2.1 .3Ưu và nhược điểm của tự động hoá
2.2. Tổng quan lý thuyết
2.2.4 Rơle trung gian
Trong máy đóng nắp em sử dụng rơ le trung gian để đấu tới các thiết bị đầu ra, rơ le trung gian làm nhiệm vụ bảo vệ an tồn và duy trì hoạt động cho các thiết bị.
Rơ le trung gian là một kiểu nam châm điện có tích hợp thêm hệ thống tiếp
điểm. Rơle trung gian cịn gọi là rơ le kiếng là một cơng tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện. Gọi là một cơng tắc vì rơ le có hai trạng thái ON và OFF. Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dịng điện chạy qua rơ le hay không.
➢ Cấu tạo của rơ le trung gian:
Thiết bị nam châm điện này có thiết kế gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây. Cuộn dây bên trong có thể là cuộn cường độ, cuộn điện áp, hoặc cả cuộn điện áp và cuộn cường độ. Lõi thép động được găng bởi lò xo cùng định vị bằng một vít điều chỉnh. Cơ chế tiếp điểm bao gồm tiếp điểm nghịch và tiếp điểm nghịch.
➢ Nguyên lý hoạt động:
Khi có dịng điện chạy qua rơ le, dịng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường hút. Từ trường hút này tác động lên một địn bẩy bên trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái
15
của rơ le. Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế. Rơ le có 2 mạch độc lập nhau họạt động. Một mạch là để điều khiển cuộn dây của rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay khơng, hay có nghĩa là điều khiển rơ le ở trạng thái ON hay OFF. Một mạch điều khiển dịng điện ta cần kiểm sốt có qua được rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF của rơ le.
Công dụng của rơ le trung gian là làm nhiệm vụ trung gian chuyển tiếp mạch điện cho một thiết bị khác. Sử dụng rơ le trung gian điều khiển van điện từ, động cơ mâm xoay, động cơ siết nắp và phễu rung.
Hình 2. 5: Rơ le trung gian 8 chân
Trên thị trường có nhiều loại rơ le trung gian như: rơ le trung gian 12V, rơ le trung gian 8 chân, rơ le trung gian 14 chân,… Vì chỉ cần sử dụng 1 tiếp điểm cho mỗi thiết bị nên em lựa chọn rơ le trung gian 8 chân 24VDC của OMRON mode LY2N.
Hình 2. 6: Rơ le trung gian OMRON LY2N 2.2.5 Bộ nguồn 24V 2.2.5 Bộ nguồn 24V
Nguồn tổ ong được cấu tạo để chuyển đổi điện áp từ nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều, giúp các thiết bị điện hoạt động. ... hoặc bất cứ thiết bị nào sử dụng nguồn một chiều có thơng số tương ứng. Nguồn tổ ong thường được dùng
16
trong các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tranh trường hợp dòng ảnh hưởng tới mạch, sụt áp.
Hình 2. 7: Bộ nguồn tổ ong 24V 2A 2.2.6 Nút nhấn, đèn báo 2.2.6 Nút nhấn, đèn báo
Nút nhấn (nút ấn) là một loại khí cụ dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện, máy móc hoặc một số loại q trình trong điều khiển.
Nút nhấn (nút ấn) thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút nhấn… Khi thao tác với nút nhấn cần dứt khốt để mở hoặc đóng mạch điện.
Hầu hết, các nút nhấn (nút ấn) là nhựa hoặc kim loại. Hình dạng của nút ấn có thể phù hợp với ngón tay hoặc bàn tay để sử dụng dễ dàng. Tất cả phụ thuộc vào thiết kế cá nhân.
Nút nhấn được thiết kế và sản xuất theo tiêu chuẩn cao, có kiểu dáng đẹp, kết cấu chất lượng, chắc chắn, dễ dàng lắp đặt và thay thế.
Hình 2. 8: Nút nhấn
Nút nhấn khẩn cấp là loại nút nhấn được sử dụng dừng máy trong các trường hợp khẩn cấp, nhờ thiết kế đầu nút lớn, trong trường hợp khẩn cấp có thể tác động
17
dễ dàng, khi bị tác động thì nút khẩn cấp duy trì trạng thái, muốn trở lại ban đầu thì phải xoay nút nhấn.
Hình 2. 9 : Nút nhấn khẩn cấp 2.2.7 Áp tô mát 2.2.7 Áp tô mát
Aptomat hay cịn gọi là áp tơ mát và là cầu dao tự động dùng để đóng ngắt thiết bị điện, trong tiếng anh cịn có tên gọi viết tắt là CB (Circuit Breaker). Có một số dịng Aptomat có thêm chức năng bảo vệ chống rị rỉ điện nên có khả năng chống giật. Ngồi ra áp tơ mát cịn có tên gọi khác nữa là Át
➢ Cấu tạo aptomat:
Aptomat có cấu tạo gồm các bộ phận chính như: Tiếp điểm, hồ quang dập tắt, bộ phận truyền động, móc bảo vệ…
18
2.2.8 HMI
➢ Khái Niệm: 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 đều được gọi là HMI. Màn hình HMI hiện nay đã quá quen thuộc với con người. Đặc biệt trong ngành cơng nghiệp. Nó đóng vai trị vơ cùng quan trọng trong phần giao tiếp giữa người và máy.
➢ Cấu tạo của HMI
- Phần cứng HMI bao gồm thân vỏ, khung, các thiết bị vi mạch điện tử… Những
chi tiết phần cứng cụ thể và chức năng của chúng bao gồm:
+ Màn hình: Có chức năng cảm ứng để người vận hành có thể chạm tay vào để điều khiển các thao tác trên đó như 1 điện thoại Smartphone hiện đại mà chúng ta hay dùng hàng ngày. Ngồi ra màn hình cịn dùng để hiển thị các trạng thái cũng như các tín hiệu hoạt động của máy và thiết bị tùy thuộc vào nhu cầu người dung và do người lập trình Cod lên.
• Các phím bấm
• Chip: chính là CPU của màn hình
• Bộ nhớ chương trình: ROM, RAM, EEPROM/Flash…
- Phần mềm của HMI bao gồm:
+ Các hàm và lệnh + Phần mềm phát triển
+ Các công cụ xây dựng HMI.
+ Các cơng cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối + Các công cụ mô phỏng
- Truyền thông của HMI bao gồm:
+ Các giao thức truyền thông: Modbus, CANbus, PPI, MPI, PROFIBUS… + Các cổng truyền thơng: RS232, RS485, Ethernet, USB…
➢ Trình tự xây dựng hệ thống HMI
19
+ Lựa chọn kích cỡ màn hình: trên cơ sở số lượng thơng số/thông tin cảm biến hiển thị đồng thời. nhu cầu về đồ thị, đồ họa (lưu trình cơng nghệ…).
+ Lựa chọn số phím cứng, số phím cảm ứng tối đa cùng sử dụng cùng lúc. + Lựa chọn các cổng mở rộng nếu có nhu cầu in ấn, đọc mã vạch, kết nối các thiết bị ngoại vi khác.
+ Lựa chọn dung lượng bộ nhớ: theo số lượng thông số cần thu thập số liệu, lưu trữ dữ liệu, số lượng trang màn hình cần hiển thị.
- Xây dựng giao diện
+ Cấu hình phần cứng: chọn phần cứng, chuẩn giao thức… + Xây dựng các màn hình.
+ Gán các biến số (tag) cho các đối tượng. + Sử dụng các đối tượng đặc biệt.
+ Viết các chương trình script (tùy chọn). + Mơ phỏng và gỡ rối chương trình. + Nạp thiết bị xuống HMI.
➢ Ứng dụng
- Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ ở tất cả các lĩnh vực
và tất các khu vực trên thế giới. HMI là một thiết bị khơng thể thiếu góp phần đẩy nhanh q trình tự động hóa các cơng đoạn cũng như các quy trình sản xuất phức tạp và khó địi hỏi độ chính xác cao. Vì vậy HMI được ứng dụng ở hầu hết các cơng đoạn sản xuất trong các lĩnh vực. Ví dụ như dầu khí, điện tử, sản xuất thép, dệt may, ngành điện, ngành nước, ơ tơ, xe máy…
20
Hình 2. 11: Màn hình HMI 2.2.9 Biến tần 2.2.9 Biến tần
Biến tần có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nhưng biến tần đạt được hiệu quả cao nhất trong ứng dụng điều khiển vô cấp tốc độ động cơ để đáp ứng các yêu cầu về công nghệ. Tùy vào việc ứng dụng biến tần trong những lĩnh vực điều khiển khác nhau mà hiệu quả của nó mang lại cho người ứng dụng thể hiện ở các mặt khác nhau. Như trong giải pháp thì nó dùng điều khiển vơ cấp phễu rung.
Nguyên lý làm việc của bộ biến tần khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều một pha hay ba pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn một chiều. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cos(φ) của hệ biến tần có giá trị khơng phụ thuộc vào tải và bằng ít nhất là 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thơng qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chỉnh độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn công suất hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.
21
Hình 2. 12: Nguyên lý hoạt động biến tần
- Cấu trúc của bộ biến tần bán dẫn: Bộ biến tần là thiết bị biến đổi nguồn điện từ tần số cố định (thường 50Hz) sang nguồn điện có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ xoay chiều.
- Điện áp xoay chiều tần số cố định (50Hz) được chỉnh lưu thành nguồn một
chiều nhờ bộ chỉnh lưu (CL), (có thể là khơng điều khiển hoặc bộ chỉnh lưu điều khiển), sau đó qua bộ lọc và bộ nghịch lưu (NL) sẽ biến đổi thành nguồn
điện áp xoay chiều ba pha có tần số biến đổi cung cấp cho động cơ. - Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ cài đặt mong muốn.Có khả
năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thơng khe hở không đổi trong vùng điều chỉnh momen khơng đổi.
- Có khả năng cung cấp dịng điện định mức ở mọi tần số.
Ưu điểm của biến tần
- Cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều.
- Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần có kết cấu đơn giản, làm
việc được trong nhiều môi trường khác nhau. - Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng.
- Có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau.
22
- Các thiết bị đơn lẻ yêu cầu tốc độ làm việc cao (máy li tâm, máy mài...) - Các đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn:
+ Dãy tần số từ 0.1 đến 400Hz.
+ Xử lý tín hiệu -10 ~ 10VDC, 0 ~10VDC , 4 ~ 110mA.
+ Cổng giao tiếp RS - 485. + Thời gian tăng – giảm tốc: 0.1 giây đến 3600 giây
+ Phanh hãm DC: Tần số hoạt động 0 ~ 400Hz, thời gian khởi động từ 0- 25 giây, thời gian dừng, từ 0 - 25 giây
+ Ngõ ra Analog: Chọn tần số ngõ ra hoặc giám sát dòng.
+ Các chức năng bảo vệ: Qúa tải, quá dòng, thấp áp, quá tải motor, dòng rò, quá tải, quá nhiệt, ngắn mạch.
+ Phím hiển thị: 8 ký tự, 5 số, 7 đoạn LED, 8 trạng thái LED, tần số chủ, tần số ngõ ra, dòng ngõ ra, custom units, giá trị tham số để cài, đặt, xem lại và báo lỗi, Run, Stop, Reset, Fwd/Rev, Job.
23
2.2.10 Bộ lập trình MITSUBISHI FX1S – 30MR
➢ Giới thiệu chung về PLC
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình, được thiết kế chun dùng trong cơng nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các chương trình hoặc sự kiện, sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay cịn gọi là đầu vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer) hay các sự kiện được đếm qua bộ đếm. Khi một sự kiện được kích hoạt nó sẽ bật ON, OFF hoặc phát một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào đầu ra của PLC. Như vậy nếu ta thay đổi các chương trình được cài đặt trong PLC là ta có thể thực hiện các chức năng khác nhau, trong các môi trường điều khiển khác nhau.
Việc sử dụng PLC trong điều khiển thay thế cho hệ thống mạch điện, rơ-le
thông thường mang lại nhiều ưu điểm vượt trội hơn: + Sửa đổi linh hoạt bằng chương trình.
+ Độ tin cậy tuổi thọ cao.
+ Hư hỏng có thể theo dõi bằng phần mềm ngoại vi…các mơ-đun. + Có thể được thay thế riêng.
+ Khả năng linh hoạt mở rộng.
+ Lập trình dễ dàng do ngơn ngữ lập trình dễ học.
+ Dung lượng bộ nhớ lớn, có thể chứa được những chương trình phức tạp. + Hệ thống điều khiển tin cậy trong môi trường công nghiệp.
Như vậy, PLC là 1 máy tính thu nhỏ nhưng với các tiêu chuẩn công nghiệp
cao và khả năng lập trình logic mạnh, PLC là đầu não quan trọng và linh hoạt trong điều khiển tự động hóa.
24
Hình 2. 13: Cấu trúc cơ bản của hệ thống PLC
- Cấu trúc của PLC
+ Phần đầu vào/đầu ra: Phần đầu vào hoặc mô-đun đầu vào bao gồm các thiết bị như cảm biến, công tắc và nhiều nguồn đầu vào thế giới thực khác. Đầu vào từ các nguồn được kết nối với PLC thông qua đường ray đầu nối đầu vào. Phần đầu ra hoặc mơ-đun đầu ra có thể là một động cơ hoặc một solenoid hoặc một đèn hoặc một lị sưởi, có chức năng được điều khiển bằng cách thay đổi các tín hiệu đầu vào.
+ CPU: (Central Processing Unit) là đơn vị xử lý trung tâm. Nó là một bộ vi xử lý mà có thể kết hợp với các hoạt động của hệ thống PLC. CPU thi hành chương trình xử lý các tín hiệu I/O và được nối trực tiếp đến các thiết bị I/O thông qua các tuyến đường dây thích hợp bên trong PLC.
+ Thiết bị lập trình: Đây là nền tảng mà chương trình hoặc logic điều khiển được viết. Nó có thể là một thiết bị cầm tay hoặc một máy tính xách tay hoặc một máy tính chuyên dụng.
+ Nguồn cung cấp: Nó thường hoạt động trên một nguồn cung cấp điện khoảng 24 V, được sử dụng để cung cấp năng lượng đầu vào và các đầu ra.
+ Bộ nhớ: Bộ nhớ được chia thành hai phần – Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình. Thơng tin chương trình hoặc logic điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ người dùng hoặc bộ nhớ chương trình từ nơi CPU tìm nạp các lệnh chương
25
trình. Tín hiệu đầu vào và đầu ra và tín hiệu bộ định thời và bộ đếm được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh đầu vào và đầu ra tương ứng.
- Hoạt động của PLC
Hoạt động của một PLC cũng khá đơn giản. Đầu tiên, hệ thống các cổng vào/ra (Input/Output) (còn gọi là các Module xuất/nhập) dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU (như các sensor, contact, tín hiệu từ động cơ …). Sau khi nhận được tín hiệu ở đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua mơđun xuất ra các thiết bị được điều khiển.
Hình 2. 14: Sơ đồ hoạt động của PLC
Các nguồn đầu vào chuyển đổi tín hiệu điện tương tự thời gian thực sang tín hiệu điện kỹ thuật số phù hợp và các tín hiệu này được đưa đến PLC thơng qua đường ray kết nối.
Các tín hiệu đầu vào này được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh bên ngồi PLC
ở các vị trí được gọi là bit. Điều này được thực hiện bởi CPU.
Logic điều khiển hoặc các lệnh chương trình được ghi lên thiết bị lập trình thơng qua các ký hiệu hoặc thông qua các phép nhớ và được lưu trữ trong bộ nhớ người dùng.
26
CPU lấy các lệnh này từ bộ nhớ người dùng và thực thi các tín hiệu đầu vào bằng cách thao tác, tính toán, xử lý chúng để điều khiển các thiết bị đầu ra.
Kết quả thực hiện sau đó được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh bên ngồi để điều khiển các thiết bị đầu ra.