Nghiên cứu hệ thống điều khiển quá trình khoan 2 giai đoạn ứng dụng điều khiển bằng PLC S7-200

Xuất phát từ thực tế đó, trong quá trình học tập tại trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng, được sự chỉ bảo và hướng dẫn tận tình của các thầy cô trong khoa Điện Công Nghiệp và đặc biệt là [r]

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

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

Cộng hoà 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

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

1 Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ)

2 Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn

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 công tác : Nội dung hướng dẫn :

Trường Đại học dân lập Hải Phịng Tồn 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 Sinh viên

Khắc Văn Tiến

Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán hướng dẫn Đ.T.T.N T.S Nguyễn Đức Minh

Hải Phòng, ngày tháng năm 2018 HIỆU TRƯỞNG

6

PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1.Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp

2 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

7

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

1 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

8

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 mô lẫn chất lượng Trong ngành tự động hóa chiếm vai trị quan trọng khơng giảm nhẹ sức lao dộng cho người mà cịn 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 trị ngành cơng nghiệp phổ biến rộng rãi hệ thống cơng nghiệp tồn giới nói chung Việt Nam nói riêng

9

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 mơi trường sản xuất

Hình 1.1a:PLC đời năm 1968 Hoa kỳ

10

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 cịn có thêm lệnh định , đếm kiện, lệnh xử lý toán học, xử lý liệu, xử lý xung , xử lý thời gian thực…

11

của hệ thống riêng lẻ, tốc độ hệ thống cải thiện, chu kỳ quét nhanh Bên cạnh đó, PLC cịn chế tạo giao tiếp với thiết bị ngoại vi nhờ mà khả ứng dụng PLC mở rộng

Hình 1.1c.Những hãng PLC phổ biến :Misubishi, simen,…

Thực chất PLC hệ vi xử lý có ưu điểm mà hệ vi xử lý khác cài đặt sẵn hệ điều hành với chức điều khiển lập trình

Hệ điều hành: Chứa chương trình hệ thống để xác định cách thức thực chương trình người sử dụng, quản lý đầu vào/ra phân chia nhớ RAM quản lý liệu

Bộ nhớ chương trình: Lưu giữ chương trình điều khiển, PLC hoạt động đọc thực chương trình ghi nhớ

Bộ đếm đầu (buffer): LÀ vùng nhớ đệm cho đầu vào ra, vùng chiếm phần RAM

12

Trong CPU có định thời, đếm có chức khác từ vài chục đến vài trăm

Timer: TON, TOFF, TOR… Counter: CT, CU, CD,CUD

Vùng nhớ liệu: Không giống nhớ chương trình, vùng nhớ sử dụng để lưu kết người sử dụng

Có loại vùng nhớ:

-Vùng nhớ Bit hay gọi vùng nhớ cờ (Internal Relay) thường ký hiệu M sử dụng liệu logic

-Vùng nhớ Byte vùng nhớ đọc, ngồi cịn có vùng nhớ đặc biệt thường ký hiệu S(Special)

Bộ xử lý CPU: Bộ xử lý gọi lệnh nhớ chương trình để thực cách theo chương trình

13

Hình 1.1 d thành phần hệ thống PLC

1.2Phân Loại

a, Micro PLC: Có cấu trúc Onboard thường sử dụng nhỏ chiếu sáng, mở cửa, máy phát điện tự động, nhỏ Micro PLC ứng dụng nhiều đa dạng

Logo( Simens) Zen (Omron)

b, Mini PLC: Có cấu trúc On board nghĩa CPU tích hợp tồn chức Module nguồn, module vào/ra cổng đọc tốc độ cao HSC (High Speed Counter), timer couter, pin nhớ…

VD loại: S5-900 , S7/200 Micro Smart IDEC , CPM1 Omron, c,Medium PLC : S7-300 , A1SHCPU Misubishi, FA IDEC, … có cấu trúc module sử dụng hệ thống vừa trung bình Các module mở rộng bao gồm module PLC cỡ lớn

14

Có cấu trúc dạng module, có khả sử dụng ngơn ngữ bậc cao lập trình máy tính…

+Module nguồn

+Module vào/ra (A/D): AI, AO, DI, DI/ DO, AI/AO, AI/DO, DI/ AO +Module truyền thông: Mạng Mobus, AS-I, Profilebus, Devinet, CC-Link…

+Các module đặc biệt : PID, điều khiển động , đếm tốc độ cao

1.3 Chế độ làm việc vòng quét

Chế độ làm việc:

a, Chế độ nghỉ (Stop mode):Ở chế độ người dùng không xử lý chương trình điều khiển người lập trình cài đặt chương trình điều khiển từ máy tính sang PLC ngược lại

b, Chế độ chạy (Runner mode): Ở chế độ PLC thực chế độ điều khiển làm việc theo chu tình vịng quét

c, Chế độ làm việc trung gian: Giữa chế độ chạy nghỉ, chế độ ta chuyển sang chế độ Run Stop phần mềm (bấm chuột công cụ hình PC)

d, Lỗi (Error): Là chế độ làm việc đặc biệt để thông báo lỗi chương trình truyền thơng phần cứng vật lý hệ thống

Vòng quét Scan:

15

DữliệutừDI/AIvào

vùng đệm đầuvào

Thực chương

trình

Đưa liệu từ

bộ đệm

tớiđầu

Scan Time

Truyền thông nội bộvà

kiểm tralỗi

16

1.4 Các thiết bị phụ trợ

Ở thiết bị phụ trợ thành phần : Phần cứng, phần mềm giúp PLC giao tiếp với người đối tượng điều khiển hay với thiết bị điều khiển khác

a, Phần cứng: +Máy tính(PC)

+Cáp truyền thơng PC PLC +Card truyền thông

+Máy quét Scanner +Cảm biến Sensor b, Phần mềm:

Để lập trình PLC cần sử dụng phần mềm chuyên dụng hãng sản xuất phù hợp với loại PLC dùng

VD: Step 7, GX, Win LDR, SysWin, Rslogix500…

1.5 Ngôn ngữ lập trình

Trong lập trình logic thường hay sử dụng hai ngôn ngữ là: -Ngôn ngữ LAD

-Ngôn ngữ STL

17

18

1.6 Ứng dụng PLC

Hiện PLC ứng dụng thành công nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp dân dụng Từ ứng dụng điều khiển hệ thống đơn giản, có chức đóng mở ( ON/OFF) thông thường đến ứng dụng cho lĩnh vực phức tạp, địi hỏi tính xác cao, ứng dụng thuật tốn q trình sản xuất Các lĩnh vực tiêu biểu cho ứng dụng PLC bao gồm:

 Phân tích vật liệu

 Hệ thống truyền tải

 Máy đóng gói

 Điều khiển robot gắp xếp hàng

 Điều khiển bơm

 Hồ bơi

 Xử lý nước

 Thiết bị xử lý hóa chất

 Công nghiệp giấy

 Sản xuất thủy tinh

 Công nghiệp đúc bê tông

 Sản xuất xi măng

 Công nghiệp in ấn

 Xử lý thực phẩm

 Máy công cụ

 Máy CNC

 Nghành lượng

 Điều khiển máy lạnh

19

 Trạm điện

1.7 Cấu trúc phần cứng họ PLC S7-200

1.7.1 Các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn họ PLC s7-200 -Ở ta lấy ví dụ PLC Simentic S7-200 CPU 224

Hình 1.7.1:PLC Simentic S7-200 CPU 224 -Đặc điểm CPU 224:

 Kích thước:120.5mm x 80mm x62mm

 Dung lượng nhớ chương trình:4096 Word

 Dung lượng nhớ liệu:2560 Word

 Có 14 cổng vào , 10 cổng

 Có 256 timer, 256 counter, hàm số học số nguyên số thực

 Có đếm tốc độ cao

 Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, theo truyền thông

 Toàn bộ nhớ lưu sau 190 PLC bị điện

1.7.2.Tính PLC S7-200

20

 Có nhiều loạiCPU

 Có nhiều Module mởrộng

 Có thể mở rộng đến 7Module

 Bus nối tích hợp Module mặtsau

 Có thể nối mạng với cổng giao tiếp RS 485 hayProfibus

 Máy tính trung tâm truy cập đến cácModule

 Không quy định rãnhcắm, phần mềm điều khiển riêng

-Các phụ kiện : Các Bus nối liệu

-Các đèn báo CPU: Các đèn báo PLC cho ta biết chế độ làm việc

+SF(đỏ): đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng

+Run (xanh): đèn báo hiệu hệ thống làm việc +Stop(vàng): đèn báo hiệu chế độ dừng +Ixx, Qxx: định trạng thái tức thời cổng

-Công tắc chọn chế độ làm việc:

+Run: cho phép PLC vện hành theo chương trình nhớ.PLc chuyển từ Run sang Stop gặp cố làm việc

+Stop: PLC dừng công việc thực

+Term: cho phép máy tính quết định chế độ làm việc CPU, Stop Run

1.7.3.Cấu trúc nhớ CPU

Bộ nhớ S7-200 chia làm vùng:

21

b,Vùng nhớ tham số :Là vùng nhớ tham số là: từ khóa, địa trạm, vùng tham số thuộc kiểu đọc ghi

c, Vùng nhớ liệu:Được sử dụng để trữ liệu chương trình.Vùng liệu miền nhớ động , truy nhập theo bit, byte đơn kép, dùng để lưu trữ liệu cho thuật tốn, hàm truyền thơng lập bảng, hàm dịch chuyển, xoay vòng ghi địa Vùng liệu chia thành vùng nhớ nhỏ với công dụng khác nhau, chúng ký hiệu chữ tiếng anh khác , đặc trưng cho công dụng riêng chúng

V: Variablememory

I: Input image resister O: Ouput image resister

M: Internal memory bits

SM: Special memorybits

+Địa truy nhập với công thức:

- Truy nhập theo bit: Tên miền (+) địa byte (+) (+) số bit +Ví dụ: V150.4 bit byte150

- Truy nhập theo byte: Tên miền (+) B (+) địa byte miền +Ví dụ: VB150 byte 150 miềnV

- Truynhậptheotừ:Tênmiền(+)W(+)địachỉbytecaocủatừtrongmiền

+Vídụ:VW150chỉtừđơngồm2byte150và151thuộcmiềnVtrong byte 150 byte cao từ

22

+Ví dụ: VD150 từ kép byte 150, 151, 152, 153 thuộc miền V byte 150 byte cao 153 byte thấp từ kép

-Tất byte thuộc vùng liệu truy nhập trỏ Con trỏ định nghĩa miền V ghi AC1, AC2, AC3 Mỗi trỏ địa gồm byte (từ kép)

- Quy ước dùng trỏ để truy nhập sau:

+&địachỉbyte(cao): Làtốnhạnglấyđịachỉcủabyte,từhoặctừkép +Vídụ:

AC1 = &VB150: Thanh ghi AC1 chứa địa byte 150 thuộc miền V VD100 = &VW150: Từ kép VD100 chứa địa byte cao (VB150) từ đơn

VW150 AC2 = &VD150: Thanh ghi AC2 chứa địa byte cao (VB150) từ képVD150

- Con trỏ: toán hạng lấy nội dung byte, từ, từ kép mà trỏ chỉvào

+Ví dụ: với phép gán địa trên, thì:

 AC1: Lấy nội dung byteVB150

 VD100: Lấy nội dung từ đơnVW100

 AC2: Lấy nội dung từ képVD150

23

TT

Tên tham

Diễn giải

Tham

CPU 212 CPU 214

1 ACO Ắc quy (khơng có khả làm contrỏ)

2 AC Ắc quy ÷ ÷

3 C Bộ đếm ÷ 63 đến 127

4 HSC Bô đếm tốc độ cao đến

5 AW Bộ đệm cổng vào tương ÷ 30 đến 30

6 AQW Bộ đệm cổng tương tự ÷ 30 đến 30

7 T Bộ thời gian ÷ 63 đến 127

Bảng 2.1.3: Vùng đối tượng

1.7.4 Đơn vị S7-200

Hình 1.7.4a: Hình khối mặt trước PLC S7-200 Trong đó:

1,Chân cắm cổngra, 2,Chân cắm cổngvào, 3,Các đèn trạngthái:

24

+RUN (đèn xanh): Chỉ định PLC chế độ làm việc +STOP (đèn vàng): Chỉ định PLC chế độ dừng 4,Đènxanhởcổngvàochỉđịnhtrạngtháitứcthờicủacổngvào 5,Cổng truyềnthông

6,Đènxanhởcổngrachỉđịnhtrạngtháitứcthờicủacổngra 7,Côngtắc

Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với phích cắm chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình với PLC khác Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI 9600 boud

Các chân cổng truyền thơng là:

Hình 1.7.4b: cổng truyền thơng

1 Đất

2 24v DC

3 Truyền nhận liệu

4 Không sửdụng

5 Đất

6 5v DC (điện trở trong100Ώ)

25

8 Truyền nhận liệu

26

1.8.Tập lệnh

1.8.1 Các lệnh vào ra

- OUTPUT: Sao chép nội dung bit ngăn xếp vào bít định lệnh Nội dung ngăn xếp không thay đổi

1.8.2 lệnh ghi xóa giá trị cho tiếp điểm -Lệnh Set:

L A D

27

0 bit giữ nguyên trạng thái Trong số bit giá trị củai Tốn

-Lệnh Reset: L AD

Giá trị bit có địa n đầu vào lệnh Khi đầu vào lệnh bit giữ nguyên trạng thái Trong số bit giá trị củai

Toán hạng n: Q, M, SM, T, C, V

-Ví dụ mơ tả lệnh vào S, R:

28

1.8.3 Timer: TON,TOF, TONR

Timer tạo thời gian trễ tín hiệu vào tín hiệu nên điều khiển thường gọi khâu trễ Trong công việc điều khiển cần nhiều chức timer khác nhau.Một Word 16 bit vùng liệu gán cho timer

+TON: Delay on

IN:BOOL:cho phép timer PT:Int: giá trị đặt cho timer Txxx: số hiệu timer

29

+TOF: Delay off

IN:BOOL:cho phép timer PT:Int: giá trị đặt cho timer Txxx: số hiệu timer

+TONR:

30

1.8.4 COUNTER

-Trong công nghiệ đếm cần cho trình đếm khác đếm số chai, đếm xe đếm số chi tiết,…

-Một Word 16 bits (counter word) lưu trữ vùng nhớ liệu hệ thống PLC dùng cho counter.Số đếm chứa vùng nhớ liệu hệ thống dạng nhị phân có giá trị khoảng từ 0-999

-Các phát biểu dùng để dùng để lập trình cho đếm có chức sau: *Đếm lên CU(counting up) : tăng counter lên Chức thực có giá trị dương từ lên 1xảy ngõ vào counting up Một số đếm đạt đến giới hạn 999 khơng tăng

-Đặt Counter (S-setting the counter) :Counter đặt với giá trị lập trình ngõ vào PV có thay đổi từ mức 0-1 ngõ vào S Chỉ có đỏi từ 0-1 ngõ vào S đặt giá trị cho Counter lần

-Đặt số đếm cho Counter (PV-Presetting Value):số đếm PV word 16 bits dạng BCD Các tốn hạng sau sử dụng PV là:Word IW, QW, MW số C:0-999

-Xóa Counter ( R-resetting the counter): Counter đặt 0, ngõ vào R có thay đổi mức tín hiệu 0-1.Nếu tín hiệu ngõ vào R=0 khơng có ảnh hưởng đến đếm

-Quét số đếm : (CV, CV-BCD): Số đếm hành nạp vào ghi tích lũy ACCU số nhị phân (CV) hay số thập phân

31

32

UP COUNTER

Cxxx: số hiệu counter (0 – 255) CU: kích đếm lên Bool R: reset Bool

PV: giá trị đặt cho counter INT PV: VW, IW, QW, MW, SMW,……

Mơ tả:

Mỗi lần có sườn cạnh lên chân CU, giá trị đếm (1 word) tăng lên Khi giá trị lớn giá trị đặt PV (Preset value), ngõ bật lên ON Khi chân Reset kích (sườn lên) giá trị đếm ngõ trả Bộ đếm ngưng đếm giá trị đếm đạt giá trị tối đa là32767

33

DOWN-COUNTER

Cxxx: số hiệu counter (0 – 255) CD: kích đếm xuống Bool LD: load Bool

PV: giá trị đặt cho counter INT

PV: VW, IW, QW, MW, SMW, ……

Mơ tả: Khi chân LD kích (sườn lên) giá trị PV nạp cho đếm Mỗi có sườn cạnh lên chân CD, giá trị đếm (1 word) giảm xuống Khi giá trị đếm 0, ngõ bật lên ON đếm ngưng đếm

34

UP-DOWN COUNTER

Cxxx: số hiệu counter (0 – 255) CU: kích đếm lên Bool

CD: kích đếm xuống Bool R: reset Bool

PV: giá trị đặt cho counter INT

PV: VW, IW, QW, MW, SMW, LW, AIW, AC, T, C, Constant

Mô tả:

Mỗi lần có sườn cạnh lên chân CU, giá trị đếm (1 word) tăng lên Mỗi lần có sườn cạnh lên chân CD, giá trị đếm giảm xuống Khi giá trị lớn giá trị đặt PV(Preset value), ngõ bật lên ON Khi chân R kích (sườn lên) giá trị đếm ngõ Out trả Giá trị cao đếm 32767 thấp – 32767 Khi giá trị đếm đạtngưỡng

1.9 Chương trình điều khiển 1.9.1 Khai bào phần cứng

35

1.9.2 Cấu trúc sổ lập trình

hình 1.9.2Cấu trúc sổ lập trình -Bảngkhaibáophụthuộckhối.Dùngđểkhaibáobiếnvàthamsốkhối

-Phần soạn thảo chứa chương trình, chia thành Network Các thông số nhập kiểm tra lỗi cúpháp

-Nội dung cửa sổ “Program Element” tuỳ thuộc ngôn ngữ lập trình lựa chọn Có thể nhấn đúp vào phần tử lập trình cần thiết danh sách để chèn chúng vào danh sách Cũng chèn phần tử cần thiết cách nhấn nhả chuột

Các công cụ thường sửdụng +Các Menu công cụ thườngdùng -New(File Menu): Tạomới

36

-Cut(Editmenu): Cắt -Paste(EditMennu): Dán -Copy(EditMenu): Saochép

-Download(PLCMenu): Tảixuống -Network(Insert): Chèn networkmới

-ProgramElements (Insert): Mở cửa sổ phần tử lậptrình -CLear/Reset (PLC): Xố chương trình thời PLC -LAD, STL,FBD(View) :Hiển thị dạng ngôn ngữ yêucầu

Các phần tử lập trình thường dùng (cửa sổ ProgramElements)

*Các lệnh logictiếpđiểm: *Các loạicounter

*Các lệnhtoán học:

37

38

39

Chương 2:Giới thiệu khái quát công nghệ khoan

2.1.giới thiệu tổng quan công nghệ khoan

Ngày tự động hóa q trình sản xuất sâu vào ngõ ngách , vào tất khâu trình tạo sản phẩm Mội ứng dụng

đó mà ta sâu vào tìm hiểu thiết kế Cơng nghệ khoan lỗ hai giai đoạn

Tự động hóa điều khiển cơng nghệ khoan q trình tạo lỗ thủng bề mặt vật thể có kích thước , chiều sâu định trước Trong công việc thiết kế , tự động hóa điều khiển thể qua trình sau :

- tự động hóa điều khiển cơng việc đưa vật thể vào vị trí định trước ( xác định vị trí lỗ khoan )

- tự động hóa đưa mũi khoan vào khoan vật thể sau quay vị trí cũ để đảm bảo cho quy trình

2.2 Một số cảm biến vị trí dịch chuyển

 Cảm biến điện cảm:Cảm biến điện cảm dùng chạy họcCảm biến

điện cảm không dùng chạy học

 Cảm biến điện dung:Cảm biến tụ đơnCảm biến tụ kép vi saiCảm biến

mạch đo

 Cảm biến quang:Cảm biến quang phản xạCảm biến quang rọi thấu

 Cảm biến đo dịch chuyển sóng đàn hồi

 Cảm biến Hall

 Cảm biến siêu âm

 Cảm biến điện trở

 Cảm biến hồng ngoại

2.3Tìm hiểu số cảm biến: 2.3.1Cảm biến Hall:

Khái niệm:

Cảm biến Hall hoạt động dựa nguyên tắc hiệu ứng Hall Hiệu ứng Hall liên hệgiữa điện hai đầu dây dẫn với từ trường Nếu sử dụng cảm biến Hall với mộtnam châm vĩnh cửu ta nhận biết vị trí vật nhiễm từ

Nguyên lý hoạt động:

40

Chú thích

1 Nam châm vĩnh cữu

2 Đường lực từ

3 Vật nhiễm từ

Hoạt động :

 Trong điều kiện bình thường : Khi vật thể nhiễm từ đặt sát bên cạnh

từ lựcchạy qua cảm biến hall giảm rỏ rệt, cảm biến xác định vị trí vậynhiểm từ

 Trong điều kiện khác :

Phạm vi sử dụng : Ưu điểm :

 Cấu tạo đơn giản dễ chế tạo

 giá thành rẻ

 hoạt động ổn định

Nhược điểm :

 Kích thước lớn

 điều kiện làm việc nhiệt độ cao độ ổn định

 làm việc không cao

Biện pháp khắc phục :

Sử dụng vật bán dẫn ( silic ) giảm kích thước , tăng độ xác, tăngđộ ổn định cấy trực tiếp cảm biến mạch khuếch đại

Ứng dụng : * Trong thực tế :

 Dùng phân loại sản phẩm

41

 Được sủ dụng nhiều robot

2.3.2 cảm biến Hall and OEM_pot

Sử dụng Hall Effect Sensor để đo vị trí

-Tạo mơ hình thực nghiệm hình vẽ dưới, gồm có động (loại được),1 nam châm hình đĩa trịn (Ring Magnet) hình vẽ, cảm biến Hall Effect loại tínhiệu tương tự (nếu dùng Hall Effect tín hiệu số phải làm mơ hình dạng khác)

42

điện áp (output) có dạng nhưhình 2, khâu khuếch đại bão hịa Vì vậy, đặc tính phi tuyến cần tuyến tínhhóa Các nhà sản xuất Hall Effect giúp bạn việc

Trên hình , có ba đường đặc tuyến sau tuyến hóa vùng từ trường-640 < B (Gauss) < trường-640 Hình dáng đường tuyến tính hóa phụ thuộc vào điện áp cấp(Vs) cho cảm biến

43

Như ứng với vị trí động cơ, ta đo điện áp xác định từ cảm biến Điệnáp cảm biến thường O-10VDC tương ứng với góc quay từ 0-360 độ trục độngcơ Do tốn xác định vị trí đạt

2.3.3.Cảm biến siêu âm -Khái niệm:

Cảm biến siêu âm thiết bị dùng để xác định vị trí vật thơng qua phát sóngsiêu âm

-Ngun lí hoạt động: a.Sơ đồ cấu tạo:

44

6 vỏ bọc

Hình ảnh thơng số kĩ thuật vài cảm biến siêu âm

SRF02 – cảm biến đo cự li từ xa sóng siêu

 Khả hoạt động

 Điều khiển liên tục 64 bước

 Tốc độ truyền 12C

 Điều khiển tự động

CB siêu âm với loại giao diện I2C vànối tiếp thuật tốn Autotune

mới thơngminh sử dụng phạm vi nhỏ, khơngcần chu kì định cỡ thêm vào nhữngchức cho phép quản lí phạm vivà phân chia Dễ dàng kết nối với USB chủ với module USBI2C Tự hoạt độngnhờ bus USB

45

Hình ảnh hiển thị SRF02 kết nốitới module USBI2C Module USBI2C có linh kiện rời

SRF05-Cảm biến siêu âm

 Điện áp - 5V

 Dòng thấp - 4mA

 Tần số - 40KHz

 Phạm vi hoạt động - cm – 4m

 Loại- chân cho trig/echo chân tương thích SRF04

 Đầu vào kích khởi - 10uS Min Mức xung TTL

46

2.3.4.Cảm biến đo dịch chuyển sóng đàn hồi -Khái niệm

Là loại cảm biến dựa nguyên tắc phát thu sóng âm nhờ định vị trí dịchchuyển nhờ tính toán thời gian phát thu

-Phân loại

a) Cảm biến sử dụng phần tử áp điện b) Cảm biến âm từ

- Phạm vi ứng dụng

- Hình ảnh thông số kỹ thuật vài cảm biến 2.3.5 Cảm biến quang :

Khái niệm :

Cảm biến quang loại cảm biến đo vị trí dịch chuyển theo phương pháp quanghình học gồm nguồn phát sáng ánh sáng kết hợp với đầu thu quang (thường tế bàoquang điện)

Phân loại :

a) Cảm biến quang phát xạ b) Cảm biến quang soi thấu Phạm vi ứng dụng :

 Nhận biết vị trí chi tiết máy CNC

 Cảm biến màu sản phẩm hóa thực phẩm

 Cảm biến lùi định vị khoảng cách vật ô tô, để đảm bảo an

tồn

 Cảm biến định vị trí trục khuỷu, bướm ga, chân ga để nâng cao hiệu suất,

tính tốn lượngnhiên liệu đốt động đốt

47

Hình ảnh thông số kỹ thuật vài cảm biến quang :

4.1 : Cảm biến quang xạ

4.2 Cảm biến quang điện

48

1 số loại cảm biến lùi xe toyota – Nhật

Mơ hình động đốt – Có thể lắp đặt cảm biến đo góc quay trục khuỷu

Sơ đồ cấu tạo hệ thống ETCS- i

49

2.3.6 Cảm biến điện dung: -Khái niệm :

Cảm biến điện dung tụ điện phẳng hình trụ có cực gắn cố định(bản cực tĩnh)và cực di chuyển(bản cực động) liên kết với vật cần đo vật thayđổi vị trí kéo theo cực động di chuyển làm thay đổi điện dung tụ điện

-Phân loại :

 Cảm biến tụ điện đơn

 Cảm biến tụ kép vi sai

Phạm vi ứng dụng :

 đo chênh áp hai khối chất lỏng hay khí

 đo dịch chuyển chi tiết máy

 đo áp suất nước …

-hình ảnh thông số kĩ thuật cảm biến điện dung :

cảm biến tụ đơn

50

cảm biến tụ đơn

cảm biến điều khiển động bước 2.3.7.Cảm biến điện cảm

-Khái niệm

Cảm biến điện cảm nhóm cảm biến làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ.Vật cần đo vị trí dich chuyển gắn vào phần tử mạch từ gây nên biến thiên từ thông qua cuộn dây

-Phân loại

Cảm biến tự cảm

 Cảm biến tự cảm có khe từ biến thiên

 Cảm biến tự cảm đơn

 Cảm biến tự cảm kép lắp theo kiểu vi sai

51

Cảm biến hỗ cảm

 Cảm biến đơn có khe hở khơng khí

 Cảm biến vi sai

 Biến vi sai có lõi từ

Hình ảnh thông số kỹ thuật vài cảm biến điện cảm

Cảm biến tự cảm

52

2.3.8Cảm biến hồng ngoại :

-Nguyên tắc hoạt động : Cảm nhận biến đổi nhiệt độ môi trường để tạo tín hiệu điện tiếp tục xử lí

-Phạm vi ứng dụng :

Ứng dụng rộng rãi thực tế.:

 Trong chế tạo robot

 Trong điều hòa nhiệt độ : ứng dụng Intelligen eye cảm biến

hồng ngoại có khả dị chuyển động người phịng Khi khơng có chuyển động, cảm biến tự động điều chỉnh nhiệt độ

bằng cách tăng giảm 2oC để tiết kiệm 20% lượng

chế độ làm lạnh 30% chế độ sưởi ấm Việc giúp làm giảm lãng phí lượng bạn quên tắt điều hòa

-Trong chế tạo thiết bị cảm ứng hồng ngoại : cửa tự động, thang máy

53

54

Cảm biến hồng ngoại cửa tự động

Giới thiệu công nghệ khoan lỗ giai đoạn

Máy khoan sử dụng rộng rãi nhà máy khí Bên cạnh máy móc khí khác máy tiện , máy doa , máy bào, bào xọc, tự động hóa theo dây chuyền ngày đại Các máy khoan tự động theo dây chuyền nhằm nâng cao suất giảm nặng nhọc cho người cơng nhân

Trong cơng nghệ khoan lỗ hai giai đoạn sử dụng nhà máy khí , nhà máy sửa chữa chế tạo máy

Trong môi trường làm việc nặng nhọc công nghệ yêu cầu :

 Khoan làm việc ổn định , chắn

 Tần số làm việc lớn

55

56

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

57

Chương 3:Thiết kế điều khiển công 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 hoàn thành 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:

Hình 3.2.2 Sơ đồ chân IC LM7824 LM7812

7824 7812

1

2

IN OUT

1

2

IN OUT

58

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

một 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:

59

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 Dịng điện định mức:

𝐼

𝑑𝑚= 𝑃𝑑𝑚

𝑈𝑑𝑚= 2.103

220 =9,1𝐴

+Đối với động có cơng suất nhỏ ta phải dùng phương pháp mở máy trực tiếp không cần qua điện trở hạn chế

60

+Chọn động có công 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

Uđm CS

Cuộn Dây

Thường

mở

Thường

đóng Kích Thước

Iđm Imax

Kn1-021 15 60 220 10 200x128

- Chọn CTT cho CTT: X, L, V1 ,V2

61

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:

62

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)

63

I0.6 emergency stop (khoan dừng lại lập tức)

Q0.0 Khoan xuống

Q0.1 Khoan lên

Q0.2 Khoan với vận tốc V1

64

65

67

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 tốn mơ chương trình hệ thống khoan giai đoạn

Tuy nhiên thời gian có hạn trình độ thân em cịn nhiều hạn chế nên trình làm đề tài cịn nhiều thiếu sót

Em mong nhận bảo , đóng góp ý kiến thầy cô 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 !

68

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

trong công nghiệp,NXB khoa học kĩthuật 2009 [4] Tailieu.vn

69

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 qt 14

1.5 Ngơn 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 ra. 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

70

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