Đồ án tốt nghiệp ngành điện tự động công nghiệp nghiên cứu hệ thống điều khiển quá trình khoan 2 giai đoạn, ứng dụng điều khiển bằng PLC s7 200

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH KHOAN GIAI ĐOẠN ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC S7-200 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHÒNG - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH KHOAN GIAI ĐOẠN ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC S7-200 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên: Khắc Văn Tiến Người hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Minh HẢI PHỊNG - 2018 Cộng hồ xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Khắc Văn Tiến – MSV : 1412102103 Lớp : ĐC1801- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Nghiên cứu hệ thống điều khiển trình khoan giai đoạn ứng dụng điều khiển PLC S7-200 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất:TH.S Nguyễn Đức Minh Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan cơng tác Trường Đại học dân lập Hải Phòng : Nội dung hướng dẫn : Toàn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp giao ngày 12 tháng năm 2018 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 21 tháng năm 2018 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Khắc Văn Tiến T.S Nguyễn Đức Minh Hải Phòng, ngày tháng năm 2018 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1.Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng Đ.T.T.N ( so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N, mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lượng vẽ ) Cho điểm cán hướng dẫn ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….năm 2018 Cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài Cho điểm cán chấm phản biện ( Điểm ghi số chữ) Người chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) Lời Mở Đầu Ngày trước phát triển vũ bão khoa học kỹ thuật việc áp dụng khoa học công nghệ vào thực tế sản xuất phát triển rộng rãi mặt quy mơ lẫn chất lượng Trong ngành tự động hóa chiếm vai trò quan trọng giảm nhẹ sức lao dộng cho người mà góp phần lớn việc nâng cao suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, ngành tự dộng hóa ngày khẳng định vị trí vai trò ngành cơng nghiệp phổ biến rộng rãi hệ thống công nghiệp tồn giới nói chung Việt Nam nói riêng Chiếm vai trò quan trọng ngành tự động hóa kỹ thuật điều khiển logic lập trình viết tắt PLC Nó phát triển mạnh mẽ ngày chiếm vị trí quan trọng ngành kinh tế quốc dân Không thay cho kỹ thuật điều khiển cấu cam kỹ thuật rơ le trước mà chiếm lĩnh nhiều chức phụ khác Xuất phát từ thực tế đó, q trình học tập trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng, bảo hướng dẫn tận tình thầy cô khoa Điện Công Nghiệp đặc biệt thầy giáo, TH.S ”Nguyễn Đức Minh”, em nhận đồ án với đề tài: “ Nghiên cứu hệ thống điều khiển trình khoan giai đoạn , ứng dụng điều khiển PLC S7-200” để giúp cho sinh viên có thêm hiểu biết vấn đề Chương 1:Giới Thiệu Tổng Quan Về PLC Cấu trúc họ phần cứng PLC S7-200 1.1 Cấu trúc phần cứng -PLC: Là tên viết tắt “Programmable Logic Control” thiết bị điều khiển lập trình hay khả trình, cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình -Lịch sử hình thành phát triển: Bộ điều khiển lập trình kỹ sư công ty General Motors- Hoa kỳ sáng chế năm 1968 -Với tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển:  Dễ lập trình thay đổi chương trình  Cấu trúc dạng Moudule mở rộng, dễ bảo trì sửa chữa  Đảm bảo độ tin cậy môi trường sản xuất Hình 1.1a:PLC đời năm 1968 Hoa kỳ 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 chế tạo bước để hệ thống trở nên đơn giản, gọn nhẹ dễ vận hành Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển cầm tay ( Programmable controller Handle) đời vào năm 1969 Điều tạo thuận lợi phát triển thật cho kỹ thuật lập trình điều khiển Hình 1.1bPLC sản xuất năm 1969 Sự phát triển hệ thống phần cứng từ năm 1975 làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ chức mở rộng:  Số lượng ngõ vào/ra nhiều có khả điều khiển ngõ vào/ra từ xa kỹ thuật truyền thông  Bộ lưu trữ liệu nhiều  Nhiều loại module chuyên dùng Trong năm 1970, với phát triển cơng nghệ phần mềm, lập trình điều khiển PLC không thực câu lệnh đơn giản mà có thêm lệnh định , đếm kiện, lệnh xử lý toán học, xử lý liệu, xử lý xung , xử lý thời gian thực… Từ năm 1970 đến nay, điều khiển lập trình PLC trở thành thiết bị thiếu ngành công nghiệp tự động Các nhà thiết kế tạo kỹ thuật ghép nối PLC riêng lẻ thành hệ thống chung, tăng khả 10 Hoạt động Khi khoan xuống với vận tốc V1 gặp “B” ( gặp vật liệu ) giảm tốc độ khoan với vận tốc V2 Xuống gặp “C” lưỡi khoan nhấc lên tháo phôi chuẩn bị cho giai đoạn khoan thứ hai Đi lên với vận tốc V1 gặp “A” khoan đảo chiều xuống với vận tốc V1 bắt đầu giai đoạn hai Đi xuống gặp “C” ( gặp phôi) bắt đầu khoan xuống với vận tốc V2 Gặp “D” khoan hết lỗ khoan nhấc lên với vận tốc V1 Đi lên gặp “A” dừng kết thúc trình khoan 56 Chương 3:Thiết kế điều khiển cơng nghệ khoan lỗ hai giai đoạn 3.1Bài toán -Nhấn start khoan chạy xuống với vận tốc V1 gặp B giảm tốc độ xuống mũi khoan với vận tốc V2 Xuống gặp C mũi khoan lên với vận tốc V1 tới A dừng lại đảo chiều khoan gỡ phôi giây Sau giây đảo lại chiều khoan xuống mũi khoan với vận tốc V1 gặp C bắt đầu khoan xuống với vận tốc V2, gặp D mũi khaon nhấc lên với vận tốc V1 tới A dừng lại 10 giây, sau 10 giây lặp lại bước -Nhấn Stop khoan hồn thành q trình khoan thực dừng dừng trình nghỉ 10 giây -Nhấn emergency stop khoan dừng lại 3.2 Thiết kế khối nguồn chiều Động trộn nhiên liệu cảm biến mức sử dụng mơ hình cần cung cấp điện 24VDC 12VDC Vậy cần nguồn có điện áp 24VDC 12VDC ổn định để cung cấp cho động cảm biến mức - Sơ đồ nguyên lý khối nguồn chiều: Hình3.2.1Sơ đồ nguyên lý khối nguồn chiều Sơ đồ chân IC LM7824 LM7812: 7824 MASS MASS Hình 3.2.2 Sơ đồ chân IC LM7824 LM7812 57 OUT IN OUT IN 7812 Trong đó:  Chân số 1: Là chân nhận điện áp chiều đầu vào, điện áp chiều chiều phải lớn điện áp đầu IC  Chân số 2: Được nối với 0V  Chân số 3: Là chân xuất điện áp chiều ổn định  IC ổn áp78xx IC tạo điện áp dương, đó:  78: Tạo điện áp dương  xx: Điện áp chiều  Ví dụ: IC 7824 tạo điện áp +24VDC  Chức phần tử sơ đồ:  BA: Biến áp nguồn có chức tạo điện áp thích hợp cấp cho mạch chỉnh lưu  CL: Cầu chỉnh lưu có tác dụng chỉnh lưu điện áp xoay chiều điện áp chiều cấp cho mạch điều khiển  C1, C3, C4: Tụ chiều có tác dụng san phẳng điện áp chiều nhấp nhô sau cầu chỉnh lưu để tạo điện áp chiều phẳng  C2: Tụ xoay chiều có tác dụng lọc thành phần sóng bậc cao  R: Điện trở R có tác dụng giải phóng lượng tụ điện C1 điện áp U2 giảm  IC7824:Có tác dụng ổn áp tạo điện áp chuẩn 24VDC  IC7812: Có tác dụng ổn áp tạo điện áp chuẩn 12VDC -Nguyên lý hoạt động khối nguồn chiều: Điện áp 220VAC qua biến áp giảm xuống 20VAC Điện áp qua cầu chỉnh lưu chuyển thành điện áp chiều nhân với (khoảng 1.4) vào khoảng 28VDC đưa vào đầu vào IC7824 Đầu IC7824 đưa vào đầu vào IC7812 Tụ điện có tác dụng lọc thành phần sóng hài bậc 58 cao san phẳng điện áp chiều nhấp nhô sau cầu chỉnh lưu để tạo điện áp phẳng để cấp cho IC ổn áp Sơ đồ mạch động lực lựa chọn thiết bị 3.3 Mạch động lực - Công suất động cơ: 2KW - Điện áp định mức 220V - Động chiều kích từ độc lập Dòng điện định mức: 𝐼 𝑃 2.103 𝑑𝑚= 𝑑𝑚 = =9,1𝐴 𝑈𝑑𝑚 220 +Đối với động có cơng suất nhỏ ta phải dùng phương pháp mở máy trực tiếp không cần qua điện trở hạn chế +Đối với mạch bảo vệ ta cần sử dụng phương pháp bảo vệ cầu chì đơn giản, rẻ tiền 59 +Chọn động có cơng suất 2KW.Một động khoan động vận hành cho khoan lên xuống +Khi đảo chiều quay động ta dùng phương pháp đổi chiều điện áp phần ứng Thay đổi nguồn phần ứng cho phép động chiều gặp vật khoan quay với vận tốc V2, lên chạm vật khoan quay với tốc độ quay V1 3.4.Lựa chọn thiết bị Dòng điện định mức Iđm= 9.1A Khi mở máy dòng điện : Imm =2.5 Iđm Dòng cực đại mở: Imm = 2,5 Iđm = 2,5x 9,1 = 22,7 A -Ta chọn loại cơng tắc tơ có cơng suất thỏa mãn: Dòng điện Số lượng tiếp điểm Loại Kn1-021 Iđm Imax 15 60 Uđm Thường Thường mở đóng Kích Thước 220 - Chọn CTT cho CTT: X, L, V ,V2 Từ công suất cuộn hút tính dòng qua cuộn hút : Ih=P/U= 10/220 = 0,05 A 60 CS Cuộn Dây 10 200x128 Phần tử điều khiển Từ cuộn hút ta chọn role trung gian có tiếp điểm thỏa mãn Các thiết bị bảo vệ Bảo vệ cầu chì ta lựa chọn cầu chì cho mạch động lực mạch điều khiển Mạch động lực: Mạch điều khiển: 61 Mạch điều khiển đầu vào /ra với PLC s7-200 ĐỊA CHỈ CHỨC NĂNG I0.0 Nút Star I0.1 Nút Stop I0.2 Cảm Biến vị trí A(S0) I0.3 Cảm Biến vị trí thứ B(S1) I0.4 Cảm Biến vị trí thứ C(S2) I0.5 I0.5: Cảm Biến vị trí cuối D(S3) 62 I0.6 emergency stop (khoan dừng lại lập tức) Q0.0 Khoan xuống Q0.1 Khoan lên Q0.2 Khoan với vận tốc V1 Q0.3 Q0.3: Khoan với vận tốc V2 63 Lưu đồ thuật toán 64 II, Viết chương trình nghệ cho khoan 65 66 Kết Luận Sau khoảng thời gian ngắn thực đề tài tốt nghiệp, với nỗ lực cố gắng thân giúp đỡ tận tình thầy giáo, bạn bè lớp, đến em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Trong đề tài em tìm hiểu thực yêu cầu sau: -Tìm hiểu PLC họ PLC S7-200 hãng Simen -Tìm hiểu trình khoan giai đoạn -Ứng dụng PLC S7-200 mơ hình điều khiển -Biết cách xây dựng toán mơ chương trình hệ thống khoan giai đoạn Tuy nhiên thời gian có hạn trình độ thân em nhiều hạn chế nên q trình làm đề tài nhiều thiếu sót Em mong nhận bảo , đóng góp ý kiến thầy giáo ,các bạn bè lớp để em hồn thiện kiến thức cách tốt Một lần em xin chân thành cảm ơn bảo, hướng dẫn tận tình thầy giáo, TH.S Nguyễn Đức Minh, thầy cô khoa, bạn bè lớp suốt trình làm đề tài em Em xin chân thành cảm ơn ! Hải Phòng, ngày…tháng… năm 2018 Sinh viên thực Khắc Văn Tiến 67 Tài liệu tham khảo [1]Hà Văn Trí -Giáo trình PLC, NXB Khoa học kĩ thuật [2] Th.S Châu Đức Chí -Kỹ thuật điều khiển ,lập trình PLC SIMATIC S7-200, NXB Thành phố Hồ Chí Minh [3] Trần Thế San, Nguyễn Ngọc Phương (2009) - PLC lập trình ứng dụng công nghiệp,NXB khoa học kĩthuật 2009 [4] Tailieu.vn [5] Google.com 68 Mục Lục Lời Mở Đầu Chương 1:Giới Thiệu Tổng Quan Về PLC Cấu trúc họ phần cứng PLC S7-200 1.2Phân Loại 13 1.3 Chế độ làm việc vòng quét 14 1.5 Ngôn ngữ lập trình 16 1.6 Ứng dụng PLC 18 1.7 Cấu trúc phần cứng họ PLC S7-200 19 1.7.1 Các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn họ PLC s7-200 19 1.7.2.Tính PLC S7-200 19 1.7.3.Cấu trúc nhớ CPU 20 1.7.4 Đơn vị S7-200 23 1.8.Tập lệnh 26 1.8.1 Các lệnh vào 26 1.8.2 lệnh ghi xóa giá trị cho tiếp điểm 26 1.8.3 Timer: TON,TOF, TONR 28 1.8.4 COUNTER 30 1.9 Chương trình điều khiển 34 1.9.1 Khai bào phần cứng 34 1.9.2 Cấu trúc sổ lập trình 35 Các phần tử lập trình thường dùng (cửa sổ ProgramElements) 36 Chương 2:Giới thiệu khái quát công nghệ khoan 39 2.1.giới thiệu tổng quan công nghệ khoan 39 2.2 Một số cảm biến vị trí dịch chuyển 39 2.3Tìm hiểu số cảm biến: 39 2.3.1Cảm biến Hall: 39 2.3.2 cảm biến Hall and OEM_pot 41 2.3.3.Cảm biến siêu âm 43 2.3.4.Cảm biến đo dịch chuyển sóng đàn hồi 46 2.3.5 Cảm biến điện dung: 49 2.3.6.Cảm biến điện cảm 50 69 2.3.7Cảm biến hồng ngoại : 52 Chương 3:Thiết kế điều khiển công nghệ khoan lỗ hai giai đoạn 57 3.1Bài toán 57 3.2 Thiết kế khối nguồn chiều 57 3.3 Mạch động lực 59 3.4.Lựa chọn thiết bị 60 II, Viết chương trình nghệ cho khoan 65 Kết Luận 67 Tài liệu tham khảo 68 70 ... cứng họ PLC S7 -20 0 1.7.1 Các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn họ PLC s7 -20 0 -Ở ta lấy ví dụ PLC Simentic S7 -20 0 CPU 22 4 Hình 1.7.1 :PLC Simentic S7 -20 0 CPU 22 4 -Đặc điểm CPU 22 4:  Kích thước: 120 .5mm... thời gian Tham CPU 21 2 CPU 21 4 1÷3 đến 127 đến ÷ 63 đến 127 Bảng 2. 1.3: Vùng đối tượng 1.7.4 Đơn vị S7 -20 0 Hình 1.7.4a: Hình khối mặt trước PLC S7 -20 0 Trong đó: 1,Chân cắm cổngra, 2, Chân cắm cổngvào,... điều khiển trình khoan giai đoạn , ứng dụng điều khiển PLC S7 -20 0” để giúp cho sinh viên có thêm hiểu biết vấn đề Chương 1:Giới Thiệu Tổng Quan Về PLC Cấu trúc họ phần cứng PLC S7 -20 0 1.1 Cấu trúc