3.2.1 Linh kiện mô hình
Bảng 3. 1 Liệt kê các thiết bị
Thiết bị Số lượng Swicth 3 vị trí 1 Swicth 2 vị trí 5 Đèn báo nguồn 1 Đèn báo trạng thái 6 Nút nhấn 2 Nút nhấn khẩn cấp 1 Cảm biến áp suất 1 Van điện 4 Aptomat 1 Cầu chì 1
Rơ le trung gian 5
PLC S7-1200 1
Biến tần MD200 1
Nguồn tổ ong 1
Domino 2
Chức năng của từng bộ phận:
Khung sắt: Dùng để giữ khung chứa khí.
Khung chứa khí: chứa khí bẩn phía dưới và khí sạch được ra lên trên. Phễu: Để dũ bụi xuống dưới.
Van điện từ: Xả khí nén.
Cảm biến áp suất: Đo áp xuất trong bình chứa khí. Đèn báo nguồn: Báo trạng thái nguồn AC220V.
Đèn báo trạng thái: Báo trạng thoái hoạt động của hệ thống. Nút nhấn khẩn cấp: Dừng khẩn cấp hệ thống khi có sự cố. Nút nhấn nhả: Điều khiển chạy hoặc dừng hệ thống. PLC S71200: Điều khiển hệ thống.
Biến tần: Dùng để điều khiển động cơ. Domino: Cấp đầu nối điện.
Rơle trung gian: điều khiển van điện.
Nguồn tổ ong: chuyển nguồn 220VAC sang 24VDC. Quạt: Hút khí và đẩy khí
3.2.2 Giới thiệu thiết bị trong mô hình
3.2.2.1 PLC S7-1200
Hình 3. 7 PLC S7-1200 1214C AC/DC/RL
Bảng 3. 2 Thông số kỹ thuật PLC S7-1200 1214C AC/DC/RL
Nguồn cấp 24 VDC Số chân ngõ vào DI 14 Số chân ngõ ra DQ 10 AI 2x10 BIT 0-10VDC Version 4.2 3.2.2.2 Cảm biến áp suất
Thiết bị truyền phát biến năng cảm biến áp suất 0-10bar 9-32VDC 4-20mA. Phạm vi áp suất: 0-10bar (đồng hồ đo áp suất).
Độ chính xác toàn diện: 0.5% FS. Cường độ đầu ra: 4-20mA.
Khả năng chịu quá tải: 2-4 lần
Phạm vi nhiệt độ hoạt động: -40 đến 110℃;=. Nguồn điện: DC 9-32V.
Phương tiện áp suất: Chất lỏng hoặc không khí không ăn mòn.
Hiệu ứng nhiệt độ trên không: Điển hình: 0.02%FS/C; Tối đa: 0.05%FS/C. Nhiệt độ trôi về độ nhạy: Điển hình: 0.02%FS/C; Tối đa: 0.05%FS/C. Chống sốc: 1000g; Chất liệu vỏ: Thép không gỉ.
Kết nối áp suất: Loại DIN; Mức chống nổ: ExiaIICT6.
Kết nối cáp: Đỏ (IN +); Đen ((IN-)
Bảng 3. 3 Thông số cảm biến
Dây màu đỏ VCC
Dây màu xanh dương GND
Dây màu đen Tín hiệu
Chiều dài 100 mm
Cường độ dòng điện 4– 20mAVDC
Nguồn điện 9-32V
3.2.2.3 Rơle trung gian
Cách đấu rơle trung gian trong mạch điện của luận văn: 2 chân cấp nguồn 24 VDC cho rơle là chân 13 và 14. Chân số 14 nối với ngõ ra của PLC, chân 13 nối với 0 VDC lấy từ nguồn tổ ong. Chân 5 nối với 220 VAC, chân 9 nối với Van điện từ.
Hình 3. 9 Sơ đồ chân của rơle trung gian
Hình 3. 10 Rơle Omron MY2N và đế Bảng 3. 4 Thông số kỹ thuật rơle MY2N
Số chân 14
Tải định mức (mức tối đa mà rơle có thể chịu được)
5A - 24 VDC 5A - 220 VAC
3.2.2.4 Nguồn tổ ong
Hình 3. 11 Nguồn tổ ong 24 VDC - 10 A Bảng 3. 5 Thông số nguồn tổ ong 24 VDC - 10 A
Công suất 250W
Đầu vào 110 VAC / 220 VAC
Số đầu ra 24V-10A 3 cặp
3.2.2.5 Aptomat
Hình 3.11 MCB 2P 10A của hãng LS Bảng 3. 6 Thông số kĩ thuật của MCB 2P 10A
Dòng định mức 10 A
Dòng cắt ngắn mạch 6 Ka
3.2.2.6 Van điện tử
Mô tả: Là thiết bị cơ điện dùng để kiểm soát dòng chảy chaát khí hoặc lỏng dựa vào nguyên lý chặn đóng mở do lực tác động của cuộn dây điện từ. Khi chưa có điện van ở trạng thái như hình bên trái khí đi từ P sang A, khí ra từ P sang S: khi có điện van ở trạng thái bên phải khí đi từ P sang B, khí ra từ A sang R.
Hình 3. 13 Van điện từ 5/2
Bảng 3. 7 Thông số kỹ thuật của van điện từ 5/2
Điện áp hoạt động 220VAC
Kích thước cổng 1/8 (ren 9.6)
Kích thước cổng xả 1/8 (ren 9.6)
Áp suất hoạt động 0.15 - 0.8 Mpa
Loại van hơi 5 cửa 2 vị trí 1 đầu coil
Nhiệt độ hoạt động -20 - 70°𝑐
3.2.2.7 Xilanh khí nén
Hình 3. 14 Xylanh khí nén 16mm hành trình 50mm Bảng 3. 8 Thông số kỹ thuật xylanh khí nén 2 piston
Đường kính trục 16 mm
Hành trình làm việc 50mm
Áp suất 0.15-1MPA
3.2.2.8 Nút nhấn khẩn cấp
Cách đấu dây trong hệ thống: chọn tiếp điểm thường đóng (NC) của nút nhấn để ngắt toàn bộ mạch điện của hệ thống.
Bảng 3. 9 Thông số kỹ thuật nút dừng khẩn cấp
Điện áp tải max 660VAC
Đường kính lỗ gắn 22mm
Đường kính nút nắm 40mm
Loại Nhấn 1 lần sẽ hoạt động - tự giữ/ Xoay để hủy làm việc
Tiếp điểm Thường hở: NO
Thường đóng: NC
3.2.2.9 Nút nhấn nhả có đèn
Bảng 3. 10 Thông số kỹ thuật nút nhấn nhả có đèn
Điện áp tải max 660V
Dòng tải max 10A
Kích thước 82x 33x 29mm
Kích thước lỗ lắp đặt 22mm
Khối lượng 60g
3.2.2.10 Đèn báo nguồn
Hình 3. 17 Đèn báo tín hiệu 220VAC phi 22 Hình 3. 16 Nút nhấn nhả có đèn
Bảng 3. 11 Thông số kỹ thuật đèn báo tín hiệu 220VAC phi 22
Dòng tiêu thụ Nhỏ hơn 18Ma
Tuổi thọ Trên 100.000 giờ sáng liên tục.
Nhiệt độ hoạt động -25~70 độ C
Điện áp hoạt động 220VAC
3.2.2.11 Đèn báo trạng thái
Hình 3. 18 đèn báo trạng thái 24 VDC phi 22
Bảng 3. 12 Thông số kỹ thuật đèn báo trạng thái 24 VDC phi 22
Dòng tiêu thụ Nhỏ hơn 18Ma
Tuổi thọ Trên 100.000 giờ sáng liên tục.
Nhiệt độ hoạt động -25~70 độ C
Điện áp hoạt động 24 VDC
3.2.2.12 Biến tần MD200
Công suất: 0.4 Kw – 2.2 Kw, điện áp vào 1 pha 220v ra 3 pha 220v. Điều khiển V/F, Sensorless vector control.
Khả năng bù momen khởi động 150% tại tốc độ dưới 3Hz. Biên độ dao động điện áp cho phép -15% đến +10%. Khả năng chịu quá tải 150% dòng định mức trong 60 s. Giảm dòng điện 1.5% trên 1 độ C ở 40 độ C đến 50 độ C. 01 ngõ ra relay, 01 ngõ ra analog.
Tự động bù ngẫu lực, tự động bù hệ số trượt
Biến tần Inovance MD200 tích hợp truyền thông Modbus hoặc CANLink. Tích hợp điện trở xả.
Tần số ngõ ra lên tới 500Hz. Tích hợp bộ lọc EMC.
Khả năng bảo vệ: Quá dòng, quá áp, thấp áp, quá tải, ngắn mạch, mất pha, quá nhiệt.
3.2.2.13 Quạt ly tâm.
– Model: KVC-120 – Công suất: 120W
– Lưu lượng gió: 330m³/h – Cột áp: 350Pa
– Tốc độ vòng quay: 2800V/phút – Độ ồn: ≤ 62dB
Hình 3. 20 Quạt ly tâm Hình 3. 19 Biến tần MD200.
– Điện áp: 220V/50Hz
– Kích thước (Dài x Rộng x Cao): 210 x 100 x 260mm
Vỏ động cơ làm từ nhôm đúc nên không xảy ra hiện tượng quá nhiệt, nóng động cơ bởi vỏ nhôm giúp làm mát và tỏa nhiệt khi động cơ hoạt động.
Với thiết kế cấu trúc nhỏ gọn, khung và vỏ quạt làm từ thép chắc chắn, phủ sơn tĩnh điện màu đen bóng bẩy giúp bảo vệ quạt khỏi tình trạng gỉ sét, oxy hóa. Quạt có công suất 120W, sử dụng điện áp 220v/ 50Hz, thường được dùng thổi cấp gió tại các vị trí làm mát cố định. Bảng 3. 13 Thông số quạt Kích thước ( mm ) 210 x 260 x 115 Lượng gió (m3/h) 330 Tốc độ vòng tua (v/p) 2800 Điện áp ( V ) 220 Công suất ( W ) 120 Cột áp ( pa ) 350
CHƯƠNG IV. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
4.1 Lưu đồ thuật toán và sơ đồ nối dây 4.1.1 Tổng quan lưu đồ 4.1.1 Tổng quan lưu đồ
Giải thích lưu đồ thuật toán: đầu tiên hệ thống sẽ kiểm tra 2 chế độ Auto và Manual. Nếu chế độ Auto sai thì sẽ chuyển sang chế độ Manual còn nếu đúng thì sẽ khởi động chương trình auto và ngược lại nếu chế độ Mannual sai thì chuyển sang chế độ Auto nếu đúng thì khởi động chương trình Manual.
4.1.2 Lưu đồ chương trình con chế độ Manual
Giải thích lưu đồ thuật toán con chế độ Manual: Khi chế độ Manual được khởi động thì chương trình sẽ được thực hiện thông qua các switch, nếu tín hiệu động cơ quạt đưa ra là đúng sẽ khởi động quạt hút nếu sai thì sẽ khởi động lại tín hiệu. Với các van rũ 1 2 3 nếu tín hiệu đúng thì sẽ kích hoạt các van dũ đưa khí nén xuống các túi vải để dũ bụi nếu sai thì khởi động lại tín hiệu.
Van xả bụi khi nhận tín hiệu đúng thì sẽ kích hoạt van xã bụi xilanh sẽ đẩy xuống phía dưới và xả bụi bẩn ra ngoài sau đó hành trình xilanh sẽ thu lại còn nếu tín hiệu sai thì sẽ khởi động lại tín hiệu
4.1.3 Lưu đồ chương trình con chế độ Auto.
Giải thích lưu đồ thuật toán con chế độ Auto: Khi chế độ Auto được khởi động thì cảm biến trong buồng sẽ nhận áp suất đặt, áp suất chênh áp.
Nhấn nút start biến tần sẽ nhận tín hiệu, khi tần sô của biến tần tăng động cơ quạt bắt đầu hoạt động.
Khi áp suất bình khí nén lớn hơn áp suất đặt thì van rũ bụi 1 2 3 sẽ kích lên mức 1 khi đó khí nén sẽ xả xuống làm sạch các túi vải. Sau đó van xã bụi hoạt động đẩy xi lanh xuống để xả bụi bẩn ra ngoài.
Khi áp suất trong buồng lớn hơn áp suất đặt thì chương trình báo lỗi và dừng hoạt động cả hệ thống.
4.1.4 Sơ đồ mô hình
4.1.4.1 Bảng phân công đầu vào đầu ra.
Bảng phân công đầu vào đầu ra của hệ thống
Bảng 4. 1 Đầu vào của hệ thống
STT Tên biến Địa chỉ Công dụng
1 Van rũ bụi 1 I0.0 Xả khí van 1
2 Van rũ bụi 2 I0.1 Xả khí van 2
3 Van rũ bụi 3 I0.2 Xả khí van 3
4 Van xả bụi I0.3 Đẩy xi lanh
5 DC quạt I0.4 Khởi động quạt
6 Auto I0.5 Chế độ Auto
7 Start I0.6 Nút nhấn khởi động
8 Stop I0.7 Nút nhấn tạm dừng
9 Man I1.0 Chế độ Manual
10 Dừng khẩn cấp I1.1 Dừng toàn bộ chương
trình
Bảng 4. 2 Đầu ra của hệ thống
STT Tên biến Địa chỉ Công dụng
1 Van rũ bụi 1 Q0.0 Xả khí van 1
2 Van rũ bụi 2 Q0.1 Xả khí van 2
3 Van rũ bụi 3 Q0.2 Xả khí van 3
4 Van xả bụi Q0.3 Đẩy xi lanh
5 DC quạt Q0.4 Khởi động quạt
4.1.4.2 Sơ đồ bố trí thiết bị
4.1.4.3 Sơ đồ bố trí dòng điện
Hình 4. 4 Sơ đồ bố trí thiết bị
4.1.4.4 Sơ đồ nối dây
4.2 Chương trình điều khiển 4.2.1 Thiết lập địa chỉ IP 4.2.1 Thiết lập địa chỉ IP
Để kết nối PLC với máy tính ta cần thiết lập địa chỉ IP cho máy tính Bước 1: Vào Network and Sharing Center chọn Change adapter settings.
Hình 4. 7 Thiết lập địa chỉ IP_1 Hình 4. 6 Sơ đồ nối dây
Bước 2: Click phải vào Ethernet, chọn Ethernet Properties. Sau đó chọn Internet Protocol Version 4 và nhập địa chỉ IP vào.
Hình 4. 8 Thiết lập địa chỉ IP_2
Địa chỉ IP có dạng 192.168.xx.yy, trong đó yy chọn giống với PLC, xx chọn khác với PLC.
Sau khi tạo projec. Để xem địa chỉ IP của PLC, trong giao diện chính click chuột phải vào PLC chọn Properties, xem trong phần Ethernet addresses.
Hình 4. 9 Thiết lập địa chỉ IP_3
4.2.2 Viết chương trình
Sau khi chọn địa chỉ IP và có bản phân công đầu vào ra thì bắt đầu viết chương trình.
Bước 1: Truyền thông thông Modbus giữa biến tần và module RS 485.
Bước 2: Gán lệnh nhận tắt bật cho động cơ thông qua biến tần MD200.
Bước 3: Truyền thông và thông số của biến tần khi động cơ hoạt động. Gán tên vào các vùng nhớ và các địa chỉ trong PLC tags của TIA Portal v16
Hình 4. 10 Truyền thông Modbus
B4: Bắt đầu viết chương trình ( Chương trình điều khiển ở phần PHỤ LỤC)
Hình 4. 13 Bảng PLC tags
4.2.3 Thiết kế giao diện HMI
Bước 1: Sau khi add được PLC tiếp theo là add HMI, chọn add chọn Add new device.
Bước 2: chọn HMI SIMATIC Basic Panel chọn kiểu màng hình HMI tương thích chọn Ok.
Bước 3: Kết nối HMI với PLC S7 1200
Hình 4. 15 Add HMI
Hình 4. 16 Lựa chọn HMI phù hợp
B4: Thiết kế HMI.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
1. Kết luận về các nội dung nghiên cứu đã thực hiện:
Sau quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài, nhóm đã nghiên cứu thiết kế và giám sát mô hình lọc bụi tự động trong nhà máy sản xuất đã đạt được những mục tiêu lúc đầu đề ra:
- Sử dụng phần mềm TIA Portal V16 thành thạo để lập trình điều khiển hệ thống và mô phỏng giám sát trên giao diện màn hình HMI.
- Hiểu được cấu tạo, các ngõ vào ra, nguyên lý hoạt động các modun, các thiết bị phần cứng liên quan đến PLC S7-1200.
- Tìm được các giải thuật giúp việc lập trình PLC S7-1200 trở nên dễ dàng và logic hơn.
- Biết được cấu toạ và nguyên lý hoạt động của buồng lọc bụi trong ứng dụng công nghiệp ở thực tiễn
- Thành thạo cách đấu nối dây, các chân nhận và đưa tín hiệu đi của rơ le, switch và các linh kiện khác
- Có thể thiết kế được các kết cấu cơ khí nhỏ mang tính chính xác tương đối trong mô hình, làm tiền đề cho các hệ thống lớn sau này.
- Thiết kế và thi công bảng điện với tính thẩm mỹ và kỹ thuật cao phù hợp với các tiêu chuẩn tủ điện thực tế.
Mô hình hoạt hoạt động ổn định và chính xác, đúng yêu cầu công nghệ đã đề ra. Đây là nguồn tài liệu cho sinh viên nghiên cứu, cho các kỹ sư điện tham khảo để thiết kế hệ thống tiết kiệm chi phí.
2. Hướng phát triển:
Mô hình có thể cái tiến theo nhiều hướng như: Tính toán và đưa ra các thông số chính xác để có thể ứng dụng mô hình trong các nhà máy xí nghiệp lớn, có thể đưa ra hướng phát triển mơi để tiết kiệm chi phí và điện năng thông qua năng lượng mặt trời, áp dụng các phương pháp hoá sinh để tăng tuổi thọ các túi lọc khí với mức chi phí thấp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] SIMATIC S7-1200 System Manual, Update to edition 05/2009.
[2] Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hoàng (2003), Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Tp.HCM.
[3] Phạm Quang Huy, Ngô Văn Thuyên (2017), Lập Trình Với PLC S7-1200 Và S7-1500, Nhà Xuất Bản Thanh Niên, STK.
[4] Công Ty Tnhh Mtv Tm&Dv Kỹ Thuật Điện C.D.E [5] User MD200 AC Driver General Purpose, Open Loop. [6] Lý thuyết điều khiển tự động, Phan Xuân Minh
[7] Hệ thống sản xuất tự động hoá tích hợp máy tính, Trần Trọng Minh và Nguyễn Phạm Thục Anh
Đọc tín hiệu analog: