ĐIỀU KHIỂN PISTON KHÍ nén

Đồ án môn học logic plc đề tài Thiết kế hệ thống điều khiển logic sử dụng PLC điều khiển hệ thống 3 piston khí nén , thứ tự lặp lại theo thời gian và lặp lại chu trình CÓ ĐỒ HÌNH CÓ HÀM CÓ ĐỊA CHỈ.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước, một trong nhữngtiêu chí để đánh giá sự phát triển công nghiệp của mỗi quốc gia là mức độ tự độnghóa trong quá trình sản xuất.Sự phát triển nhanh chóng của máy tính điện tử - côngnghệ thông tin và những thành tựu của lý thuyết điều khiển tự động đã làm cơ sởcho sự phát triển tương xứng của lĩnh vực tự động hóa.Ngày nay tự động hóa điềukhiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào nhiều lĩnh vực trong tất cả các khâu của quátrình sản xuất

Trong học kỳ này để áp dụng lý thuyết với thực tế em được giao đồ án mônhọc Điều khiển Logic và PLC với đề tài là: “ Thiết kế hệ thống điều khiển logic sửdụng PLC điều khiển hệ thống 3 piston khí nén , thứ tự lặp lại theo thời gian và lặp lạichu trình ” Với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫnĐinh Văn Nghiệp và các thầy cô giáo trong bộ môn Đến nay đồ án của em đã đượchoàn thành

Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏinhững thiếu sót Vậy em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo đểđồn án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn và đặc biệt em xincảm ơn thầy Đinh Văn Nghiệp đã giúp đỡ em để đồ án được hoàn thành đúng thờihạn

Thái Nguyên, Ngày tháng năm 2018

Sinh viên thiết kế

HOÀNG THỊ ANH

PHẦN 1:

PHÂN TÍCH YÊU CẦU VÀ PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN

1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ hệ thống.

1.1.1.Giới thiệu chung về hệ thống.

Hiện nay trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đât nước, yêu cầuứng dụng tự động hóa ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản suất (yêucầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ, an toàn…) Mặt khác nhờ côngnghệ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm suấthiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC Nó đã được ứng dụng rộng rãicũng như hiệu quả trong rất nhiều hệ thống tự động và trong đó có hệ Piston khínén

Nhờ khả năng vận hành linh hoạt, điều khiển dễ dàng giúp ích cho conngười không cần phải sử dụng nhiều sức cũng có thể đáp ứng được tốt cho nhiềuloại công việc vì vậy mà ứng dụng của hệ thống này cũng rất rộng rãi, có thể kểđến như: ứng dụng cửa thông minh, ứng dụng trong công nghiệp chế biến và sảnxuất hàng hóa,gá kẹp chi tiết, đóng gói bao bì sản phẩm, phân loại sản phẩm, phục

vụ trong các phương tiện cơ giới, các thiết bị công cụ xậy dựng…

1.1.2 Phân tích yêu cầu công nghệ.

Yêu cầu công nghệ:

Ấn nút Start (m) piston 1 chạy ra, sau khi piston 1 chạy ra được 3 giây thìpiston 2 chạy ra Sau khi piston 2 chạy ra được 5 giây thì piston 1 chạy về, piston 3chạy ra Sau khi piston 3 chạy ra được 2 giây thì 2 piston 2 và 3 đồng thời chạy về

Khi piston 3 chạy về hết hành trình thì tự động lặp lại trình tự trên 10 lần rồi dừng.

Ấn nút stop (d) tại thời điểm bất kỳ thì hệ thống dừng và chạy lại khi ấn nút start.-Sơ đồ mô tả hệ thống:

Phân tích và lựa chọn phương án thực hiện trong hệ thống như nút ấn, động

cơ, van, cảm biến, xy lanh

Từ yêu cầu công nghệ, ta lựa chọn phương án thực hiện như sau :

1.2.3 Rơ le trung gian.

* Khái ni m chung v r ệ ề ơ le .

Rơ le là loại khí cụ điện hạ áp tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấpkhi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định Rơ le được sử dụng rất rộng rãitrong mọi lĩnh vực khoa học công nghệ và đời sống hàng ngày

Rơ le có nhiều chủng loại với nguyên lý làm việc, chức năng khác nhau như

rơ le điện từ, rơ le phân cực, rơ le cảm ứng, rơ le nhiệt, rơ le điện từ tương tự, rơ

le điện tử số, điện tử tương tự…

Đặc tính cơ bản của rơle: là đặc tính vào ra Khi đại lượng đầu vào X tăngđến 1 giá trị tác động X2, đại lượng đầu ra Y thay đổi nhảy cấp từ 0(Ymin) đến

1(Ymax) Theo chiều giảm của X, đến giá trị số nhả X1 thì đại lượng đầu ra sẽnhảy cấp từ 1 xuống 0 Đây là quá trình nhả của rơ le.

* Phân lo i r ạ ơ le.

Có nhiều loại rơle với nguyên lí và chức năng làm việc rất khác nhau

Do vậy có nhiều cách để phân loại rơle:

a, Phân loại nguyên lí làm việc theo nhóm.

+ Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle điện từ phân cực, rơle cảm ứng, )

+ Rơle nhiệt

+ Rơle từ

+ Rơle điện từ - bán dẫn, vi mạch

+ Rơle số

b, Phân loại theo nguyên lí tác động của cơ cấu chấp hành.

+Rơle có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm.+ Rơle không tiếp điểm (rơle tĩnh): loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngộtcác tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điện cảm, điệndung, điện trở,

c, Phân loại theo đặc tính tham số vào.

+ Rơle sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ.

+ Rơle thứ cấp: loại này mắc vào mạch thông qua biến áp đo lường haybiến dòng điện

e, Phân loại theo giá trị và chiều các đại lượng đi vào rơle.

Quan hệ giữa đại lượng vào và ra của rơle như hình minh họa

Hình 1.2: Đặc tính vào ra của rơle

Khi biến x biến thiên từ 0 đến x2 thì y = y1 đến khi x = x2 thì y tăng từ y

= y1 (nhảy cấp) Nếu x tăng tiếp thì y không đổi y = y2 Khi x giảm từ x2 về lại x1thì y = y2 đến x = x1 thì giảm từ y2 vể y = y2 Nếu gọi:

+ X = X2 = Xtd là giá trị tác động rơle

+ X = X1 = Xnh là giá trị của rơle

Thì hệ số nhả: Knh =X1/X2 =Xnh/Xtd

- H s nh c a rệ ố ả ủ ơ le: Knh = X1/X2

Trong đó : X1- trị số nhả của đại lượng đầu vào

X2- trị số tác động của đại lượngđầu vào

Từ đặc tính vào-ra của rơle thấy Knh <1 Hệ số nhả lớn thường dùng cho rơlebảo vệ, còn hệ số nhả bé thường dùng cho rơle điều khiển

- H s d tr : Kệ ố ự ữ dt = X1v/X2

Trong đó : X1v là trị số làm việc dài hạn của đại lượng đầu vào Nếu Kdt càng lớnthì thiết bị làm việc càng an toàn

- H s đi u khi n( h s khu ch đ i) c a rệ ố ề ể ệ ố ế ạ ủ ơ le: Kđk = Pra/Pvào

Trong đó : Pra là công suất lớn nhất phía đầu ra của rơ le

Pvào là công suất tác động của đầu vào

Pvào khoảng cỡ mW đến vài W, còn Pra cỡ vài chục W đến hàng ngàn W, do đó

mà Kđt của rơ le có trị số khá lớn, đạt 106

- Thời gian tác động rơ le: là khoảng thời gian từ khi có Xtđ đến khi đạt đượcYmax hoặc từ khi X=Xnh đến khi đầu ra đạt Ymin Đây là 1 tham số quan trọngcủa rơle Tùy theo chức năng của rơ le mà có thời gian tác động nhanh

( t < 10-3 s), tác động bình thường ( khoảng 10-2s), tác động chậm

(10-1s ±1s) và rơ le thời gian ( t > 1s).

* R le trung ơ gian

Rơ le trung gian được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện

và các sơ đồ điều khiển tự động đặc điểm của rơ le trung gian là số lượng tiếpđiểm lớn( thường đóng và thường mở) với khả năng chuyển mạch lớn và công suấtnuôi cuộn dây bé nên nó được dùng để truyền và khuếch đại tín hiệu, hoặc chia tínhiệu của rơ le chính đến nhiều bộ phận khác nhau của mạch điều khiển và bảo vệ.Nguyên lý làm việc của rơ le trung gian như sau :

Hình 1.3: Cấu trúc chung của rơle.

Nếu cuộn dây của rơ le được cấp điện áp định mức ( qua tiếp điểm của rơ lechính) sức từ động do dòng điện trong cuộn dây sinh ra (iw) sẽ tạo ra trong mạch

từ từ thông, hút nắp làm các tiếp điểm thường mở đóng lại và các tiếp điểm thườngđóng mở ra Khi cắt điện của cuộn dây, lò xo nhả sẽ đưa nắp và các tiếp điểm về vịtrí ban đầu Do dòng điện qua tiếp điểm có giá trị nhỏ ( 5A) nên hồ quang khichuyển mạch không đáng kể nên không cần buồng dập hồ quang

Rơ le trung gian có kích thước nhỏ gọn, số lượng tiếp điểm đến 4 cặp thường đóng và thường mở liên động, công suất tiếp điểm cỡ 5A, 250V AC, 28V DC, hệ số

nhả của rơ le nhỏ hơn 0,4 ; thời gian tác động dưới 0,05s; tuổi thọ tiếp điểm đạt 106 ±

107 lần đóng cắt, cho phép tần số thao tác dưới 1200 lần/h

* Các thông số kỹ thuật và lựa chọn rơ le trung gian:

Dòng điện định mức trên rơ le trung gian là dòng điện lớn nhất cho phép rơ lelàm việc trong thời gian dài mà không bị hư hỏng Khi chọn rơ le trung gian thìdòng điện định mức của nó không được nhỏ hơn dòng tính toán của phụ tải Dòngđiện này chủ yếu do tiếp điểm của rơ le trung gian quyết định

Iđm = (1,2 ÷ 1,5)Itt = 23,4AĐiện áp làm việc của rơ le trung gian là mực điện áp mà rơ le có khả năngđóng cắt Ulv > U1 = 380V

- Dòng làm vi c c a r le trung gian ph i l n h n dòng đi n đ nh m c ệ ủ ơ ả ớ ơ ệ ị ứ

c a đ ng c Iủ ộ ơ lv > 15,6 A

- Đi n áp đ nh m c c p cho cu n hút c a r le là m c đi n áp mà khi đó ệ ị ứ ấ ộ ủ ơ ứ ệ

r le sẽ ho t đ ng Đi n áp này ph i phù h p v i b đi u khi n PLC nên ơ ạ ộ ệ ả ợ ớ ộ ề ể

Nút ấn thường dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay các động cơ điệnbằng cách đóng cắt các cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ, khởi động từ.

* C u t o và nguyên lý làm vi c ấ ạ ệ

Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở và thường đóng

và vỏ bảo vệ khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái và khikhông còn tác động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu

Nút ấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn Các loại nút

ấn thông dụng có dòng điện định mức là 5A, điện áp ổn định mức là 400V, tuổi thọđiện đến 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ đến 1.000.000 đóng cắt nút ấn màu đỏthường dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy

- Lựa chọn nút ấn

Nút ấn (m) thường mở ,màu xanh

Nút ấn (d) thường đóng, màu đỏ.

1.1.5 Động cơ cho máy nén khí.

Là một loại máy bao gồm các máy móc và thiết bị có chức năng làm tăng ápchất khí, giúp cho năng lượng cho dòng khí tăng lên và đồng thời nén khí lại khiến

nó tăng áp suất và nhiệt độ

Phân loại máy nén khí theo cơ chế hoạt động:

+) Máy nén khí chuyển động tịnh tiến

Trong máy nén khí có động cơ máy nén khí.Xuất phát từ yêu cầu công nghệ động

cơ được chọn phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Làm việc tin cậy

- Làm việc với chế độ ngắn hạn lặp lại

Các loại động cơ thường dùng hiện nay:

- Động cơ một chiều

- Động cơ xoay chiều.

a Động cơ một chiều

Động cơ một chiều là động cơ mà biến năng lượng điện một chiều thành cơnăng trên đầu trục

Phân loại động cơ điện một chiều:

- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

- Động cơ điện một chiều kích từ song song

- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Ưu điểm:

- Dải điều chỉnh tốc độ rộng và điều chỉnh chính xác

- Khả năng quá tải lớn

- Cấu trúc mạch lực đơn giản, chất lượng đầu ra cao

Nhược điểm:

- Dùng nguồn điện một chiều nên cần có bộ biến đổi đi kèm

- Có thể không an toàn và kém tin cậy trong các môi trường rung chấn, dễgây cháy nổ vì hệ thống cổ góp chổi than

b Động cơ điện xoay chiều

Ta xét loại động cơ điện xoay chiều không đồng bộ

Đây là động cơ sử dụng trực tiếp năng lượng điện xoay chiều và tốc độ quay củađộng cơ khác tốc độ quay của từ trường

Phân loại:

- Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

- Động cơ không đồng bộ roto dây quấn

*) Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

Là động cơ mà phía roto gồm các thanh Al hoặc Cu được nối ngắn mạch hai đầubởi các vòng ngắn mạch.

Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ

- Vận hành đơn giản, tin cậy, bảo quản thuận tiện

- Dùng rộng rãi trong phạm vi công suất vừa và nhỏ

Nhược điểm:

- Hệ số công suất thấp

- Không sử dụng được lúc không tải hoặc non tải

- Khó điều chỉnh tốc độ

- Đặc tính mở máy không tốt, dòng mở máy lớn, momen mở máy nhỏ

*) Động cơ không đồng bộ roto dây quấn:

Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản giá thành nhỏ

- Vận hành dễ dàng tin cậy, bảo quản thuận tiện

- Điều chỉnh tốc độ dễ, điều chỉnh sâu tốc độ

- Cho phép nâng cao độ chính xác khi dừng

Nhược điểm:

- Hệ số công suất cosφ thấp

→Từ yêu cầu công nghệ ta chọn : Động cơ không đồng bộ roto dây quấn

nó Một van khí nén cũng có thể được điều khiển bằng tay bằng các công tắc hoặccác nút bấm gắn hoặc thiết lập lại để cho phép người sử dụng máy kiểm soát lượngthời gian van được mở hoặc đóng.

Van điều khiển hướng bằng khí nén có sẵn trong nhiều kích cỡ,kiểu dáng vàcấu hình Ở cuối cơ bản của quang phổ là van kiểm tra đơn giản, cho phép dòngchảy tự do theo một hướng và ngăn chặn dòng chảy theo hướng ngược lại Nhữngthiết bị này có thể được cài đặt bất cứ nơi nào ngay sau khi máy thu nhận bên trongmột van điều khiển luồng

Khi van định hướng phát triển phức tạp, chúng được chỉ định theo cách đặttên chung liên quan đến số lượng phong bì vị trí của van và số cổng làm việc trongvan, và đặc biệt theo thứ tự được mô tả Ví dụ, nếu nó có năm cổng, cổng 1 sẽ làcửa vào áp lực, cổng 2 và 4 cho cổng làm việc, và 3 và 5 cho các cổng xả Một van

có ba vị trí sẽ có một điều kiện trung lập, mở rộng điều kiện và rút lại điều kiện.Đặt nó tất cả với nhau, điều này mô tả một van năm vị, ba vị trí, còn được gọi làvan 5/3 Các cấu hình chung được thấy trong các loại máy nén khí là 5/3, 5/2, 4/2,3/2 và đôi khi 2/2 van

+)Van 5/2: Thuộc nhóm van điện từ khí nén hay còn được gọi là van đảo chiều-làmột cơ cấu điều chỉnh hướng điều chỉnh dòng khí nén qua van Để phân loại van

điện từ khí nén người ta căn cứ vào số cửa là bao nhiêu? Số vị trí là bao nhiêu? Van5/2 là van có 5 cửa và 2 vị trí.

Ở trạng thái bình thường cửa số 1 thông với cửa số 2, cửa số 4 thông với cửa số5(trạng thái van đóng) Khi chúng ta cấp khí nén cho cửa số 14 thì van đảo chiềucửa số 1 thông với cửa số 4, cửa số 2 thông với cửa số 3 và cửa số 5 bị chặnlại(trạng thái van mở hoàn toàn)

+) Van 3/2:Tương tự như van 5/2, van 3/2 là van có 3 cửa và 2 vị trí

Van 3 cửa 2 vị trí Ở trạng thái ban đầu van luôn luôn đóng, cửa số 2 thông với cửa

số 3, cửa số 1 bị chặn lại Khi cấp khí nén, van ở trạng thái mở thì cửa số 3 bị chặnlại, cửa số 1 thông với cửa số 2

→ Từ yêu cầu công nghệ ta chọn Van điểu khiển hướng 5/2

hiện tượng vật lý , còn cảm biến liên tục biến đổi hiện tượng vật lý thành các tínhiệu đo lường dưới dạng điện áp hay dòng điện.

- Các loại cảm biến logic cơ bản thường gặp:

+ Cảm biến điện cảm (Inductive Sensor)

+ Cảm biến điện dung (Capacitive Sensor)

+ Cảm biến quang (Optical Sensor)

+ Cảm biến tiếp xúc cơ…

-Các loại cảm biến tương tự cơ bản thường gặp:

NPN BN

BK BU

1.1.8 Piston khí nén(xylanh khí nén)

Xy lanh là dạng cơ cấu vận hành có chức năng biến đổi năng lượng tích lũytrong khí nén thành động năng cung cấp cho các chuyển động

Xy lanh khí nén là các thiết bị cơ học tạo ra lực, thường kết hợp với chuyển động,

và được cung cấp bởi khí nén ( lấy từ máy nén khí thông thường)

Để thực hiện chức năng của mình, xy lanh khí nén truyền một lực lượng bằng cáchchuyển năng lượng tiềm năng của khí nén vào động năng Điều này đạt được bởikhí nén có khả năng nở rộng, không có đầu vào năng lượng bên ngoài, mà chính nóxảy ra do áp lực được thiết lập bởi khí nén đang ở áp suất lớn hơn áp suất khíquyển Sự giãn nở không khí này làm cho piston di chuyển theo hướng mongmuốn

Một khi được kích hoạt, không khí nén vào trong ống ở một đầu của piston và do

đó, truyền tải lực trên piston Do đó, piston sẽ di dời (di chuyển) bằng khí nén

Xy lanh khí nén cũng có nhìu loại thiết kế khác nhau cho phù hợp yêu cầu chế tạomáy hay yêu cầu về kỹ thuật như xy lanh vuông, xy lanh tròn, xy lanh kẹp, xy lanhcompact, xy lanh xoay, xy lanh trượt, xy lanh tác động đơn (xy lanh 1 chiều ), xylanh tác động kép (xy lanh 2 chiều )…

+) Xy lanh hoạt động đơn: Các xi lanh hoạt động đơn (SAC) sử dụng lực truyềnkhông khí để di chuyển theo một hướng (thường là ra ngoài), và một lò xo để trở

về vị trí "ban đầu" Đối với kiểu xylanh này khí nén được sử dụng dùng để sinhcông từ một phía của piston, sau đó piston lùi về bằng một lực đẩy của lò xo hay từlực bên ngoài tác động về Thông thường đối với xi lanh khí nén tác động đơnchúng ta thường thấy trên xy lanh có 1 lỗ cấp nguồn khí nén và lỗ thoát khí nén

Để đều chỉnh dòng khí nén cho xy lanh đơn thường chúng ta sử dụng van điện từkhí nén 3/2

+) Xy lanh hoạt động kép: Là loại xi lanh hoạt động hai chiều (DAC) sử dụng lựckhông khí để di chuyển đẩy ra và rút lại Chúng có hai cổng để cho phép khôngkhí, một cho hành trình đi ra và một cho hành trình lùi về Xy lanh khí nén haichiều được dùng để sinh ra lực đẩy piston từ 2 phía, đối với loại xy lanh này xilanh có 2 lỗ dùng để cung cấp nguồn khí nén, lưu lượng khí nén cấp cho van được

sử dụng các kiểu van điện từ chia khí 4/2, 5/2 hoặc 5/3 1 hoặc 2 đầu cuộn coil đều

áp dụng được

→ Từ yêu cầu công nghệ ta chọn xy lanh tác động kép (xy lanh 2 chiều )