Giáo trình Hệ thống tự động hóa công nghiệp (Ngành Điện công nghiệp và dân dụng)

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP NGÀNH: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP VÀ DÂN DỤNG TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP THƠNG TIN CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Họ tên: Đỗ Hữu Nhân Học vị: Thạc sỹ Đơn vị: Khoa Điện – Tự động hóa Email: dohuunhan@hotec.edu.vn TRƯỞNG KHOA TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Đỗ Hữu Nhân HIỆU TRƯỞNG DUYỆT Tháng 7, năm 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình xây dựng biên soạn sở chương trình đào tạo nghề bậc học Trung cấp Tổng cục dạy nghề phê duyệt Giáo trình biên soạn gắn liền với tính thực tế, tính khoa học hướng đến liên thơng tiệm cận khu vực dùng để giảng dạy sinh viên trình độ Trung cấp Nội dung giáo trình gồm chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa cơng nghiệp Chương 2: Hoạt động hệ thống tự động hóa CN Chương 3: Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì sửa chữa hệ thống tự động hóa cơng nghiệp Giáo trình biên soạn sở người học học qua môn kỹ thuật khí nén, kỹ thuật lập trình PLC, trang bị điện Để thuận tiện người học cuối có phần câu hỏi tập áp dụng để người học dễ dàng tiếp cận vận dụng Trong suốt thời gian biên soạn giáo trình khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến từ đồng nghiệp, người đọc để giáo trình hồn thiện Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 07 năm 2020 Chủ biên Đỗ Hữu Nhân DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CHỮ CÁI VIẾT TẮT CỤM TỪ ĐẦY ĐỦ CN Công nghiệp HT Hệ thống TĐH Tự động hóa ĐKTĐ Điều khiển tự động MỤC LỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TỔNG QUAN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CN 1.1 Khái niệm hệ thống tự động hóa cơng nghiệp 1.2 Các phần tử hệ thống tự động hóa cơng nghiệp 1.2.1 Vị trí, vai trò phần tử hệ thống tự động hóa cơng nghiệp 1.2.2 Cấu tạo, chức phần tử hệ thống tự động hóa CN 1.3 Các yêu cầu điều khiển hệ thống tự động hóa công nghiệp 16 1.4 Nhận dạng, phân tích chức hoạt động phần tử HT TĐH CN 16 CHƯƠNG 2: HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CN 18 2.1 Tổng quan công cụ mô tả hoạt động hệ thống TĐH CN 18 2.2 Công cụ mô tả hoạt động hệ thống tự động hóa cơng nghiệp 19 2.2.1 Ngơn ngữ lập trình GRAFCET – thành phần 19 2.2.2 Bài tập ví dụ xây dựng biểu đồ Grafcet cho hệ thống Distributing 25 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, BẢO TRÌ VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP 27 3.1 Phương pháp lắp ráp hệ thống tự động hóa cơng nghiệp 27 3.2 Lắp ráp vận hành hệ thống 35 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP Mã mơn học: MH2102329 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Trước học mơn học cần hồn thành mơn học sở số môn ho ̣c chuyên mơn: kỹ thuật khí nén, kỹ thuật lập trình PLC, trang bị điện - Tính chất: Là mơn học tích hợp chuyên ngành Điện công nghiệp Dân dụng Mục tiêu môn học/mô đun: - Về kiến thức: + Mô tả cấu tạo hoạt động hệ thống tự động hóa cơng nghiệp + Phân tích chức hoạt động phần tử hệ thống tự động hóa cơng nghiệp + Triǹ h bày cấ u ta ̣o và chức hoạt động của hệ thống tự động hóa cơng nghiệp - Về kỹ năng: + Nhận dạng vị trí phần tử hệ thống tự động hóa cơng nghiệp + Xây dựng lưu đồ điều khiển mô tả hoạt động hệ thống tự động hóa cơng nghiệp + Thiết lập cấu hình giao tiếp máy tính PLC cho hệ thống tự động hóa cơng nghiệp + Lắp ráp kiểm tra hoạt động phần tử hệ thống + Lập trình điều khiển hệ thống tự động hóa cơng nghiệp + Vận hành kiểm tra hoạt động hệ thống + Tìm sửa lỗi cho hệ thống tự động hóa cơng nghiệp - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Thể tính chặt chẽ xác + Thể tư phản biện + Thể tinh thần độc lập, sáng tạo Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa công nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP Giới thiệu: Chương giới thiệu tổng quan hệ thống tự động hóa cơng nghiệp thành phần hệ thống tự động hóa cơng nghiệp Mục tiêu: + Mơ tả cấu tạo hệ thống tự động hóa cơng nghiệp + Xác định chức thành phần hệ thống + Thể tính chặt chẽ xác + Thể tư phản biện + Thể tinh thần độc lập, sáng tạo Nội dung chính: 1.1 Khái niệm hệ thống tự động hóa cơng nghiệp Đặc trưng hệ thống tự động hóa cơng nghiệp khơng có can thiệp người trình hoạt động Sơ đồ tổng quát hệ thống tự động hóa cơng nghiệp mơ tả sau: Hình 1.1 Sơ đồ tổng qt hệ thống tự động hóa cơng nghiệp Khối chấp hành: Bao gồm hệ thống dẫn dộng Mục đích hệ thống dẫn động hệ thống sản xuất tự động nhằm thực chức cơng tác q trình sản xuất Có thể phân hệ dẫn động theo dạng dực sở nguồn lượng dẫn động điện dẫn động thuỷ lực hay khí nén Khối điều khiển: Khối điều khiển nơi thực nhiệm vụ nhận thông tin từ vật mang tin chuyển thành lệnh để điều khiển khối chấp hành, đồng thời giám KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa cơng nghiệp sát hoạt động khối chấp hành thông qua cảm biến để điều chỉnh hệ thống hoạt động ổn định cách kịp thời chuẩn xác Khối điều khiển có dạng hệ điều khiển cứng hệ điều khiển lập trình 1.2 Các phần tử hệ thống tự động hóa cơng nghiệp 1.2.1 Vị trí, vai trị phần tử hệ thống tự động hóa cơng nghiệp Khối điều khiển: + Hệ điều khiển cứng hệ hoạt động theo chương trình mà người thiết kế lắp đặt Khi cần thay đổi số hoạt động hệ thống phải điều chỉnh thay số phần tử, chí phải thay toàn hệ thống khác + Hệ điều khiển lập trình hệ cho phép người ta đưa vào vi xử lý, tính tốn số học, logíc nội suy vào khối điều khiển nhằm mục đích điều khiển trình hoạt động thiết bị cách linh hoạt việc thay đổi chương trình hoạt động máy móc, thiết bị theo cơng nghệ yêu cầu nhờ thay đổi chương trình sở vật chất có Ví dụ điều khiển khả trình PLC sử dụng cơng nghiệp, hệ thống điều khiển số máy công cụ CNC, trung tâm gia công, Robot hệ thống DNC, CIM Van dẫn động: Mục đích van sử dụng tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển có cơng suất nhỏ để thực chức đóng mở dẫn động có cơng suất lớn Đặc điểm van có nhiều kiểu khác nhăunhng yêu cầu phải có tác động nhanhvà nhạy với tín hiệu điều khiển Tuỳ theo hệ dẫn động mà sử dụng các loại van tương ứng Đối với dẫn động điện, thường Rơle, Cơng tắc tơ khởi động từ Đối với dẫn động thuỷ khí thường sử dụng loại van Solenoid, van trượt, van quay điều khiển Cảm biến: Mục đích cảm biến giám sát hoạt động dẫn động cấu chấp hành để nhận đại lượng vật lý thực trình hoạt động biến đổi thành đại lượng điều khiển (đại lượng điện) để cung cấp cho khối điều khiển nhằm điều khiển hệ thống cách ổn định xác Tuỳ thuộc vào q trình cơng nghệ mà lựa chọn loại cảm biến cho thích hợp với đại lượng cần xác định 1.2.2 Cấu tạo, chức phần tử hệ thống tự động hóa cơng nghiệp 1.2.2.1 Đối tượng điều khiển a Đối tượng điều khiển động Động DC: loại động sử dụng nguồn điện DC, với loại động có đặc tính ngẫu lực lớn, dễ điều khiển… Động AC: sử dụng nguồn điện AC loại thông dụng với động không đồng dạng pha pha, loại thường điều khiển dùng biến tần Động khí nén: ĐC khí nén biến đổi lượng khí thành lượng b Đối tượng điều khiển xylanh Xy lanh thiết bị dùng để biến đổi lượng hay động thành KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa cơng nghiệp lượng học – chuyển động thẳng xoay Xy lanh chia làm loại: Xy lanh chuyển động tịnh tiến xylanh chuyển động quay (< 360o) Xy lanh chuyển động tịnh tiến: + Xy lanh tác động đơn: Xy lanh tác động phía cung cấp khí nén phía Như cho hành trình làm việc chiều Hành trình ngược lại piston thực lị xo lực ngồi Cho nên khí nén cần thiết cho việc di chuyển chiều Trong xy lanh tác động phía phản hồi lị xo, hành trình hàm theo độ dài lò xo Thường xy lanh tác động phía hành trình khơng vượt q 100mm Như sử dụng chúng giới hạn công việc đơn giản như: siết chặt, đẩy ra, nâng lên, lắp vào chi tiết, cấp chuyển động + Xylanh tác động kép: Nguyên tắc hoạt động xylanh tác động kép áp suất khí nén dẫn vào phía Xy lanh tác động phía sử dụng rộng rãi nhiều ứng dụng: nâng vật, siết chặt, ứng dụng dây chuyền tự động phân loại sản phẩm, dán nhãn, đóng mở van… + Xylanh tác động chiều: + Xy lanh cần: 1.2.2.2 Khối điều khiển thiết bị Trong hệ thống tự đơng hóa cơng nghiệp, Khối điều khiển thiết bị (đối tượng điều khiển) thành phần quan trọng, định đến kết q trình điều khiển Các điều khiển mạch điện tử đơn giản (dùng linh kiện điện tử, IC số, vi điều khiển…) đến lập trình tích hợp sẵn (Logo, PLC…) điều khiển thường thiết kế để kết nối với máy tính hai hình HMI để giao tiếp việc điều khiển giám sát KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa cơng nghiệp Hình 1.2 Mơ hình hệ thống điều khiển băng tải dùng PLC 1.2.2.3 Cảm biến Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý đại lượng tính chất điện cần đo thành đại lượng điện đo xử lý Các đại lượng cần đo (m) thường khơng có tính chất điện (nhiệt độ, áp suất…) tác động lên cảm biến cho ta đặc trưng (s) mang tính chất điện (điện áp, dịng điện, trở kháng…) chứa đựng thơng tin cho phép ta xác định giá trị đại lượng điện đó, đặc trưng (s) hàm đại lượng cần đo (m) Ta có s = F(m) Người ta gọi (s) đại lượng đầu phản ứng cảm biến, (m) đại lượng đầu vào hay gọi kích thích Thơng qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị (m) Các loại cảm biến thông dụng:         Cảm biến tiệm cận Cảm biến quang Cảm biến màu sắc Cảm biến thông minh Cảm biến sợi quang Cảm biến lực căng áp suất Cảm biến nhiệt Cảm biến siêu âm… a Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor) Đặc điểm: + Phát vật không cần tiếp xúc + Tốc độ đáp ứng cao + Ðầu cảm biến nhỏ lắp nhiều nơi, sử dụng môi trường khắc nghiệt KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA Chương – Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì sửa chữa HT TĐH công nghiệp - Bấm chọn PLC_1 > Device view > sửa địa DI16/DO16_1 hình 3.1.5 Lập trình điều khiển hệ thống - Bạn vào PLC tags > chọn Show all tags đánh Name Address vào - Khai báo PLC tags tất - Tại thẻ Device > chọn Program blocks > double click vào Main[OB1] KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 27 Chương – Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì sửa chữa HT TĐH công nghiệp … c Mô phần mềm S7 PLC SIM - Xong ấn > Vào Start > Program > Mở phần mềm S7 PLC SIM lên KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 28 Chương – Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì sửa chữa HT TĐH công nghiệp - Chọn biểu tượng Download - Bấm vào biểu tượng monotoring on/off KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HĨA để xem mơ 29 Chương – Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì sửa chữa HT TĐH cơng nghiệp 3.2 Lắp ráp vận hành hệ thống 3.2.1 Lập kế hoạch lắp ráp phần tử Bước 1: Chuẩn bị dụng cụ vật tư, thiết bị để lắp hệ thống theo yêu cầu kỹ thuật Bước 2: Lập quy trình lắp ráp kiểm tra hoạt động phần tử khí hệ thống Bước 3: Lập quy trình lắp ráp kiểm tra hoạt động phần tử khí điện HT Bước 4: Lập quy trình điều khiển cho hệ thống theo yêu cầu kỹ thuật Bước 5: Lập quy trình bước nạp chương trình vào PLC kiểm tra hoạt động hệ thống so với yêu cầu kỹ thuật 3.2.2 Lắp ráp phần tử khí a Quy trình lắp ráp Chi tiết Hình ảnh thực tế Bước 1: Lắp rây Chú ý an toàn Bước 2: Lắp I/O terminal KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 30 Chương – Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì sửa chữa HT TĐH cơng nghiệp Bước 3: Lắp cảm biến áp suất Chú ý an toàn Bước 4: Lắp cụm van khí Bước 5: Lắp đế Bước 6: Lắp tay quay Chú ý an toàn KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 31 Chương – Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì sửa chữa HT TĐH cơng nghiệp Bước 7: Lắp nguồn khí Bước 8: Lắp xử lí tính hiệu cảm biến Chú ý an toàn Bước 9: Lắp ụ chứa Chú ý an tồn Bước 10: Kết nối khí (ống khí nén) kết nối điện (I/O terminal) theo sơ đồ Chú ý an tồn, mối nối khí KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 32 Chương – Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì sửa chữa HT TĐH cơng nghiệp 3.2.3 Lắp ráp phần tử khí nén Lắp đặt mạch khí nén theo sơ đồ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 33 Chương – Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì sửa chữa HT TĐH cơng nghiệp 3.2.4 Lắp ráp phần tử điện Lắp đặt cảm biến vào I/O terminal (input) theo sơ đồ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 34 Chương – Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì sửa chữa HT TĐH công nghiệp Lắp đặt van điện khí nén vào I/O terminal (ouput) theo sơ đồ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 35 Chương – Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì sửa chữa HT TĐH cơng nghiệp 3.2.5 Viết chương trình điều khiển hệ thống b Khai báo địa ngõ vào ngõ (Tag Table) Địa đầu vào (IN) DI DI DI DI DI DI DI DI 10 DI 11 DI 12 DI 13 Chú thích Xylanh đẩy phơi vị trí ngồi Xylanh đẩy phơi vị trí rút Tay quay đến vị trí hút Tayphơi quay vị trí nhả phơi Đặt vị trí hút phơi Nút nhấn Start Nút nhấn Stop (NC) Công tắc chọn chế độ AUTO/MAN Nút nhấn Reset Địa đầu (OUT) Chú thích DO DO Cấp phơi Hút phơi DO Nhả phôi DO DO Tay quay vị trí hút phơi Tay quay vị trí nhả phôi DO 10 DO 11 (H1) Đèn Start (H2) Đèn Reset c Lập trình điều khiển hệ thống theo phương pháp Chương trình điều khiển theo phương pháp (chương trình mẫu – tham khảo) Network 1: KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 36 Chương – Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì sửa chữa HT TĐH công nghiệp Network 2: Network 3: Network 4: Network 5: Network 6: KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 37 Chương – Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì sửa chữa HT TĐH cơng nghiệp Network 7: Network 8: Network 9: KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 38 Chương – Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì sửa chữa HT TĐH công nghiệp 3.2.6 Vận hành hệ thống b Vận hành Bước Nội dung công việc Mô phần mềm PLCSIM Kết nối cáp, load chương trình PLC Vận hành hệ thống Hiệu chỉnh chương trình (nếu có) Ghi Tác động ngõ vào theo lưu đồ vận hành Chương trình đổ vào hệ thống PLC Vận hành theo lưu đồ Hiệu chỉnh chương trình (nếu khơng lưu đồ vận hành) 3.3 Phương pháp bảo trì sửa chữa hệ thống hệ thống tự động hóa cơng nghiệp 3.3.1 Lập kế hoạch bảo trì sửa chữa 3.3.2 Kiểm tra hệ thống Sử dụng hộp mô phỏng, đặt phôi vào ụ chứa phôi, kết nối hộp mô với I/O terminal kết nối nguồn 24VDC cho hộp mô Kiểm tra ngõ vào hệ thống ghi kết vào bảng OUTPUT Xylanh cấp phôi thu (DO = 1) Xylanh cấp phôi đẩy (DO = 0) Tay quay vị trí hút phơi (DO = 1, DO = 0) Tay quay vị trí nhả phơi (DO = 0, DO = 1) Hút sản phẩm (DO = 1, DO = 0) Nhả sản phẩm (DO = 0, DO = 1) INPUT Xylanh đẩy phơi vị trí ngồi (DI = 1) Xylanh đẩy phơi vị trí rút (DI = 1) Tay quay đến vị trí hút phơi (DI = 1) Tay quay vị trí nhả phơi (DI = 1) Đặt vị trí hút phơi (DI = 1) KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA Kết Kết 39 Chương – Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì sửa chữa HT TĐH cơng nghiệp 3.3.3 Tìm sửa lỗi hệ thống Các sai hỏng thường gặp biện pháp sửa lỗi vận hành hệ thống TT Dạng sai hỏng Nguyên nhân Cảm biến không tác động Ánh sáng tác động Tải đầu không hoạt động Xuất sai địa điều Kiểm tra lại kết cấu khiển ngõ phần cứng I/O Đèn đỏ SF PLC sáng Dowload bị lỗi Cơ cấu khí nén khơng hoạt Chưa cấp nguồn khí động có tín hiệu Lỗi cấu hình sai Sai truyền thông PC PLC Khắc phục Chỉnh lại biến trở cảm biến Cấu hình lại PLC Đặt lại truyền thơng Cấp nguồn khí BÀI TẬP CHƯƠNG BÀI TẬP 3.1 Vận hành, bảo trì sửa chữa hệ thống hoạt động trạm Processing Yêu cầu học sinh thiết lập lưu đồ điều khiển vận hành kiểm tra hoạt động hệ thống BÀI TẬP 3.2 Vận hành, bảo trì sửa chữa hệ thống hoạt động trạm Testing Yêu cầu học sinh thiết lập lưu đồ điều khiển vận hành kiểm tra hoạt động hệ thống BÀI TẬP 3.3 Vận hành, bảo trì sửa chữa hệ thống hoạt động trạm Handling Yêu cầu học sinh thiết lập lưu đồ điều khiển vận hành kiểm tra hoạt động hệ thống BÀI TẬP 3.4 Vận hành, bảo trì sửa chữa hệ thống hoạt động trạm Sorting Yêu cầu học sinh thiết lập lưu đồ điều khiển vận hành kiểm tra hoạt động hệ thống KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Richard C.Dorf, Robert H.Bishop, Modern Control System, Tenth Edition, Pearson Prentice Hall, 2005 [2] TRẦN THU HÀ, Giáo trình tự động hóa cơng nghiệp với S7 Protool, Hồng Đức, 2015 ... quan hệ thống tự động hóa cơng nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP Giới thiệu: Chương giới thiệu tổng quan hệ thống tự động hóa cơng nghiệp thành phần hệ thống tự động hóa. .. chính: 1.1 Khái niệm hệ thống tự động hóa công nghiệp Đặc trưng hệ thống tự động hóa cơng nghiệp khơng có can thiệp người trình hoạt động Sơ đồ tổng quát hệ thống tự động hóa cơng nghiệp mơ tả sau:... 1.1 Trình bày vai trò phần tử hệ thống tự động hóa cơng nghiệp Câu hỏi 1.2 Nêu vai trò chức cảm biến thường dùng hệ thống tự động hóa KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 11 Chương 2: Hoạt động hệ thống tự động