3.1.1 Sơ đồ khối
Hệ thống chia làm 6 khối.
Khối cảm biến: nhận biết sản phẩm Khối điều khiển: giám sát và chọn chế độ Khối động lực: xi lanh
Khối nguồn: cấp nguồn cho hệ thống Khối cách ly,bảo vệ: Rơ le
Khối PLC: điều khiển toàn hệ thống
3.1.2 Mô tả chương trình
Quy trình công nghệ:
- Hệ thống gồm 3 van rũ bụi bằng khí nén ở áp suất cao đặt trên đầu miệng túi vải, 1 van xã bụi đặt ở dưới phễu, và 1 động cơ quạt hút
- Sử dụng plc để lập trình và điều khiển hệ thống hút lọc bụi trong sản xuất được thiết kế với 2 chế độ vận hành
chế độ 1: bằng tay (manual)
- Điều khiển các van rũ bụi, van xã bụi và động cơ quạt hút thông qua các switch. - Ở chế độ này thuận lợi cho việc bảo trì khi hệ thống gặp sự cố.
chế độ 2: tự động (auto)
- Khi nhấn nút start: động cơ quạt hút khởi động thông qua biến tần - Điều kiện: áp suất đặt:
- kiểm tra áp suất đầu vào, độ chênh lệch áp suất,
- Khí nén được nạp vào bình chứa khí nén khi áp suất trong bình chứa bằng với áp suất đặt thì kích van rũ bụi 1 hoạt động,
- khi áp suất dưới áp suất đặt thì tiếp tục nạp khí nén vào bình chứa và khi áp suất bình chứa bằng với áp suất đặt thì kích van rũ bụi 2 hoạt động, và tiếp tục quy trình với van rũ bụi 3
- khi van rũ bụi 3 ngắt thì kích van xã bụi hoạt động - Và tiếp tục quy trình hoạt động.
- Khi gặp sự cố thì đèn báo và người dùng nhấn nút dừng khẩn cấp để kiểm tra.
3.1.3 Chương trình điều khiển TIA PORTAL V16
Mở ứng dụng TIA PORTAL V16
Double click vào biểu tượng TIA Portal V16 từ màn hình Desktop của máy tính. Devices & Networks: Chọn thiết bị lập trình, xem và thay đổi thiết bị lập trình (bao gồm: PLC, HMI, PC system ).
PLC Programming: Lập trình cho PLC, xem và cập nhật chương trình mới. Visualization: Cấu hình cho giao diện HMI.
Online & Diagnostics: kết nối trực tuyến PLC và chuẩn đoán lỗi.
Chọn Creat new project chọn add new device định cấu hình của CPU là 1214 AC/DC/RL
Thiết lập module RS 485 cho CPU: chọn Hardware catalog Signal broards
chọn tiếp đầu ra DQ 24VDC (RS 485) Kéo thả module vào CPU
Sau khi click vào CPU cần kết nối sẽ xuất hiện giao diện với nhiều cửa sổ nhỏ để thiết lập kết nối và chọn các cấu hình phù hợp với chương trình chuẩn bị tạo Để thiết lập cho kết nối Profinet ta làm như sau: Ở khung General (cấu hình cho
CPU ) ta chọn vào PROFINET Interface.
Địa chỉ mặc định là: IP address: 192.168.0.1 Subnet mask: 255.255.255.0
Trong phần “Ethernet addresses” IP protocol Set IP address in project. Hình 3. 3 Add CPU và Module
Thông tin chi tiết về địa chỉ I/O của PLC được xem trong phần “Overview of Addresses”.
Hình 3. 5 Các địa chỉ I/O của CPU đang sử dụng.
3.1.4 Giao thức truyền thông Modbus RTU
Tổng quan về Modbus RTU
Giao thức Modbus RTU là một giao thức mở, sử dụng đường truyền vật lý RS- 232 hoặc RS485 và mô hình dạng Master-Slave. Đây là một giao thức được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như BMS (Building Management Systems), tự động hóa, công nghiệp, điện lực.
Cấu trúc bản tin Modbus RTU
Một bản tin Modbus RTU bao gồm: 1 byte địa chỉ - 1 byte mã hàm - n byte dữ liệu - 2 byte CRC
Chức năng và vai trò cụ thể:
Byte địa chỉ: xác định thiết bị mang địa chỉ được nhận dữ liệu (đối với Slave) hoặc dữ liệu nhận được từ địa chỉ nào (đối với Master). Địa chỉ này được quy định từ 0 - 254
Byte mã hàm: được quy định từ Master, xác định yêu cầu dữ liệu từ thiết bị Slave. Ví dụ mã 01: đọc dữ liệu lưu trữ dạng Bit, 03: đọc dữ liệu tức thời dạng Byte, 05: ghi dữ liệu 1 bit vào Slave, 15: ghi dữ liệu nhiều bit vào Slave ...
Byte dữ liệu: xác định dữ liệu trao đổi giữa Master và Slave. Đọc dữ liệu:
Master: 2 byte địa chỉ dữ liệu - 2 byte độ dài dữ liệu
Slave: 2 byte địa chỉ dữ liệu - 2 byte độ dài dữ liệu - n byte dữ liệu đọc được Ghi dữ liệu:
Master: 2 byte địa chỉ dữ liệu - 2 byte độ dài dữ liệu - n byte dữ liệu cần ghi Slave: 2 byte địa chỉ dữ liệu - 2 byte độ dài dữ liệu
Byte CRC: 2 byte kiểm tra lỗi của hàm truyền. cách tính giá trị của Byte CRC 16 Bit
Cách thức hoạt động của Modbus RTU
Modbus RTU sẽ hoạt động dựa trên nguyên tắc truyền tín hiệu thông qua Master (bên nhận) và Slave (bên truyền tín hiệu) thông qua địa chỉ thanh ghi. Các phương thức truyền tín hiệu của modbus có các dạng như RS-232, RS-485, Modbus TCP/IP sẽ truyền thông qua internet. Dùng đường truyền vật lí RS485 nên để giao tiếp được giữa master và slave ta phải cài đặt các thông số về tốc độ truyền baudrate (4800.9600.115200…), số data bit (7-8), bit stop (0-1-2) , Flag Parity kiểm tra chẵn lẻ (None, Event, Odd). Ngoài các thông số trên phản giống nhau giữa master và slave, thì bên master phải biết được ID của slave cần giao tiếp.
Mỗi thiết bị trong mạng modbus sẽ được cung cấp một địa chỉ duy nhất. Trong mạng modbus chỉ có 1 node được gán là Master (ta gọi là Master, các node còn lại gọi là Node) mới có thể khởi tạo lệnh. Trong frame truyền có chứa địa chỉ của thiết bị slave (1 đến 247), chỉ thiết bị có ID tương ứng mới đáp ứng, mặc dù các thiết bị khác có thể nhận được nó (một ngoại lệ là các lệnh có thể phát được cụ thể được gửi đến nút 0, được thực hiện nhưng không được xác nhận). Tất cả các lệnh Modbus chứa thông tin tổng kiểm tra (check sum CRC) để cho phép người nhận phát hiện lỗi truyền. Master sẽ đọc và ghi các dữ liệu vào thanh ghi của thiết bị slave.
Chuẩn RS-485:
Chuẩn RS-485 sẽ sử truyền trên 2 dây A và B mà thôi. Cách thức hoạt động cũng sẽ là so sánh chênh áp giữa A và B theo logic 0 và 1 và không hề so sánh với đất. Việc này rất thích hợp cho các ứng dụng cần truyền tín hiệu đi xa vì giá trị của
chúng chỉ là 0 với 1.
Giả sử khi giá trị của A và B lần lượt là A = 1, B = 0 thì dữ liệu nhận biết data = Ngược lại nếu A = 0 và B = 1 thì data = 0. Chính vì hoạt động theo cách trên mà khi truyền đi xa dù có sụt áp thì cũng không ảnh hưởng đến quá trình truyền dữ liệu.
Chênh áp giữa A và B trong khoảng -6 ÷ 1,6V thì dữ liệu nhận giá trị là 1 Chênh áp giữa A và B trong khoảng +1,5 ÷ +6V thì dữ liệu nhận giá trị là 0 Ưu điểm:
Có thể dùng cho nhiều loại thiết bị có chung cổng Modbus RTU
Giảm số lượng dây kết nối về cho PLC, tối ưu hóa không gian nhà xưởng hay nơi làm việc.
Tiết kiệm một số lượng lớn module mở rộng PLC.
Ổn định và ít bị nhiễu hơn so với tín hiệu analog 4-20ma.
Các dạng tín hiệu 2 dây RS-485 đều có khả năng truyền đi xa lên đến 1200m mà không sợ mất tín hiệu hay dữ liệu.
Các module hoạt động độc lập nên sẽ dễ dàng quản lý. Nhược điểm:
Tín hiệu sẽ chậm hơn việc sử dụng trực tiếp như tín hiệu analog hay digital. Chỉ phù hợp cho các điều khiển có thời gian từ 1s trở xuống.
Cần trang bị một PLC hay Scada có cấu hình mạnh để đọc hết các thanh ghi của nhiều modbus.
3.2 Chế tạo mô hình 3.2.1 Linh kiện mô hình 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.