BTL Điều khiển lập trình PLC cho cầu trục

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU PLC S7-1200 KẾT HỢP VỚI BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ, THIẾT KẾ HỆ THỐNG NÂNG HẠ CẦU TRỤC XƯỞNG NHÓM Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Hồng Hạnh Trần Đức An - 1141040363 Nguyễn Tiến Anh - 1141040360 Đặng Văn Điệp - 1141040369 Hoàng Thị Hảo - 1141040336 Lê Văn Hiếu - 1141040333 Hồ Bá Vương - 1141040320 CDCD Mai Thế Duy - 1141040342 Hà Nội - 2019 Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC PHIẾU ĐÁNH GIÁ SỐ Tên đề tài: Tìm hiểu PLC s7 1200 kết hợp biến tần điều khiển tốc độ động Nhóm sinh viên thực hiện: Lớp-Khóa: số N4 Đ2k6 Nội dung đánh giá: S Ố T T THỰC HIỆN CÁC BƯỚC THỰC HIỆN (Ghi tóm tắt nội dung) Kế hoạc h (15 tuần) Thực Sản phẩm đạt Tìm hiểu sở lý thuyết Phân tích đối tượng điều khiển Báo cáo Báo cáo Phân tích tiêu, chất lượng hệ thống điều khiển Lựa chọn phương pháp điều khiển Báo cáo Báo cáo Báo cáo Báo cáo Lựa chọn thiết bị điều khiển, thiết bị vào, cấu chấp hành Sơ đồ nguyên lý Báo cáo Báo cáo Xây dựng thuật tốn điều khiển Viết chương trình 10 Báo cáo 11 Báo cáo 12 Báo cáo 13 mô hình, mơ mơ hình, mơ Báo cáo Lắp đặt thử nghiệm mô 14 10 Nhận xét kết Ghi chú: - 15 Mức độ hoàn thành Ghi Báo cáo Thực hiện: Ghi thời gian hoàn thành thực tế sinh viên Mức độ hoàn thành: XS(xuất sắc), T(Tốt), K(khá), TB(trung bình), Y(yếu) Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC MỤC LỤC Mục Lục Danh mục hình ảnh Danh mục bảng biểu Lời Nói Đầu Chương 1: Tìm Hiểu Tổng Quan Về Thiết Bị Điều Khiển Khả Trình PLC 1.1 Khái niệm chức PLC 1.2 Cấu trúc PLC 1.2.1 Bộ xử lý trung tâm ( CPU: Control Proccessing Unit) 1.2.2 Hệ điều hành: 1.2.3 Các kênh truyền ( Các Bus) 10 1.2.4 Bộ nguồn 10 1.2.5 Các thành phần vào/ra: 10 1.2.6 Phương thức thực chương trình PLC 11 1.3 Ưu điểm PLC so với Rơ-le truyền thống hệ điều khiển xung số điều khiển Điện 13 1.4 Ứng dụng PLC thực tiễn Công Nghiệp 14 Chương 2: Tìm Hiểu Tổng Quan Về PLC S7-1200 .16 2.1 Cấu trúc phần cứng, nhớ ưu điểm S7-1200 so với hệ trước S7-200 16 2.1.1 Cấu trúc phần cứng: 16 2.1.2 Các Module CPU thông dụng .18 2.1.3 Cấu trúc nhớ 18 2.1.4 Những Ưu Điểm Nổi Trội Của S7-1200 So Với Các Thế Hệ Trước .21 2.2 Các Loại Mudule Mở Rộng Cho S7-1200 .23 2.3 Một số ứng dụng s7-1200 công nghiệp 25 Chương 3: Thiết kế, xây dựng mô hệ thống nâng hạ cầu trục xưởng 28 3.1 Hệ Truyền động điện PLC – Biến tần – Động KĐB pha 28 3.2 Nguyên lý hoạt động Các luật điều chỉnh tần số biến tần 28 3.3 Mục đích, ý tưởng thiết kế cấu nâng hạ cầu trục xưởng với loại tải nặng nhẹ 32 3.4 Lựa chọn thiết bị 32 Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC 3.4.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm LJ12A3-4-Z/BX NPN 32 3.4.2 Cảm biến tiệm cận hồng ngoại .33 3.4.3 Động giảm tốc DC 12V 34 3.4.4 Mạch khống chế điện áp, khống chế dòng điện 35 3.4.5 Nguồn tổ ong 5V-40A 36 3.4.6 Nguồn tổ ong 12V – 10A .36 3.5 Sơ đồ đấu nối phần cứng 37 3.6 Thuật toán 37 3.7 Chương trình điều khiển 40 Chương 4: Kết Luận 48 4.1 Các kết thu .48 4.2 Các hạn chế thực 48 4.3 Biện pháp khắc phục 48 4.4 Phương hướng phát triển 48 Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hình ảnh thực tế PLC .6 Hình 1.2: Cấu trúc PLC .7 Hình 1.3: Cấu trúc nhớ PLC .8 Hình 2.1: Các thành phần PLC S7-1200 17 Hình 2.2: Hình ảnh thiết kế dạng Module S7-1200 .22 Hình 2.3: Khả mở rộng S7-1200 so với S7-200 23 Hình 2.4: Module signal board (SB) SB 1232 AQ1 (12 bit) 23 Hình 2.5: Signal Module (SM) 24 Hình 2.6: Module truyền thông S7-1200 24 Hình 2.7: Module Nguồn S7-1200 .25 Hình 2.8: Hình ảnh hệ thống cầu trục ứng dụng S7-1200 25 Hình 2.9: Hình ảnh hệ thống băng tải ứng dụng S7-1200 26 Hình 2.10: Hình ảnh hệ thống chiếu sáng ứng dụng S7-1200 26 Hình 2.11: Hình ảnh hệ thống đóng gói sản phẩm ứng dụng S7-1200 .27 Hình 2.12: Hình ảnh hệ thống máy trộn ứng dụng S7-1200 27 Hình 3.1: Cấu trúc biến tần 29 Hình 3.2: Sơ đồ điều khiển PLC - biến tần - động KĐB .30 Hình 3.3: Hình ảnh thực tế cảm biến tiệm cận điện cảm 33 Hình 3.4: Hình ảnh thực tế cảm biến tiệm cận hồng ngoại 33 Hình 3.5: Hình ảnh thực tế động giảm tốc 12VDC – 12RPM .34 Hình 3.6: Hình ảnh thực tế mạch khống chế điện áp, dòng điện 35 Hình 3.7: Hình ảnh thực tế nguồn 5V – 40A .36 Hình 3.8: Hình ảnh thực tế nguồn 12V – 10A 36 Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật CPU tiêu biểu thuộc dòng S7-1200 18 Bảng 2.2: Bảng thông số vùng nhớ PLC S7-1200 .20 Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC LỜI NĨI ĐẦU Như biết, nước ta trình cơng nghiệp hóa, đại hóa Vì thế, tự động hóa đóng vai trò quan trọng, tự động hóa giúp tăng suất, tăng độ xác tăng hiệu q trình sản xuất Để thực tự động hóa sản xuất, bên các thiết bị máy móc khí đại, dây chuyển sản xuất v.v cần có điều khiển để điều khiển chúng Trong thiết bị đại đưa vào dây truyền sản xuất tự động khơng thể khơng kể đến biến tần PLC Bộ biến tần không điều khiển tốc độ động cách thay đổi tần số, khởi động mềm động mà góp phần đáng kể để giảm lượng điện tiêu thụ sở sản xuất doanh nghiệp Vì biến tần có vai trò quan trọng đời sống hoạt động doanh nghiệp PLC thiết bị điều khiển đa ứng dụng rộng rãi công nghiệp để điều khiển hệ thống theo chương trình viết người sử dụng Nhờ hoạt động theo chương trình nên PLC ứng dụng để điều khiển nhiều thiết bị máy móc khác Nếu muốn thay đổi quy luật hoạt động máy móc, thiết bị hay hệ thống sản xuất tự động, đơn giản ta cần thay đổi chương trình điều khiển cho Các thiết bị mà PLC điều khiển đa dạng, từ máy bơm, máy cắt, máy khoan, lò nhiệt … hệ thống phức tạp băng tải, cầu trục, thang máy, dây chuyền sản xuất v.v Xuất phát từ đặc điểm mà hệ truyền động điện PLC-biến tần- động KĐB pha hệ truyền động điện phổ biến tối ưu Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH PLC 1.1 Khái niệm chức PLC Hình 1.1: Hình ảnh thực tế PLC PLC viết tắt cụm từ Programmable Logic Controller, thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) loại máy tính điều khiển chuyên dụng, 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 PLC nghiên cứu chế tạo nhà phát minh người Mỹ Richard Morley lần đưa ý tưởng vào năm 1968 Dựa yêu cầu kỹ thuật General Motors xây dựng thiết bị có khả lập trình mềm dẻo thay cho mạch điều khiển Logic cứng Trước thiết bị thường gọi với tên Programmable Controller viết tắt PC, sau máy tính cá nhân PC ( Personal Computer ) trở nên phổ biến từ viết tắt PLC hay dùng để tránh nhầm lẫn PLC cho phép thực loạt thuật tốn điều khiển tốn điều khiển logic, toán điều khiển toán điều khiển độc lập với nhiều đối tượng điều khiển khác nhau, người sử dụng cần viết chương trình ( dạng thuật tốn mà muốn điều khiển dạng ngơn ngữ lập trình mà máy tính hiểu ) sau PLC nhận tín hiệu đầu vào có chương trình, đọc, xử lý xuất tín hiệu điện cổng để điều khiển thiết bị điện đèn, rơ-le, Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC contactor, van điện từ v.v, để gián tiếp điều khiển cấu chấp hành động cơ, xilanh khí nén, xilanh thủy lực v.v Để khắc phục nhược điểm điều khiển dung dây nối, người ta chế tao điều khiển plc nhẳm thoả mãn yêu cẩu sau:  Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học  Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa  Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình phức tạp  Hồn tồn tin cậy môi trường công nghiệp  Giao tiếp với thiết bị thơng minh khác máy tính, nối mạng, module mở rộng 1.2 Cấu trúc PLC Hình 1.2: Cấu trúc PLC 1.2.1 Bộ xử lý trung tâm ( CPU: Control Proccessing Unit) Bao gồm hay nhiều vi xử lý điều hành hoạt động toàn hệ thống Các phận gồm có:  Bộ số học logic (ALU): xử lý liệu phép tính số học logic; Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC  Bộ nhớ chương trình: PLC thường yêu cầu nhớ trường hợp: Làm định thời cho kênh trạng thái I/O Làm đệm trạng thái chức PLC định thời, đếm, ghi Relay Hình 1.3: Cấu trúc nhớ PLC Mỗi lệnh chương trình có vị trí riêng nhớ, tất vị trí nhớ đánh số, số địa nhớ Địa ô nhớ trỏ đến đếm địa bên vi xử lý Bộ vi xử lý giá trị đếm lên trước xử lý lệnh Với địa mới, nội dung ô nhớ tương ứng xuất đầu ra, trình gọi trình đọc Bộ nhớ bên PLC tạo vi mạch bán dẫn, vi mạch có khả chứa 2.000 - 16.000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch Trong PLC nhớ RAM, EPROM sử dụng  Bộ nhớ liệu RAM ( Random Access Memory): nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung lúc Nội dung RAM bị nguồn điện ni bị Để tránh tình trạng PLC trang bị pin khơ, có khả cung cấp lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tế RAM dùng để khởi tạo kiểm tra chương trình Khuynh hướng dùng CMOS-RAM nhờ khả tiêu thụ thấp tuổi thọ lớn Khoa Điện 3.4.2 Cảm biến tiệm cận hồng ngoại Điều khiển lập trình PLC Hình 3.19: Hình ảnh thực tế cảm biến tiệm cận hồng ngoại Số lượng: Đặc điểm kĩ thuật:           Chức năng: xác định vị trí tải xe Điện Áp: 5V DC Dòng: 20mA Khoảng Cách: - 80cm Kết Nối: o Dây Mầu Nâu: 5V DC o Dây Mầu Xanh Dương : GND o Dây Mầu Đen: Tín hiệu NPN thường mở ( Tín hiệu điện áp cấp nuôi cho cảm biến ) Nhiệt Độ: -25 - 55 Độ C Chiều Dài Dây: 1M Điều chỉnh khoảng cách biến trở tinh chỉnh sau cảm biến Đường Kính: 17mm Chiều Dài : 45mm 3.4.3 Động giảm tốc DC 12V Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC Hình 3.20: Hình ảnh thực tế động giảm tốc 12VDC – 12RPM Số lượng: Đặc điểm kĩ thuật:  Chức năng: Di chuyển xe nâng hạ tải  Điện áp: 6-12V  Số vòng quay: 35R / Min, 45R / Min, 70R / Min, 100R / Min tốc độ khác  Chiều dài trục: 10mm 3.4.4 Mạch khống chế điện áp, khống chế dòng điện Hình 3.21: Hình ảnh thực tế mạch khống chế điện áp, dòng điện Số lượng: Khoa Điện Đặc điểm kĩ thuật: Điều khiển lập trình PLC  Chức năng: tạo cấp điện áp điều khiển động tương ứng với cấp           tốc độ Điện áp đầu vào 5V-32V Điện áp đầu 0.8-30V Dòng MAX 5A Kích thước 54mm*23mm*18mm Hiệu suất chuyển đổi 90%(highest) Tần số chuyển đổi 300KHz Méo dạng ngõ 30mV(maximum) Sai số công suất ±0.5% Sai số điện áp ±2.5% Nhiệt độ hoạt động: -40℃ ~ +85℃ 3.4.5 Nguồn tổ ong 5V-40A Hình 3.22: Hình ảnh thực tế nguồn 5V – 40A Số lượng: Đặc điểm kĩ thuật:     Chức năng: cấp nguồn cho rơ le đầu PLC Điện Áp Vào: AC110-220V Điện Áp Ra: 5V DC Dòng out Max: 40A 3.4.6 Nguồn tổ ong 12V – 10A Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC Hình 3.23: Hình ảnh thực tế nguồn 12V – 10A Số lượng: Chức năng: cấp nguồn cho mạch khống chế điện áp điều khiển trực tiếp động 3.5 Sơ đồ đấu nối phần cứng Chương trình điều khiển PLC S7-1200 CPU1214 AC/DC/Relay Khoa Điện 3.6 Thuật tốn Điều khiển lập trình PLC Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC Khoa Điện 3.7 Chương trình điều khiển Điều khiển lập trình PLC Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC Khoa Điện Điều khiển lập trình PLC CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 Các kết thu - Chúng em trình bày tổng quan PLC kết hợp với biến tần - điều khiển tốc độ động hệ thống cầu trục Đã mô tả nguyên lý vận hành hệ thống Đã hiểu cách thức - điều khiển hệ thống Chúng em mô phần tử hệ thống mơ hình - thực tế Chúng em tiến hành tìm hiểu lựa chọn thiết bị nằm hệ thống bao gồm :PLC S7-1200, Biến tần, động cơ, cảm biến tiệm cận, cảm biến khoảng cách… 4.2 Các hạn chế thực - 4.3 Khó khăn việc thiết kế khí mơ hình thực tế Hệ thống số khuyết điểm Việc tính tốn lựa chọn thiết bị hệ thống chưa sát với thực tiễn Biện pháp khắc phục - Cần xem xét, chọn lọc thiết bị hệ thống cho sát với hệ thống - thực tiễn mà tối ưu chi phí Cải thiện kết cấu khí cách sử dụng máy móc có độ xác cao 4.4 Phương hướng phát triển Trong tương lai, nhóm chúng em phát triển, nâng cấp hệ thống hướng tới đồ án tốt nghiệp: - Sử dụng động KĐB pha thay động DC Giao tiếp PLC với máy tính HMI Điều khiển, giám sát hệ thống thông qua mạng internet ... biến từ viết tắt PLC hay dùng để tránh nhầm lẫn PLC cho phép thực loạt thuật tốn điều khiển tốn điều khiển logic, toán điều khiển toán điều khiển độc lập với nhiều đối tượng điều khiển khác nhau,... Ưu điểm PLC so với Rơ-le truyền thống hệ điều khiển xung số điều khiển Điện Sự đời hệ điều khiển PLC làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển khái niệm thiết kế chúng, hệ điều khiển dùng PLC có ưu... thực tế PLC PLC viết tắt cụm từ Programmable Logic Controller, thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) loại máy tính điều khiển chuyên dụng, cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic