Ngày nay tự động hoá điều khiển các quá trình sản xuất đa đi sâu vào từng ngõ ngách, trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản phẩm. Một trong những ứng dụng mà đồ án này thiết kế là “ Điều khiển công nghệ khoan”. Tự động hoá điều khiển công nghệ khoan là quá trình tạo ra một lỗ thủng trên bề mặt vật thể có kích thước và chiều sâu định trước. Chất lượng mũi khoan và năng suất làm việc phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ điều khiển. Trong đó công nghệ điều khiển bằng PLC là khả năng tối ưu gọn nhẹ và tự động hoá cao. Về lập trình PLC thì có rất nhiều cách lập trình nhưng việc lập trình bằng phương pháp LADER là đơn giản dễ làm đảm bảo được sự chính xác về mặt trật tự khoan. Trong đồ án này trình bày theo 3 chương sau: Chương I: Giới thiệu công nghệ. Chương II: Giới thiệu về PLC S7200. Chương III: Thiết kế bộ điều khiển công nghệ khoan.
Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng Mục Lục Trang Lời nói đầu Ch-ơng I Giới thiệu công nghệ I Giới thiệu số cảm biến vị trí dich chuyển Cảm biến Hall 1.1 Khái niệm .6 1.2 Nguyên lý hoạt động 1.3 Ph¹m vi sư dơng .7 1.4 øng dông 1.5 Đặc điểm riêng hình rạng Cảm biến siêu âm 2.1 Khái niệm .11 2.2.Nguyên lý hoạt động .11 Cảm biến đo dịch chuyển sóng đàn hồi 3.1 Khái niệm .14 3.2 Ph©n loại .14 C¶m biÕn quang 4.1 Kh¸i niƯm .14 4.2 Ph©n loại 14 4.3 Phạm vi ứng dụng 15 4.4 Hình ảnh thông số kỹ thuật vài cảm biến quang 15 Cảm biến điện dung 5.1 Kh¸i niƯm .18 5.2 Phân loại .18 Bïi Giang Nam : Lớp ĐCL 201 Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng 5.3 Phm vi ứng dụng 18 5.4 Hình ảnh v thông s kỹ thuật cảm biến điện dung 18 Cảm biến điện cảm 6.1 Khỏi nim .19 6.2 Phân loại 20 6.3 Hình ảnh thông số kỹ thuật vài cảm biến điện cảm 20 Cảm biến hồng ngoại 7.1 Nguyờn tắc hoạt động 22 7.2 Phạm vi ứng dụng 22 II giới thiệu công nghệ khoan lỗ hai giai đoạn Sơ đồ 24 Ho¹t ®éng 24 Ch-¬ng II Giíi thiƯu vỊ Plc 2.1 TỔNG QUAN VỀ PLC 2.1.1 Giới thiệu PLC (Programmable Logic Control) (Bộ điều khiển logic khả trình) 26 2.1.2 Phân loại 29 2.1.3 Các điều khiển phạm vi ứng dụng 30 2.1.4 Các lĩnh vực ứng dụng PLC 29 2.1.5 Các ưu điểm sử dụng hệ thống điều khiển với PLC 29 2.1.6 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình 30 2.2 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC HỌ S7 2.2.1 Các tiêu chuẩn thông số kỹ thuật họ S7-200 32 2.2.2 Các tính PLC S7-200 32 2.2.3 Các module S7-200 .33 2.2.4 Giới thiệu cấu tạo phần cứng KIT thí nghiệm S7-200 35 Bïi Giang Nam : Lớp ĐCL 201 Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng 2.2.5 Cu trỳc b nh CPU 37 2.3 TẬP LỆNH 2.3.1 Các lệnh vào/ra 42 2.3.2 Các lệnh ghi / xoá giá trị cho tiếp điểm .42 2.3.3 Các lệnh logic đại số boolena 43 2.3.4 Timer: TON, TOF, TONR 44 2.3.5 COUNTER 47 2.4 NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH STEP7 2.4.1 Cài đặt STEP7 54 2.4.2 Trình tự bước thiết kế chương trình điều khiển 57 2.4.3 Khởi động chương trình tạo project 58 2.4.4 Viết chương trình điều khiển .62 Ch-ơng III thiết kế điều khiển công nghệ khoan I sơ đồ mạch lực lựa chọn thiết bị 3.1 Mạch lực.66 3.2 lựa trọn thiết bị.67 3.2.1 Phần tử chấp hành .67 3.2.3 Các thiết bị bảo vệ 68 3.2.2 Phần tử điều khiển.68 II.Viết ch-ơng trình PLC cho công nghệ khoan Kết Luận 74 Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 §å án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng Lời Nói Đầu Trong công nghiệp công nghiệp hoá, đại hoá đất n-ớc, nói tiêu chí đánh giá phát triển kinh tế quốc gia mức độ tự động hoá trình sản xuất tr-ớc hết suất sản xuất chất l-ợng sản phẩm tạo Sự phát triĨn nhanh chãng cđa khoa hoc kü tht nh- m¸y tính công nghệ thông tin thành tựu lý thuyết Điều khiển tự động đà làm hỗ chợ phát triển t-ơng xứng lĩnh vực tự động hoá n-ớc ta n-ớc chậm phát triển, nh-ng năm gần với đòi hỏi sản xuất nh- hội nhập vào kinh tế giới việc ¸p dơng c¸c tiÕn bé khoa häc kü tht mµ đặc biệt tự động hoá trình sản xuất đà có b-ớc phát triển tạo sản phẩm có hàm l-ợng chất xám cao tiến tới kinh tế phát triển Ngày tự động hoá điều khiển trình sản xuất đa sâu vào ngõ ngách, tất khâu trình tạo sản phẩm Một ứng dụng mà đồ án thiết kế Điều khiển công nghệ khoan Tự động hoá điều khiển công nghệ khoan trình tạo lỗ thủng bề mặt vật thể có kích th-ớc chiều sâu định tr-ớc Chất l-ợng mũi khoan suất làm việc phụ thuộc nhiều vào công nghệ ®iỊu khiĨn Trong ®ã c«ng nghƯ ®iỊu khiĨn b»ng PLC khả tối -u gọn nhẹ tự động hoá cao Về lập trình PLC có nhiều cách lập trình nh-ng việc lập trình ph-ơng pháp LADER đơn giản dễ làm đảm bảo đ-ợc xác mặt trật tự khoan Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201 Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng Trong đồ án em trình bày theo ch-ơng sau: Ch-ơng I: Giới thiệu công nghệ Ch-ơng II: Giới thiệu PLC S7-200 Ch-ơng III: Thiết kế điều khiển công nghệ khoan Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201 Đồ án Tốt Nghiệp: Ch-ơng I Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng Giới thiệu công nghệ I Giới thiệu số cảm biến vị trí dich chuyển Cảm biến Hall 1.1 Khái niệm Cảm biến Hall hoạt động dựa cảm ứng Hall Hiệu ứng Hall liên hệ điện hai đầu dây dẫn với từ tr-êng NÕu sư dơng c¶m biÕn Hall víi mét nam châm vĩnh cửu ta nhận biết đ-ợc vật nhiễm từ 1.2 Nguyên lý hoạt động 1.2.1 Cấu tạo * Sơ đồ Chú thích: 1.Nam châm vĩnh cửu 2.Đ-ờng lực từ 3.Vật nhiễm từ 1.2.2 Hoạt động Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201 Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng Trong điều kiện bình th-ờng vật thể nhiễm từ sát bên canh từ lực chạy qua cảm biến Hall giảm di rõ rệt, cảm biến xác định đ-ợc vị trí cảu vật nhiễm từ 1.3 Phạm vi sử dụng * -u điểm - Giá thành rẻ - Cấu tạo đơn giản, rễ chế tạo - Hoạt động ổn định * Nh-ợc điểm - Khích th-ớc lớn - Trong điều kiện làm việc nhiệt độ cao độ ổn định làm việc không cao Biện pháp khắc phơc: Sư dơng c¸c chÊt b¸n dÉn ( Silic ) giảm kích th-ớc, tăng độ xác, tăng độ ổn dịnh cấy trực tiếp cảm biến mạch khuyếch đại ứng dụng * Trong thực tế - Dùng phân loại sản phẩm - Dùng để xác định vị trí di chuyển - Đ-ợc sử dụng nhiều rôbốt Đặc điểm riêng hình dạng Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201 Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng 1.1:cm bin hall 1.2:cm biến Hall_and OEM_pot Sư dơng Hall Effect sensor ®Ĩ ®o vÞ trÝ Tạo mơ hình thực nghiệm hình vẽ dưới, gồm có động (loại được), nam châm hình đĩa trịn (Ring Magnet) Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201 Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng hỡnh vẽ, cảm biến Hall Effect loại tín hiệu tương tự (nếu dùng Hall Effect tín hiệu số phải làm mơ hình dạng khác) hình vẽ Khi động quay đĩa nam châm gắn cào trục động cung quay theo, từ tr-ờng cảm biến Hall Effect cảm nhận đ-ợc biến thiên tạo tín hiệu điện áp đầu t-ơng ứng Thực tế, quan hệ từ tr-ờng (input) điện áp (output) có dạng nh- hình 2, khâu khuyếch đại bÃo hoà Vì đặc tính phi tuyến cần tuyến tính hoá Các nhà sản xuất Hall Effect sÏ gióp ta viƯc nµy Bïi Giang Nam : Lớp ĐCL 201 Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng Trên hình 3, có ba đ-ờng đặc tuyến sau đ-ợc tuyến tính hoá cïng tõ tr-êng – 640 < B (Gauss) Customize Để kích hoạt chức kiểm tra quan sát ta Click vào biểu tượng mắt kính cơng cụ vào menu Debug -> Monitor Khi chương trình có đặc điểm: - Trạng thái thực có màu xanh liền nét - Trạng thái khơng thực có dạng đường đứt nét Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 64 §å án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng * Chú ý: Ở chế độ kiểm tra, thay đổi chương trình khơng thể thực PLC Simentic S7-200 có thơng số kỹ thuật sau: Đặc trưng khối vi xử lý CPU212 CPU214 giới thiệu bảng: Bïi Giang Nam : Lớp ĐCL 201 65 Đồ án Tốt Nghiệp: Ch-ơng III Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng thiết kế điều khiển công nghệ khoan I sơ đồ mạch lực lựa chọn thiết bị 3.1 Mạch lực - Công suất động KW - Điện áp định mức 220 V - Động chiều kích từ độc lập Dòng điện định mức Pdm 2.10 I dm = = = 9,1 A 220 U dm Đối với động có công suất nhỏ ta dùng ph-ơng pháp mở máy trực tiếp không cần qua điện trở hạn chế Đối với mạch bảo vệ ta sử dụng ph-ơng pháp bảo vệ cầu chì đơn giản rẻ tiền Chọn động có công suất: 2KW Một động khoan động vận hành cho khoan lên xuống (xuống quay thuận lên quay ng-ợc) Khi đảo chiều quay động ta dùng ph-ơng pháp đổi chiều điện áp phần ứng Thay đổi nguồn phần ứng cho phép động chiều gặp vật khoan quay với vân tốc V2, lên ch-a chạm vật khoan quay với vận tốc V1 Sơ đồ nguyên lý mạch lực Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201 66 Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng * Sơ đồ nối dây động c¬ khoan K3 C1 220V K4 0(V) KT1 110V C2 K3 KT1 C3 DC1 220V K4 K3 KT1 (V) K4 * Sơ đồ nối dây động hành trình lên xuống quay thuận ng-ợc K1 C4 220V K2 0(V) KT2 220V C5 K1 KT2 DC2 K2 K1 KT2 (V) C6 220V K2 3.2 lùa trän thiÕt bÞ 3.2.1 Phần tử chấp hành Dòng điện định mức Iđm = 9,1A Khi mở máy mở máy dòng điện là: Imm = 2,5 Iđm Dòng cực đại mở máy Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201 67 Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng Imm = 2,5 I®m = 2,5x 9,1 = 22,7 A Ta chọn công tắc tơ có thông số thoả mÃn Số l-ợng tiếp CS điểm Loại cuộn Uđm th-ờng Th-ờng dây Iđm Imax mở đóng 15 60 220 10 K Chọn công tắc tơ nh- cho công tắc tơ X,L,V1,V2 dòng điện Kích th-íc 200x128 Tõ c«ng st cn hót cã thĨ tÝnh đ-ợc dòng qua cuộn hút Ih=P/U= 10/220 = 0,05 A 3.2.2 Phần tử điều khiển Từ cuộn hút ta chọn đ-ợc rơle trung gian có tiếp điểm thoả mÃn Chọn rơle trung gian Số l-ợng tiếp điểm Loại dòng điện RH101 Uđm th-ờng mở th-ờng đóng 4 220 CS KÝch cn th-íc d©y 2x128 3.2.3 Các thiết bị bảo vệ Bảo vệ cầu chì ta chọn cầu chì cho mạch động lực mạch điều khiển * Mạch động lực.(chọn cầu chì kiểu ống nên an toàn) Kiểu cầu Dòng đm chì dây chảy 15 Dòng Điện áp cắt định mức giới hạn 8000 Bùi Giang Nam : Lớp ĐCL 201 220 KÝch th-íc chung A 91 B 16 C 25 68 Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng * Mạch điều khiển Kiểu cầu Dòng đm Dòng cắt Điện áp Kích th-ớc chung chì dây chảy giới hạn định mức A B C 1200 220 91 16 25 * Sơ đồ kết nối đầu vào PLC Start Io.o Stop Io.1 So Io.2 S1 Io.3 S2 Io.4 S3 Io.5 Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 69 Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phßng I0.0: Nót Ên start I0.1: Nót Ên stop I0.2: Cảm biến vị trí (tại A)So I0.3: Cảm biến vị trí thứ hai (tại B) S1 I0.4: Cảm biến vị trí thứ ba (tại C) S2 I0.4: Cảm biến vị trí cuối (tại D) S3 * Sơ ®å kÕt nèi ®Çu PLC Qo.o role K1 Qo.1 role K2 Qo.2 role K3 Qo.3 role K4 Q0.0 : Khoan xuống Q0.1 : Khoan lên Q0.2 : Khoan quay víi vËn tèc V1 Q0.3 : Khoan quay víi vËn tèc V2 Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 70 Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng II.Viết ch-ơng trình PLC cho công nghệ khoan Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 71 §å ¸n Tèt NghiƯp: Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng 72 Đồ án Tèt NghiƯp: Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 Tr-êng Đại Học Dân Lập Hải Phòng 73 Đồ án Tốt Nghiệp: Tr-ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS - TS Nguyễn Trọng Thuần - Điều khiển logic ứng dụng Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2000 Trịnh Đình Đề, Võ Trí An - Điều khiển tự động truyền động điện Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 1986 Nguyễn Xuân Phú, Tơ Đằng - Sử dụng sửa chữa khí cụ điện hạ áp Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1998 Các CD-ROM catalogue tra cứu thiết bị khí nén điện hãng OMRON, FESTO, MITSUBISHI Bản dịch: Cẩm nang Kỹ thuật điện Tự động hố Tin học Cơng nghiệp Người dịch: PGS - TS Lê Văn Doanh Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1999 Lewin, D - Logical design of switching circuits Nhà xuất MacMillan, 1986 Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 74 ... tự động hoá điều khiển trình sản xuất đa sâu vào ngõ ngách, tất khâu trình tạo sản phẩm Một ứng dụng mà đồ án thiết kế Điều khiển công nghệ khoan Tự động hoá điều khiển công nghệ khoan trình... thiết kế chương trình điều khiển 57 2.4.3 Khởi động chương trình tạo project 58 2.4.4 Viết chương trình điều khiển .62 Ch-¬ng III thiÕt kÕ điều khiển công nghệ khoan I sơ đồ mạch... thể có kích th-ớc chiều sâu định tr-ớc Chất l-ợng mũi khoan suất làm việc phụ thuộc nhiều vào công nghệ điều khiển Trong công nghệ điều khiển PLC khả tối -u gọn nhẹ tự động hoá cao Về lập trình