2.5.1. Cấu tạo – nguyên lý – ứng dụng
Để phân loại các loại van điện từ khí nén thì người ta căn cứ vào số cửa, số vị trí, điện áp của cuộn coil van điện từ (gồm điện áp 24V và điện áp 220V). Vì vậy, van 5/2 được định nghĩa là van có 5 cửa và 2 vị trí.
Tìm hiểu về van khí nén 5/2
1. Cấu tạo van điện từ khí nén 5/2
Sản phẩm có cấu tạo gồm 2 phần chính là phần coid điện và phần thân van. Cụ thể:
• Phần coil điện: Là nơi tiếp nhận nguồn điện từ bên ngoài, cho phép van hoạt động. Tùy nguồn điện mà có thể chọn loại coil điện cho phù hợp: nguồn AC hoặc nguồn DC24V, 220V,…
• Phần thân van: Cấu tạo gồm 5 cửa và 2 vị trí, trên thân van có lỗ bắt vít vào bộ truyền động khí nén. 1 lỗ đầu vào đảm nhiệm chức năng tiếp nhận khí nén, 1 lỗ đầu ra có nhiệm vụ chuyển hóa khí nén quay vòng.
2. Nguyên lý hoạt động van 5/2 khí nén
Nếu muốn sử dụng van điện từ khí nén 5/2 vào thực tế cuộc sống thì việc nắm vững nguyên lý hoạt động của nó là vô cùng quan trọng.
Nó giúp người dùng biết được sản phẩm có thể ứng dụng cụ thể ở lĩnh vực, hệ thống nào. Nguyên lý làm việc của nó như sau:
Van được thiết kế, hoạt động bằng cách cấp nguồn điện 24V hoặc 220V. Khi có nguồn điện, lực từ trường được sinh ra. Lực này sẽ hút truc van chuyển động dọc trục, khiến các cửa van được mở ra để khí nén thông cửa. Hoạt động này giúp van có thể thực hiện nhiệm vụ cấp, đóng dòng khí nén cho thiết bị cần hoạt động.
3. Ứng dụng van khí nén 5/2
Với cấu tạo và tính năng hiện đại, van khí nén 5/2 đã và đang được ứng dụng ngày càng nhiều trong lĩnh vực khí nén.
Sản phẩm được lựa chọn nhiều, ứng dụng trong việc đóng, mở, phân chia và trộn lẫn khí nén từ máy nén không khí hoặc trộn dầu thủy lực từ bơm thủy ở các hệ thống tại nhà máy công nghiệp.
Bên cạnh đó, loại van này còn được thiết kế đi kèm các loại máy móc như máy dệt, máy phun xốp,…
2.6. Van điều áp
2.6.1 Van điều tiết khí nén là gì?
Van điều áp là phụ tùng máy nén khí quan trọng, có vai trò điều chỉnh áp suất đầu ra sao cho phù hợp nhất với mục đích người sử dụng và đảm bảo nguồn khí nén chất lượng nhất dành cho các dụng cụ sử dụng khí nén. Hay đơn giản hơn, loại van này chính là thiết bị làm giảm áp suất của lượng khí nén ở đầu vào tới một giá trị mong muốn ở đầu ra.
Bên cạnh van điều áp khí nén, hiện nay còn có van điều áp lạnh, van điều áp ngưng tụ, van điều áp hơi nóng,... Các loại van này đều có một điểm chung là điều tiết lưu lượng áp suất phù hợp với nhu cầu sử dụng của người dùng.
2.6.2 Cấu tạo van điều chỉnh áp suất khí nén
Một chiếc van điều tiết khí nén được cấu tạo bởi 2 bộ phận chính gồm cụm chỉnh áp lực bằng kim loại và đồng hồ đo áp. Ngoài ra, mỗi van điều áp đều được trang bị bộ phận đỡ bằng kim loại.
• Đồng hồ đo áp: Gồm 1 núm điều chỉnh áp và mặt đồng hồ hiển thị mức áp suất bằng kim loại giúp việc theo dõi áp suất trở nên dễ dàng hơn.
• Cụm chỉnh áp: Có đường gen đẩy khí ra vào với đầy đủ kích cỡ chân ren phù hợp cho từng loại máy móc có kích thước to, nhỏ khác nhau. Ngoài ra, chỉ với một van nhưng người dùng có thể điều chỉnh với nhiều mức áp lực khí nén khác nhau.
Hình 2. 21 Cấu tạo bên trong van điều áp khí nén Hình 2. 20 Van điều áp khí
Ngoài ra, van điều áp khí nén điện tử còn bao gồm: Bộ phận trượt chính được gắn với lò xo, đầu vào và đầu ra của khí, đầu vặn gắn với lò xo.
• Bộ phận điều khiển trượt chính: Lò xo áp lực luôn đi liền với bộ phận này. Ốc vít áp suất tác động trực tiếp lên lò xo, khiến lò xo co giãn tạo áp lực cho thành phần trượt chính. • Đầu vặn gắn với lò xo: Điều chỉnh độ co giãn của lò xo tương ứng với áp lực dòng khí
nén theo mong muốn của người dùng.
• Các khoang chứa tại đầu ra và đầu vào: Đầu ra và đầu vào của áp suất thường là mỗi đầu một bên.
2.7 Xylanh khí nén SMC 2.7.1 Khái niệm
Xylanh khí nén (còn gọi là xylanh khí/ben khí nén) là một thiết bị cơ học được vận hành bằng khí nén. Xylanh khí nén là một dạng của van khí nén.
Để thực hiện hoạt động của nó, xylanh khí nén có khả năng chuyển hóa năng lượng khí nén thành động năng. Nhờ vậy đã khiến các piston của thiết bị chuyển động theo hướng mong muốn, qua đó làm cho thiết bị hoạt động.
Nguyên lí hoạt động: Khi không khí được nén vào trong xylanh thông qua một đầu piston và theo đó chiếm không gian bên trong xylanh và làm cho piston di chuyển, kéo theo xylanh trượt đi theo hướng trục của xylanh. Khi hết hành trình, xylanh lại đẩy khí nén ra ngoài tiếp tục vòng tuần hoàn. Nhờ vậy đã sinh ra công, điều khiển thiết bị bên ngoài.
2.7.2 Cấu tạo:
• Thân trụ (Barrel)
• Tie rod
• Piston
• Trục piston (piston rod)
• Các lỗ cấp và thoát khí (Cap-end port và Rod-end port)
Phân loại: Trên thị trường có rất nhiều loại xylanh khí nén khác nhau về hình dáng, kích thước, chức năng nhưng chúng thường được phân thành 2 loại như sau.
• Xylanh tác động đơn (Single Acting Cylinder/SAC): là loại xylanh mà sử dụng khí nén của không khí để dịch chuyển xylanh theo một hướng nhất định.
• Xylanh tác dụng kép (Double Acting Cylinder/DAC): là loại xylanh đẩy khí nén hai hướng hành trình di chuyển.
Xu hướng tìm kiếm: Xylanh dẫn hướng, xylanh bàn trượt, xylanh điện, xylanh kẹp.
2.8 Nút ấn công nghiệp 2.8.1.Nút ấn công nghiệp là gì
Nút nhấn công nghiệp được biết đến là một phụ kiẹn được dùng để thực hiện vai trò đóng ngắt điện từ xa các cho thiết bị sử dụng điện. Thiết bị này thường được lắp đặt trên bảng điều khiển, tủ điện hay trên hộp nút nhấn...ở môi trường điện công nghiệp.
Khi thao tác thiết bị, người dùng cần thực hiện một cách dứt khoát để đảm bảo việc mở hoặc đóng mạch điện của nút nhấn được thực hiện một cách chính xác và kịp thời nhất. Đồng thời, đây cũng là cách để đảm bảo tuổi thọ bền lâu cho thiết bị trong quá trình sử dụng.
Mặc dù có nhiều loại nút nhấn trên thị trường và nó có khả năng ứng dụng trong nhiều môi trường khác nhau. Tuy nhiên, các thiết bị này đều có chức năng chính là thực hiện nhiệm vụ đóng hoặc ngắt điện từ xa cho các thiết bị điện. Hoạt động của nút nhấn góp phần không nhỏ trong việc vận hành ổn định của các hệ thống và thiết bị điện trong môi trường điện công nghiệp.
2.8.2. Đặc điểm của nút nhấn công nghiệp
Mỗi loại nút nhấn sẽ có các đặc điểm cấu tạo khác nhau. Tuy nhiên, chúng cũng có những đặc điểm chung mà người dùng cần lưu ý để đảm bảo việc lựa chọn được hiệu quả.
• Các loại nút nhấn ứng dụng trong môi trường công nghiệp sẽ được thiết kế với hệ thống lò xo, các tiếp điểm thường hở, đóng và phần vỏ bảo vệ thiết bị.
• Kích thước của nút nhấn nhỏ gọn, cấu tạo đơn giản và rất dễ sử dụng.
• Sản phẩm có nhiều màu sắc để lựa chọn như: vàng, đen, xanh lá, xanh dương…
• Nút nhấn có nhiều loại với khả năng ứng dụng thực tế khác nhau như: nút nhấn đơn, nút nhấn kép, nút nhấn có đèn, nút nhấn không có đèn, nút nhấn chống nước…
• Trạng thái của các tiếp điểm chuyển sẽ được chuyển đổi khi có sự tác động vào nút nhấn. Nếu không có tác động, các tiếp điểm của nút nhấn sẽ trở về trạng thái ban đầu.
• Sản phẩm được làm từ chất liệu cao cấp, được sản xuất theo tiêu chuẩn nghiêm ngặt và có sự kiểm soát rất chặt chẽ về mặt chất lượng. Điều này nhằm đảm bảo hiệu quả sử dụng cao khi ứng dụng vào thực tế.
2.8.3. Các loại nút nhấn công nghiệp
Thị trường cung cấp nút nhấn công nghiệp hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất để người dùng lựa chọn. Tất nhiên, không phải ở đâu người dùng cũng có được sản phẩm với chất lượng như mong muốn. Điều quan trọng là cần biết chọn được hãng sản xuất chất lượng, có thương hiệu để gửi gắm niềm tin.
Hiện nay, Schneider và ABB đang được đánh giá là những hãng sản xuất nút nhấn nhảloại có đèn, không đèn chất lượng nhất trên thị trường. Bằng công nghệ hiện đại, ứng dụng những tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt nên thiết bị của hãng luôn có chất lượng rất cao. Không chỉ có khả năng đóng, ngắt nguồn điện từ xa một cách nhanh chóng mà các nút nhấn của Schneider và ABB đều có tuổi thọ bền bỉ, thiết kế đa dạng, đẹp mắt. Đặc biệt là sản phẩm của 2 thương hiệu này sở hữu mức giá hợp lý, mang đến hiệu quả tiết kiệm chi phí cao cho người sử dụng.
Tùy theo nhu cầu sử dụng khác nhau mà người dùng có thể lựa chọn các loại nút nhấnsau:
• Nút nhấn có đường kính D22 và D25: các sản phẩm này có thiết kế theo tiêu chuẩn phi lỗ 22mm và 25mm. Thiết bị có nhiều màu để lựa chọn như: màu xanh lá, màu xanh dương, màu vàng, màu đen. Dòng nút nhấn này có đặc điểm nổi bật là dược thiết kế bằng nhựa cao cấp với tiếp điểm làm bằng đồng và có chu kỳ đóng mở trên 3 triệu lần.
• Nút nhấn đơn, nút nhấn kép: Đây là các loại nút nhấn được lựa chọn theo chức năng trạng thái hoạt động.
• Nút nhấn hở, nút nhấn chống nước: Các loại nút nhấn này được lựa chọn theo cấu tạo và khả năng ứng dụng trong các môi trường khác nhau. Thường thì nút nhấn chống nước sẽ có khả năng thích nghi tốt hơn ở các môi trường khắc nghiệt.
• Nút nhấn 1 nút, 2 nút, 3 nút: đây là các loại nút nhấn được lựa chọn tùy theo yêu cầu điều khiển của các thiết bị điện.
• Nút nhấn có đèn báo và nút nhấn không có đèn báo: Dòng sản phẩm này được lựa chọn theo kết cấu bên trong. Mỗi loại sẽ có đặc tính và khả năng ứng dụng khác nhau.
Hình 2. 24 Các nút ấn trên thị trường
2.8.4. Ứng dụng trong điện công nghiệp
Với vai trò quan trọng của mình, các dòng nút nhấn điều khiển đang nhận được sự ưu ái rất lớn từ thị trường. Thiết bị này đang là lựa chọn hàng đầu để lắp đặt trên bảng điều khiển, tủ điện hay trên hộp nút nhấn...Môi trường sử dụng phổ biến của sản phẩm là các nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp, các xưởng sản xuất… có quy mô lớn.
2.9. Sensor an toàn ( Cảm biến an toàn ) 2.9.1. Cảm biến an toàn là gì? 2.9.1. Cảm biến an toàn là gì?
Cảm biến an toàn ( photocell, beam sensor...) là loại cảm biến quang điện, có khả năng phát hiện vật cản ( người, vật thể, hàng hóa...) nằm trong vùng kiểm soát của nó. Khi phát hiện có vật cản, cảm biến an toàn sẽ phát ra 1 tín hiệu ON-OFF để có thể sử dụng vào mục đích điều khiển thiết bị.
2.9.2. Cấu tạo của Cảm biến an toàn
Cảm biến quang điện thường có 2 loại: loại thu-phát và loại phản xạ.
Cảm biến an toàn loại phản xạ
Loại phản xạ bao gồm 01 đèn phát tia hồng ngoại gắn liền với thiết bị thu và bộ vi xử lý, 01 gương phản xạ tia hồng ngoại. Nếu đèn phát ra tia mà bộ phận thu có nhận
được sóng phản xạ thì không có vật cản, còn nếu không thu được tia hồng ngoại phản xạ lại thì đang có vật cản ở giữa thiết bị và gương.
Cảm biến an toàn loại thu-phát
Cảm biến loại thu phát bao gồm 01 đầu phát tia hồng ngoại và 01 đầu thu. Nếu đầu thu không nhận được tia thì nó sẽ hiểu là đang có vật cản chắn giữa, nó sẽ phát tín hiệu điều khiển về bộ xử lý.Có 02 loại cảm biến an toàn thu-phát: Loại có bộ xử lý tín hiệu ngay
tại đầu thu và loại có bộ xử lý tín hiệu nằm tách riêng, độc lập. Cửa tự động thường sử dụng loại có bộ xử lý riêng, để đảm bảo kích thước nhỏ gọn của đầu thu và phát.
Hình 2. 26 Sensor an toàn loại phản xạ
2.10. Màn hình HMI
2.10.1. HMI là gì?
HMI là từ viết tắt của Human-Machine-Interface, nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc thiết bị. Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao tiếp” với một máy móc qua 1 màn hình giao diện thì đó là một HMI.
2.10.2. Ưu điểm và ứng dụng của HMI:
a. Ưu điểm của HMI:
• Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin. • Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thông tin cần thiết.
• Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa.
• Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức.
• Khả năng lưu trữ cao.
b. Ứng dụng thực tế của HMI:
HMI luôn có trong các hệ SCADA hiện đại, vị trí của HMI ở cấp điều khiển, giám sát:
Hình 2. 28 Màn hình HMI
• Ứng dụng HMI
• Khóa học lập trình PLC và HMI
2.10.3. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại HMI:
a. Cấu tạo của HMI:
+ Phần cứng:
• Màn hình: • Các phím bấm • Chíp: CPU,
• Bộ nhớ chương trình: ROM,RAM, EPROM/Flash, …
+ Phần mềm:
• Các đối tượng (Object) • Các hàm và lệnh • Phần mềm phát triển:
• Các công cụ xây dựng HMI.
• Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối. • Các công cụ mô phỏng
Hình 2. 30 Mô hình phần cứng HMI
+ Truyền thông:
• Các cổng truyền thông: RS232, RS485, Ethernet, USB
• Các giao thức truyền thông: Mobus, CANbus, PPI, MPI, Profielbus
b. Nguyên lý hoạt động của HMI:
HMI là giao diện vận hành giữa người và máy thông qua PLC, chúng được kết nối với nhau bằng cáp tín hiệu. Khi người vận hành tác động nhấn nút trên màn hình hoặc cài đặt thông số, yêu cầu sẽ được gửi đến PLC, PLC điều khiển máy móc dây chuyền hoạt động.
Ngược lại, hệ thống máy móc dây chuyền có thể gửi trạng thái hoạt động hoặc thông số hiện tại lên màn hình HMI thông qua PLC giúp cho con người thực hiện quá trình giám sát và điều khiển.
c. Phân loại HMI:
+ HMI truyền thống bao gồm:
• Thiết bị nhập thông tin: công tắc chuyển mạch, nút bấm…
• Thiết bị xuất thông tin: đèn báo, còi, đồng hồ đo, các bộ tự ghi dùng giấy.
Hình 2. 32 HMI truyền thống
+ HMI hiện đại chia làm 2 loại chính:
• HMI trên nền PC và Windows/MAC: SCADA,Citect…
• HMI trên nền nhúng: HMI chuyên dụng, hệ điều hành là Windows CE 6.0
• Ngoài ra còn có một số loại HMI biến thể khác Mobile HMI dùng Palm, PoketPC.
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ, LẮP RÁP HỆ THỐNG
3.1 Thiết kế hệ thống
3.1.1 Lập trình cho PLC S7-1200
Lập trình cho PLC S7-1200 sử dụng phần mềm TIA Portal V15.0 của siemens, sử dụng ngôn ngữ lập trình LAD (Ladder logic)
Các bước lập trình trên phần mềm Tia Portal
Hình 3. 1 Tạo thư mục mới và đặt tên
Bước 2: chọn đến đúng mã PLC đã lựa chọn của hệ thống có để lập trình (add new device