Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển đóng mở cửa tự động thông minh bằng PLC

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA TỰ ĐỘNG THƠNG MINH BẰNG PLC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Hải Phịng – 2019 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA TỰ ĐỘNG THƠNG MINH BẰNG PLC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên: Hồng Văn Sơn Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Trọng Thắng Hải Phịng - 2019 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP TỰ DO HẠNH PHÚC o0o - BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Hoàng Văn Sơn Mã sinh viên: 1212102001 Lớp: ĐC1601 Ngành: Điện Tự Động CN Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển đóng mở cửa tự động thơng minh PLC NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, số liệu tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ Họ tên : Nguyễn Trọng Thắng Học hàm, học vị Cơ quan công tác : : Tiến si ̃ 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 : Đã nhận nhiệm vụ Đ T T N Đã nhận nhiệm vụ Đ T T N Sinh viên Cán hướng dẫn Đ T T N Hoàng Văn Sơn TS Nguyễn Trọng Thắng Hải Phòng, ngày tháng năm 2019 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tinh thần, thái độ sinh viên trình thực đồ án 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 2019 Cán hướng dẫn (Họ tên chữ ký) 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 pháp 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) Ngày tháng năm 2019 Người chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) 10 Do động điện chiều có nhiều ƣu điểm khả điều chỉnhtốc độ - tốt, khả mở máy lớn đặc biệt khả q tải Chính vìvậy mà động chiều dùng nhiều nghành cơng nghiệp cóu cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải mà điều quan trọng ngành cơng nghiệp hay địi hỏi dùng nguồn điệnmột chiều Bên cạnh đó, động điện chiều có nhược điểm nhấtđịnh - so với máy điện xoay chiều giá thành đắt chế tạo vàbảo quản cổ góp điện phức tạp (dễ phát sinh tia lửa điện) ưu điểm nên động điện chiều cịn có tầm quan trọng định sản suất - Công suất lớn động điện chiều vào khoảng 10.000 kW, điện áp vào khoảng vài trăm 1000 V Hướng phát triểnhiện cải tiến tính vật liệu, nâng cao tiêu kinh tế độngcơ chế tạo động có cơng suất lớn 3.9.2 Cấu tạo động chiều  Phần tĩnh hay stato Đây phần đứng yên máy, bao gồm phận sau: - Cực từ chính: Là phận sinh từ trƣờng gồm có lõi sắt cực từ dâyquấn kích từ lồng lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thépkỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại tán chặt Trong độngcơ điện nhỏ dùng thép khối Cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ cácbulông Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện mỗicuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối tẩm sơn cách điện trướckhi đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối tiếp với 51 - Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cảithiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối trênthân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống dây quấn cực từ chính.Cực từ phụ gắn vào vỏ máy nhờ bulông - Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làmvỏ máy Trong động điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại.Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có động điện nhỏdùng gang làm vỏ máy - + Các phận khác Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ vàvừa nắp máy cịn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp nắp máythường làm gang + Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ngồi Cơ cấuchổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lị xo tì chặylên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện vớigiá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúngchỗ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định chặt lại  Phần quay hay roto Bao gồm phận sau: - Lõi sắt phần ứng: + Dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dịngđiện xốy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặtdây quấn vào +Trong động trung bình trở lên người ta cịn dập lỗ 52 thơng gió để ép lạ thành lõi sắt tạo lỗ thơng gió dọctrục +Trong động điện lớn lõi sắt thƣờng chia thành nhữngđoạn nhỏ, đoạn có để khe hở gọi khe hở thơng gió Khimáy làm việc gió thổi qua khe hở làm nguội dây quấn lõi sắt +Trong động điện chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng ép trực tiếpvào trục Trong động điện lớn, trục lõi sắt có đặt giá rơto Dùng giárơto tiết kiệm thép kỹ thuật điện giảm nhẹ trọng lượng rôto - Dây quấn phần ứng + Dây quấn phần ứng phần phát sinh suất điện động có dịng điệnchạy qua Dây quấn phần ứng thƣờng làm dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ có cơng suất vài kW thường dùng dây có tiết diệntrịn Trong máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dâyquấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép + Để tránh quay bị văng lực li tâm, miệng rãnh có dùng nêmđể đè chặt đai chặt dây quấn Nêm có làm tre, gỗ hay bakelit - Cổ góp: Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều Cổgóp gồm nhiều phiến đồng có đƣợc mạ cách điện với lớp mica dàytừ 0,4 đến 1,2mm hợp thành hình trục trịn Hai đầu trục trịn dùng haihình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp trụ tròn cách điện bằngmica Đi vành góp có cao lên để hàn đầu dây phần tử dâyquấn phiến góp dễ dàng - Các phận khác + Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện chiềuthường chế tạo theo kiểu bảo vệ, hai đầu nắp máy có lỗ thơng gió Cánhquạt lắp trục máy, động quay cánh quạt 53 hút gió từ ngồi vào độngcơ Gió qua vành góp, cực từ lõi sắt dây quấn qua quạt gió ngồilàm nguội máy +Trục máy: Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trụcmáy thường làm thép cacbon tốt 54 Chương 4: THIẾT KẾ TỔNG QUÁT PHẦN CỨNG 4.1 SƠ ĐỒ KHỐI VĐK AT89C51 KHỐI NGUỒN ADC SENSOR TẠO XUNG DAO ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC RESET Hình 4.1:Sơ đồ khối tổng quát 55 Mô tơ drive r Speed Motor control Bộ điều khiển Chiều, on/off tay Manual control Nguồn lưới Chuyển mạch, bảo vệ Autodoor control Nguồn ác qui sensor Senser Control Hình 4.2:Sơ đồ khối chi tiết 56 4.2 SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI 4.2.1 Khối Nguồn Khối nguồn cho VĐK Hình 4.3: Sơ đồ khối nguồn Nguồn nuôi VĐK nguồn DC 5v, sau qua biến áp 12V, điện áp xoay chiều 220V 12V đưa qua chỉnh lưu thành dòng chiều, sau qua IC ổn áp 7805, điện áp 5V đưa vào VĐK Đây mạch dùng để tạo nguồn điện áp chuẩn +5V Sử dụng IC7805 Đầu vào điện áp AC sau biến đổi qua máy biến áp, đưa vào Diod cầu dòng DC ( lúc điện áp nằm khoản 7v-10v ) Sau qua ICoorn áp 7805 tạo dòng điện áp chuẩn +5V cung cấp cho mạch 57 4.2.2 Khối thu hồng ngoại Hình 4.4: Khối thu hồng ngoại Hình 4.5: Sơ đồ mạch khối hồng ngoại Khối gồm mắt thu hồng ngoại U5 có vỏ bọc kim loại để chống nhiễu 58 Hình dạng bên ngồi Hình 3.5 Cấu tạo chất bán dẫn có chân: Chân đưa tín hiệu ( OUT ) Chân nối đất ( GND ) Chân nối nguồn +5V ( VCC ) + Điện trở R50 tụ hóa C21 có tác dụng lọc nhiễu + Chân tín hiệu OUT nối với chân ngắt VĐK - Nguyên lý hoạt động: Khi remote phát tín hiệu hồng ngoại mắt thu nhận tín hiệu, tín hiệu thu nhờ tụ C21 trở R50 lọc nhiễu đưa tín hiệu chân ngắt ngồi INT0 VĐK 4.2.3 Khối Reset R1 10k C1 10u Hình 4.6: Sơ đồ mạch reset Khối reset có tác dụng đưa VĐK trạng thái ban đầu Khi nút Reset ấn điện áp +5V từ nguồn nối vào chân Reset VĐK chạy thảng xuống đất lúc điện áp chân VĐK thay đổi đột ngột VĐK nhận biết thay đổi thay đổi khởi động lại trạng tháu ban đầu cho hệ thống 59 4.2.4 Khối điều khiển R1 R2 R3 10k 10k 10k C1 C2 C3 10u 10u 10u Hình 4.7: Sơ đồ mạch khối điều khiển Gồm nút ấn, hoạt động tương tự nút Reset Khi ấn nút chân 2,3 nối với chân 1, điện áp xuống đất lúc điện áp chân 2, làm cho VĐK nhận biết đươc thay đổi thực lệnh cần điều khiển Nút thứ động dừng Nút thứ làm động quay thuận, nút thứ làm động quay nghịch 4.2.5 Khối tạo xung dao động X1 CRYSTAL C1 C2 22pF 22pF Hình 4.8: Sơ đồ mạch khối tạo xung 60 4.2.6 Khối điều khiển trung tâm Vi điều khiển AT89C51 phần tử thu nhập xử lý thông tin đưa tín hiệu điều khiển thiết bị U1 19 18 29 30 31 XTAL1 39 38 37 36 35 34 33 32 P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 XTAL2 RST 21 22 23 24 25 26 27 28 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 PSEN ALE EA P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 10 11 12 13 14 15 16 17 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD AT89C51 Hình 4.9: VĐK AT89C51 61 RP1 RESPACK-8 234 56789 U3(VS) U1 19 X1 22p 10k CRYSTAL 18 C3 XTAL1 P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 XTAL2 22p RST P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 150pF 29 30 31 U2 CS RD WR CLK IN INTR A GND D GND VREF/2 CLK R VIN+ VIN- VCC DB0(LSB) DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7(MSB) 20 18 17 16 15 14 13 12 11 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD 10 12 32 11 21 22 23 24 25 26 27 28 15 1k 10 11 12 13 14 15 16 17 987654 32 RP2 RESPACK-8 SƠ ĐỒ MẠCH HOÀN CHỈNH Sơ đồ mạch nguyên lý 52 D1 D3 DIODE DIODE D2 DIODE D4 DIODE VCC VS U3 OUT1 OUT2 13 OUT3 OUT4 14 GND L298 RP3 RESPACK-8 AT89C51 92% RV1 SENSA SENSB R2 ADC0801 1k IN1 IN2 IN3 IN4 ENA ENB 98765432 10 19 PSEN ALE EA 39 38 37 36 35 34 33 C2 C1 R1 Chương 5: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH 5.1 SƠ ĐỒ THUẬT TỐN 53 KẾT LUẬN Sau ba tháng nghiên cứu thực đề tài hướng dẫn tận tình TS Nguyễn Trọng Thắngcùng với cố gắng nỗ lực thân em hồn thành đồ án tốt nghiệp theo kế hoạch giao Trong đề tài em thực vấn đề sau Hiểu đƣợc cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phương pháp điều chỉnh tốc độ đảo chiều động điện chiều Tìm hiểu thêm cấu tạo ưu nhược điểm số loại cảm Tính tốn xây dựng thành cơng mơ hình thực nghiệm Ứng dụng rèn luyện kĩ vẽ mạch in phần biến mềmProteus.Lập trình vi điều khiển 8051 Tuy nhiên thời gian có hạn bên cạnh kết đạt , đề tài vẫncòn số chưa thực như: chưa làm mơ hình hồn chỉnh Hồn thành đồ án em xin chân thành cảm ơn đến thầy giáo hướngdẫn TS Nguyễn Trọng Thắngvà thầy cô giáo trường Đại Học Dân LậpHải Phịng, đặc biệt thầy khoa Điện dân dụng công nghiệp đãchỉ bảo em suốt trình học tập trường Em xin chân thành cảm ơn ! Hải Phòng ,ngày 23 tháng 6năm 2019 Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Sơn 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn (2005) ,Máy Điện, Nhà xuất xây dựng Nguyễn Tăng Cường,Phan Quốc Thắng(2004),Cấu trúc lập trình họ vi điều khiển 8051,Nhà xuất khoa học kỹ thuật Tống Văn On, Họ vi điều khiển 8051, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Th.s Hoàng Minh Cơng, Giáo trình cảm biến cơng nghiệp,.Đại học Trang tìm kiếm google.com, Diễn đàn dientuvietnam.net 55 ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA TỰ ĐỘNG THƠNG MINH BẰNG PLC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên: Hồng... Để nghiên cứu cách xác cụ thể cửa tự động, cần thiết phải chế tạo mơ hình đóng mở tự động, mơ tả hoạt động, hình dáng, cấu tạo cửa tự động Từ mơ hình ta quan sát tìm hiểu hoạt động cửa tự động, ... hệ thống cửa tự dộng dùng phần mềmlôgô để điều khiển 1.3 KHẢO SÁT CỬA TỰ ĐỘNG Ở SIÊU THỊ BIG C HẢI PHÒNG Cửa tự động sử dụng hệ thống cửa hai cánh trọng lượng cánhkhoảng 80 kg Động dùng cửa tự