí nghiệm Phạm vi nghiên cứu đề tài Do hạn chế thời gian khuôn khổ luận văn thạc sỹ kỹ thuật nên luận văn ý đến số môn Điều khiển logic PLC sau: - Mơ hình thực hành điều khiển khởi động động quay theo hai chiều thuận ngược - Mô hình thí nghiệm điều khiển đảo chiều động chiều kích từ độc lập điều khiển theo nguyên tắc hành trình (sử dụng cảm biến) - Mơ hình thí nghiệm điều khiển khởi động động qua cấp điện trở phụ - Mơ hình thí nghiệm điều khiển đèn giao thơng ngã tư - Mơ hình thí nghiệm khởi động động không đồng sử dụng phương pháp đổi nối - tam giác Còn khác xin phép nghiên cứu tiếp toán cụ thể sau ... Công nghiệp Quảng 29 Ninh xây dựng hệ thống thực hành ứng dụng PLC S7-300 trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh 2.1 Giới thiệu chung Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh 29 2.2 Giới thiệu hệ thống. ..ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐỖ THỊ HOA NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC HÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Chuyên ngành:... 2: Giới thiệu chung trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh xây dựng hệ thống thực hành ứng dụng PLC S7-300 trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh Chương 3: Xây dựng giảng thực hành với S7-300 Kết