Tên đề tài: Khi ấn nút start, piston 1 đi xuống và dừng lại được phát hiện bởi cảm biến để giữ kim loại. Sau đó piston 2 đi xuống để uốn kim loại vào khuôn uốn. Sau khi piston 2 thu về thì piston 3 chạy sang bên phải để uốn kim loại và định hình vào khuôn. Sau đó piston 3 thu về, khi piston 3 thu về thì piston 1 cũng thu về vị trí ban đầu.
LỜI NĨI ĐẦU Trong nghiệp cơng nghiệp hóa – đại hóa đất nước, tiêu chí để đánh giá phát triển công nghiệp quốc gia mức độ tự động hóa trình sản xuất Sự phát triển nhanh chóng máy tính điện tử cơng nghệ thơng tin thành tựu lý thuyết điều khiển tự động làm sở cho phát triển tương xứng lĩnh vực tự động hóa Ngày tự động hóa điều khiển trình sản xuất sâu vào nhiều lĩnh vực tất khâu trình sản xuất Trong học kỳ để áp dụng lý thuyết với thực tế em giao đồ án môn học Điều khiển Logic PLC với đề tài là: “ Thiết kế hệ thống điều khiển logic sử dụng PLC theo yêu cầu công nghệ ” Với nỗ lực thân giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn Đinh Văn Nghiệp thầy cô giáo môn Đến đồ án em hoàn thành Do kiến thức chun mơn cịn hạn chế nên đồ án em khơng tránh khỏi thiếu sót Vậy em mong bảo, góp ý thầy giáo để đồn án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn đặc biệt em xin cảm ơn thầy Đinh Văn Nghiệp giúp đỡ em để đồ án hoàn thành thời hạn Thái Nguyên, Ngày 27 tháng 12 năm 2020 Sinh viên thiết kế MAI VIỆT HÙNG MỤC LỤC PHẦN 1: PHÂN TÍCH YÊU CẦU VÀ PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN…………….3 1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ .3 1.2 Lựa chọn phương án thực PHẦN PHÂN TÍCH CHỌN BIẾN VÀO/ RA, MƠ TẢ HỆ THỐNG VÀ THIẾT KẾ HÀM LOGIC 2.1.Phân tích chọn biến vào 2.2 Mô tả hệ thống thiết kế hàm logic………………………………………….6 PHẦN 3: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, CHỌN THIẾT BỊ……………… 11 3.1 Chọn thiết bị………………………………………………………………… 11 3.2 Chọn PLC…………………………………………………………………….16 3.3 Đặt địa chỉ…………………………………………………………………….23 3.4 Thiết kế sơ đồ nguyên lý…………………………………………………… 24 PHẦN 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN……………………………………………26 4.1 Chương trình điều khiển…………………………………………………… 27 PHẦN 5: THUYẾT MINH NGUYÊN LÝ, CHẠY THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ…… 29 5.1 Thuyết minh nguyên lý………………………………………………………29 5.2 Chạy thử…………………………………………………………………… 29 PHẦN 1: PHÂN TÍCH YÊU CẦU VÀ PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN 1.1 Phân tích u cầu cơng nghệ Khi ấn nút start, piston xuống dừng lại phát cảm biến để giữ kim loại Sau piston xuống để uốn kim loại vào khn uốn, hành trình piston phát cảm biến, sau piston thu piston chạy sang bên phải để uốn kim loại định hình vào khn, hành trình piston phát cảm biến Sau piston thu về, piston thu piston thu vị trí ban đầu 1.2 Lựa chọn phương án thực Giả thiết phôi kim loại thép dài mỏng, có khối lượng khoảng Để xây dựng hệ thống thực chức uốn thép này, cần có trang thiết bị phục vụ cho hệ thống: Xylanh khí nén: Xylanh dạng cấu vận hành có chức biến đổi lượng tích lũy khí nén thành động cung cấp cho chuyển động Sử dụng loại xylanh tác động cho xylanh Van điều hướng khí nén: Từ loại xylanh tác động, ta dùng van điều hướng khí nén 5/2, để sử dụng Động bơm khí: Để cấp khí cho xylanh ta dùng máy nén khí kiểu piton, có sử dụng động điện để nén khí, để đảm bảo hoạt động tin cậy, điều chỉnh dễ dàng tốc độ, dừng xác, chọn động khơng đồng roto dây quấn làm động bơm khí Thiết bị cảm biến: Cảm biến hành trình xi lanh hay gọi sensor từ dùng để cảm biến vị trí xilanh khí nén Với hệ thống dùng loại cảm biến SMC Nút ấn: Sử dụng nút start tiếp điểm thường mở, có màu xanh Sử dụng nút stop tiếp điểm thường đóng, có màu đỏ Bảo vệ ngắn mạch Dùng cầu chì aptomat để bảo vệ ngắn mạch cho động PHẦN PHÂN TÍCH CHỌN BIẾN VÀO/ RA, MƠ TẢ HỆ THỐNG VÀ THIẾT KẾ HÀM LOGIC 2.1.Phân tích chọn biến vào -Từ phân tích u cầu cơng nghệ mục ta xác định hệ thống gồm biến sau : a.Biến vào : +Start(m) : +m=1 ấn nút +m=0 không ấn nút +Cảm biến (C1) : +C1=1 piston vị trí đầu +C1=0 piston khơng vị trí đầu +Cảm biến (C2) : +C2=1 piston vị trí giữ phơi +C2=0 piston khơng vị trí giữ phơi +Cảm biến (C3) : +C3=1 piston vị trí ban đầu +C3=0 piston khơng vị trí ban đầu +Cảm biến (C4) : +C4=1 piston vị trí uốn phơi +C4=0 piston khơng vị trí uốn phơi +Cảm biến (C5) : +C5=1 piston vị trí ban đầu +C5=0 piston khơng vị trí ban đầu +Cảm biến (C6) : +C6=1 piston vị trí uốn phơi +C6=0 piston khơng vị trí uốn phơi b.Biến : Y1: Điều khiển Piston xuống Y2: Điều khiển Piston lên Y3: Điều khiển Piston xuống Y4: Điều khiển Piston lên Y5: Điều khiển Piston Y6: Điều khiển Piston vào 2.2 Mô tả hệ thống thiết kế hàm logic 2.2.1 Lưu đồ hành trình bước : Trong cấu chấp hành, nét liền mảnh nằm ngang thể vị trí cấu chấp hành phía ngồi (xylanh ra) nét liền mảnh phía thể cấu chấp hành phía (xylanh vào) 2.2.2 Các phương pháp mô tả hệ thống Để mô tả hệ thống sử dụng mạch logic trình tự Các phương pháp mơ tả mạch logic trình tự: a Phương pháp bảng chuyển trạng thái Bảng gồm có số hàng số trạng thái hệ số cột số tổ hợp biến vào + Trạng thái mệnh đề mô tả nguyên công trình làm việc hệ + Biến vào tín hiệu từ người điều khiển thiết bị chương trình cơng nghệ + Bảng đầu ra: Các hàng trạng thái cột tín hiệu vào, giao hàng tổ hợp biến vào ghi trạng thái đích, cịn giao hàng với cột đầu ghi kết đầu trạng thái b Phương pháp đồ hình + Đồ hình Menly Gồm đỉch trạng thái hệ cung đích hướng, cung ghi biến tác động kết hàm chịu tác động biến + Đồ hình MORE Các đỉnh trạng thái giá trị trạng thái cung ghi biến tác động c Phương pháp lưu đồ thuật toán + Phương pháp giản đồ thời gian + Phương pháp GRAFCET => Căn vào yêu cầu tốn qua phân tích phương pháp ta dùng phương pháp để mơ tả hệ thống phương pháp GRAFCET - Xác định trạng thái: TT1: Trạng thái không hoạt động TT2: Piston xuống để kẹp chặt phôi sau bấm nút Start(m) TT3: Piston xuống để uốn phôi TT4: Piston trở vị trí ban đầu TT5 : Piston vào để định hình phơi TT6: Piston trở vị trí ban đầu TT7: Piston trở vị trí ban đầu, hồn thành sản phẩm Sử dụng biến trung gian mã hóa cho trạng thái: Q0, Q1, Q2, Q3, Q4, Q5,Q6, Q7 mã hóa cho trạng thái TT1, TT2, TT3, TT4, TT5, TT6, TT7 GRAFCET - Hàm vào: + + SQ1=Q7.C1 RQ1=Q2 SQ2=Q1.m RQ2=Q3 + SQ3=Q2.C2 RQ3=Q4 + SQ4=Q3.C4 RQ4=Q5 + SQ5=Q4.C3 RQ5=Q6 + SQ6=Q5.C6 RQ6=Q7 + SQ7=Q6.C5 RQ7=Q1 Hàm ra: + + + + + + Y1=Q2 Y2=Q7 Y3=Q3 Y4=Q4 Y5=Q5 Y6=Q6 PHẦN 3: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, CHỌN THIẾT BỊ 3.1 Chọn thiết bị 10 CPU: (Central Processing Unit) đơn vị xử lý trung tâm Nó vi xử lý mà kết hợp với hoạt động hệ thống PLC CPU thi hành chương trình xử lý tín hiệu I/O nối trực tiếp đến thiết bị I/O thông qua tuyến đường dây thích hợp bên PLC Thiết bị lập trình: Đây tảng mà chương trình logic điều khiển viết Nó thiết bị cầm tay máy tính xách tay máy tính chun dụng Nguồn cung cấp: Nó thường hoạt động nguồn cung cấp điện khoảng 24 V, sử dụng để cung cấp lượng đầu vào đầu Bộ nhớ: Bộ nhớ chia thành hai phần – Bộ nhớ liệu nhớ chương trình Thơng tin chương trình logic điều khiển lưu trữ nhớ người dùng nhớ chương trình từ nơi CPU tìm nạp lệnh chương trình Tín hiệu đầu vào đầu tín hiệu định thời đếm lưu trữ nhớ hình ảnh đầu vào đầu tương ứng 3.2.1.3 Hoạt động PLC Về bản, hoạt động PLC đơn giản Đầu tiên, hệ thống cổng vào/ra (Input/Output) (còn gọi Module xuất/nhập) dùng để đưa tín hiệu từ thiết bị ngoại vi vào CPU (như sensor, contact, tín hiệu từ động …) Sau nhận tín hiệu đầu vào CPU xử lý đưa tín hiệu điều khiển qua môđun xuất thiết bị điều khiển 17 Các nguồn đầu vào chuyển đổi tín hiệu điện tương tự thời gian thực sang tín hiệu điện kỹ thuật số phù hợp tín hiệu đưa đến PLC thơng qua đường ray kết nối Các tín hiệu đầu vào lưu trữ nhớ hình ảnh bên ngồi PLC vị trí gọi bit Điều thực CPU Logic điều khiển lệnh chương trình ghi lên thiết bị lập trình thơng qua ký hiệu thơng qua phép nhớ lưu trữ nhớ người dùng CPU lấy lệnh từ nhớ người dùng thực thi tín hiệu đầu vào cách thao tác, tính tốn, xử lý chúng để điều khiển thiết bị đầu 18 Kết thực sau lưu trữ nhớ hình ảnh bên ngồi để điều khiển thiết bị đầu CPU giữ kiểm tra tín hiệu đầu tiếp tục cập nhật nội dung nhớ hình ảnh đầu vào theo thay đổi nhớ đầu CPU thực chức lập trình nội cài đặt đặt lại hẹn giờ, kiểm tra nhớ người dùng 3.2.2 PLC Mitsubishi FX3G-40M Dịng PLC FX3G-40M tích hợp đếm lên đến 32Kb bước lệnh cho dòng tiêu chuẩn, tốc độ xử lý lệnh đơn logic thời gian 0.21µs Thêm vào đó, cho phép xử lý số thực ngắt Việc lập trình FX3G đơn giản nhờ vào thực thi thông qua đồng thời cổng truyền thông tốc độ cao RS422 & USB Còn với dòng FX3G ngõ kiểu Transistor cho phép phát xung độc lập ngõ lên đến 10KHz, nhà sản 19 xuất tích hợp cải tiến nhiều tập lệnh điều khiển vị trí Chức cho phép cài đặt mật truy cập phân quyền theo người sử dụng Ngoài ra, việc kết nối mở rộng thông qua bus bên trái bên phải cho phép kết nối mở rộng khối chức đặc biệt như: Analog/truyền thông nối mạng,… để đạt hiệu suất làm việc tốt Những tính - Số I/O linh hoạt: 14/24/40/60 I/O - Tập lệnh điều khiển vị trí linh hoạt mạnh mẽ, cho phép phát xung tối đa lên đến 100KHz trục độc lập (40/60 I/O) - Bộ nhớ đến 32Kb - Cổng lập trình giao tiếp USB RS422 giúp tăng tốc cho việc lập trình, giám sát gỡ lỗi - Tích hợp đếm tốc độ cao 60Hz x kênh 10KHz x kênh - Cho phép kết nối board đồng thời, mở rộng thêm tính phụ - Tương thích với hầu hết module mở rộng hệ trước - Điều khiển đồng thời nhiều biến tần qua mạng RS485 Với tính phân tích xuất phát từ yêu cầu công nghệ hệ thống Piston khí nén biến vào, biến ra: 3.2.3 PLC S7-200 S7–200 thiết bị điều khiểu khả trình loại nhỏ hãng Siemens, có cấu trúc theo kiểu Modul có Modul mở rộng, Modul sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác Thành phần S7 – 200 khối vi xử lý CPU214 20 CPU224 Về hình thức bên ngoài, khác hai loại CPU nhận biết nhờ số đầu vào/ nguồn cung cấp CPU 214 có 14 cổng vào, 10 cổng có khả mở rộng thêm Modul mở rộng CPU 214 bao gồm: - 2048 từ đơn (4K byte) thuộc miền nhớ đọc/ ghi non – volatile để lưu chương trình (vùng nhớ có giao diện với EEPROM) - 2048 từ đơn (4K byte) kiểu đọc/ ghi để lưu liệu, 512 từ đầu thuộc miền nhớ non – volatile 14 cổng vào 10 cổng logic có Modul để mở rộng thêm cổng vào/ bao gồm Modul analog Tổng số cổng vào/ cực đại 64 cổng vào 64 cổng 128 đếm chia làm loại: đếm tiến vừa đếm tiến vừa đếm lùi 388 bit nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạn g thái đặt chế độ làm việc Các chế độ ngắt vá xử lý ngắt bao gồm : -Ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên xuống, ngắt thời gian, ngắt đếm tốc độ cao ngắt truyền xung đếm tốc độc cao với nhịp 2Khz Khz phát xung nhan cho dãy xung kiểu Pto kiểu PWM điều chỉnh tương tự Toàn vùng nhớ không bị liệu khoảng thời gian 190h PLC bị nguồn nuôi 21 CPU 224 gồm: + Kích thước : 120.5mm 80mm 62mm + Dung lượng nhớ chương trình: 4096 words + Dụng lượng nhớ liệu: 2560 words + Bộ nhớ loại EEFROM Có 14 cổng vào, 10 cổng Có thể thêm vào 14 modul mở rộng kể modul analog Tốc độ xử lý lệnh logic boole 0,37µs Có 256 timer, 256 counter, hàm số học số nguyên số thực Có đếm tốc độ cao, tần số đếm 20 KHz Có phát xung nhanh kiểu PTO PWM, tần số 20 KHz CPU DC Có hai điều chỉnh tương tự Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thơng Đồng hồ thời gian thực Chương trình bảo vệ password Tồn dung lượng nhớ khơng bị liệu 190 PLC điện 3.1.4 Kết luận chọn PLC Xuất phát từ yêu cầu cơng nghệ hệ thống Piston khí nén bi ến vào, biến ra: => Ta chọn PLC Mitsubishi FX3G-40M 22 3.3 Đặt địa Bảng gán địa thiết bị sử dụng hệ thống : Địa STT Thiết bị Tên biến Nút ấn Start m X000 Cơng tắc hành trình vị trí Piston C1 X001 Công tắc hành trình vị trí Piston C2 X002 Cơng tắc hành trình vị trí Piston C3 X003 Cơng tắc hành trình vị trí Piston C4 X004 Cơng tắc hành trình vị trí Piston C5 X005 Cơng tắc hành trình vị trí Piston C6 X006 Van điều khiển Piston Y1 Y001 Van điều khiển vào Piston Y2 Y002 10 Van điều khiển Piston Y3 Y003 11 Van điều khiển Piston Y4 Y004 12 Van điều khiển Piston Y5 Y005 13 Van điều khiển Piston Y6 Y006 3.5 PLC Thiết kế sơ đồ nguyên lý 23 Sơ đồ đấu nối PLC 24 Sơ đồ cung cấp khí PHẦN 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Trong phần ta gán địa cho nút ấn, cơng tắc hành trình, cấu chấp hành, biến thời gian biếm đếm Để lập trình toàn hệ thống ta cần đặt địa cho biến trạng thái biến đếm cụ thể sau: 25 - Gán địa cho biến trạng thái, biến đếm: + Q1 biến mã hóa là: M1 + Q2 biến mã hóa là: M2 + Q3 biến mã hóa là: M3 + Q4 biến mã hóa là: M4 + Q5 biến mã hóa là: M5 + Q6 biến mã hóa là: M6 + Q7 biến mã hóa là: M7 4.1 Chương trình điều khiển: 26 27 PHẦN 5: THUYẾT MINH NGUYÊN LÝ, CHẠY THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ 28 5.1 Thuyết minh nguyên lý Khi cấp nguồn chưa ấn nút Start (m) piston vị trí ban đầu (vị trí về) Khi ấn Start (m), hệ thống bắt đầu hoạt động, pistin chạy xuống kẹp phôi, piston tác động vào cảm biến C2, cảm biến C2 làm cho piston dừng lại vị trí đó, đồng thời tác động làm cho piston chạy Piston chạy uốn vng góc phơi tác động vào cảm biến C4, cảm biến C4 tác động vào piston 2, piston chạy Khi piston tác động vào cơng tắc hành trình C3, làm cho piston di chuyển để uốn phôi vào khuôn Khi piston chạy uốn phôi tác động công tắc hành trình C6, điều khiến cho piston chạy Khi piston chạy tác động vào cảm biến C5, lúc Piston chạy piston chạm vào cảm biến C1 chu trình hồn thành 5.2 Chạy thử Chạy thử chương trình chế độ simulation (mơ phỏng): Khi xung khởi tạo M8002 bật ON tương ứng trình quét chương trình PLC Lúc trạng thái Q1(M1) set lên Khi ấn nút Start m(X00=1) từ trạng thái Q1 Q2(M2) set lên 29 Q2 set=1 Y1 set lên => Piston xuống để kẹp Khi cảm biến C2 tác động (X002=1) => từ trạng thái Q2 Q3 set lên (M3=1) Khi Q3 set (M3=1) Y3 set lên => Piston xuống để uốn phôi Khi cảm biến C4 tác động (X004=1) từ trạng thái Q3 Q4 set lên (M4=1) Q4 set Y4 set lên => Piston thụt vị trí ban đầu Khi cảm biến C3 tác động (X004=1) từ trạng thái Q4, Q5 set lên (M5=1) 30 Q5 set (M5=1) Y5 set lên => Piston để uốn phôi Cảm biến C6 tác động (X006=1) từ trạng thái Q5, Q6 set lên (M6=1) Khi Q6 set lên Y6 set lên => Piston thụt vị trí ban đầu Cảm biến C5 tác động (X005=1) từ trạng thái Q6, Q7 set=1 (M7=1) Q7 set lên Y2 set lên => Piston thụt vị trí ban đầu kết thúc chu trình Kết luận: Hệ piston khí nén chạy yêu cầu công nghệ 31 ... khơng vị trí uốn phơi b.Biến : Y1: Điều khiển Piston xuống Y2: Điều khiển Piston lên Y3: Điều khiển Piston xuống Y4: Điều khiển Piston lên Y5: Điều khiển Piston Y6: Điều khiển Piston vào 2.2 Mô... van điều hướng khí nén Với hệ thống này, lựa chọn van điều hướng khí nén 5/2 có cuộn hút để điều khiển xylanh Van khí nén 5/2 có cổng vị trí và, kích hoạt điều khiển điện, thường dùng để điều khiển. .. C6 X006 Van điều khiển Piston Y1 Y001 Van điều khiển vào Piston Y2 Y002 10 Van điều khiển Piston Y3 Y003 11 Van điều khiển Piston Y4 Y004 12 Van điều khiển Piston Y5 Y005 13 Van điều khiển Piston