Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của CB
Hình 2.44 Sơ đồ cấu tạo CB bảo vệ dịng cực đại
Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, CB được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm với tiếp điểm động.
Bật CB ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút.
Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 lớn hơn lực lò xo 6 làm cho nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 5 được thả tự do, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của CB được mở ra, mạch điện bị ngắt.
Phân loại CB
CB được phân thành nhiều loại tùy thuộc vào:
- Chức năng: Bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải, bảo vệ thấp áp, bảo vệ dòng rò ,…
- Giá trị dòng điện bảo vệ và vị trí trong mạng điện: MCB (Miniture Circuit Breaker), MCCB (Moulded Case Circuit Breaker), ACB (Air Circuit Breaker) và VCB (Vaccum Circuit Breaker).
- Số pha: 2 pha, 3 pha
- Số cực: 1 cực, 2 cực, 3 cực và 4 cực
Các thơng số kỹ thuật chính của CB
- Tần số định mức : f (Frequency)
- Điện áp làm việc định mức : Ue (Rated service voltage) - Điện áp chịu xung định mức : Uimp (Rated withstand volt - Điện áp cách điện định mức : Ui (Rated insulation voltage) - Dòng điện làm việc định mức : In (Nominal current)
- Dòng cắt định mức : Iu (Rated uninterrupted current)
- Khả năng cắt dòng ngắn mạch tối đa: Icu (Rated ultimate short circuit breaking capacity)
- Khả năng cắt thực tế: Ics = % Icu (Rated service short circuit breaking capacity). [24]
2.2.9. Relay
Khái niệm chung
Relay là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển. Bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực.
Cấu tạo của Relay
Cấu tạo chung của Relay bao gồm 3 cơ cấu cơ bản sau:
- Cơ cấu tiếp thu: Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian.
- Cơ cấu trung gian: Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động.
- Cơ cấu chấp hành: Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển. Phân loại Relay
Có nhiều loại relay với ngun lí và chức năng làm việc rất khác nhau - Phân loại theo ngun lí làm việc gồm các nhóm:
+ Relay điện cơ (relay điện từ, relay từ điện, relay cảm ứng,…) + Relay nhiệt
+ Relay từ
+ Relay điện tử-bán dẫn, vi mạch + Relay số
- Phân theo nguyên lý tác động của cơ cấu chấp hành:
+ Relay có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm.
+ Relay không tiếp điểm (relay tĩnh): loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điện cảm, điện dung, điện trở, ...
- Phân loại theo đặc tính tham số vào:
+ Relay dịng điện + Relay điện áp + Relay công suất + Relay tổng trở,...
- Phân loại theo cách mắc cơ cấu:
+ Relay sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ.
+ Relay thứ cấp: loại này mắc vào mạch thông qua biến áp đo lường hay biến dòng điện.
- Phân theo giá trị và chiều các đại lượng đi vào relay: + Relay cực đại.
+ Relay cực tiểu.
+ Relay cực đại-cực tiểu. + Relay so lệch.
2.2.10. Nút nhấn, công tắc, đèn báo và còi
Nút nhấn
- Khái niệm: Nút nhấn, hay còn gọi là nút điều khiển – là một loại khí cụ điện dùng
để chuyển đổi, đóng ngắt từ xa các mạch điều khiển hay thiết bị điện có cơng suất nhỏ.
Hình 2.46 Hình ảnh một số loại nút nhấn - Phân loại: - Phân loại:
+ Theo cấu trúc: Loại hở, loại kín, chống cháy nổ, kín nước, có đèn báo. + Theo số cặp tiếp điểm: Một cặp tiếp điểm, hai cặp tiếp điểm, … - Cấu tạo:
+ Tiếp điểm tĩnh. + Tiếp điểm động.
+ Cơ cấu tác động chuyển trạng thái tiếp điểm. + Vỏ bảo vệ.
- Nguyên lý hoạt động: Với nút nhấn có đặc tính hồn ngun, khi tác động thì chuyển trạng thái tiếp điểm, sau khi ngừng tác động thì trở về trạng thái đầu. Nút nhấn có chốt gài thì nhấn lần đầu chuyển trạng thái tiếp điểm, nhấn thêm một lần trở về trạng thái tiếp điểm ban đầu.
Công tắc
- Khái niệm: Cơng tắc là một loại khí cụ điện đóng ngắt dịng điện bằng tay, có 2
hoặc nhiều trạng thái ổn định. Dùng để chuyển đổi, đóng ngắt mạch điện cơng suất nhỏ. Cơng tắc điện có bố trí cơ cấu lị xo nên việc đóng ngắt xảy ra nhanh và dứt khoát, hạn chế được hồ quang.
- Phân loại
+ Theo số pha: Công tắc một pha, công tắc ba pha
+ Theo phương thức tác động: Nhấn, gạt, xoay, công tắc hành trình. - Cấu tạo
+ Tiếp điểm tĩnh + Tiếp điểm động
+ Cơ cấu tác động chuyển trạng thái tiếp điểm + Vỏ bảo vệ
Đèn báo và còi báo
- Khái niệm: Đèn báo và cịi báo là một loại khí cụ điện dùng để biểu thị trạng thái
hoạt động của một mạch điện bằng ánh sáng và âm thanh.
- Phân loại: Được phân loại dựa vào điện áp hoạt động: DC (5V, 12V, 24V,…) và
AC (110V, 220V, …)
Hình 2.48 Hình ảnh một số loại đèn báo và coi báo trong công nghiệp
2.2.11. Tủ điện
Khái niệm chung
- Tủ điện là nơi dùng để chứa/đựng các thiết bị/bảng thiết bị điện như: CB, công tắc, cầu dao, biến thế, biến áp... ở các cơng trình, nhà cửa, nhà máy... thường có hình chữ nhật hoặc vng, tùy theo vị trí và mục đích sử dụng.
- Tủ điện là một bộ phận không thể thiếu trong bất kỳ cơng trình cơng nghiệp hay dân dụng nào, từ nhà máy điện đến các trạm biến áp, hệ thống truyền tải phân phối đến các hộ tiêu thụ điện. Nó được dùng làm nơi để lắp đặt và bảo vệ cho các thiết bị đóng cắt điện và thiết bị điều khiển, và là nơi đấu nối, phân phối điện cho cơng trình, đảm bảo cách ly những thiết bị mang điện với người sử dụng điện trong quá trình vận hành.
Hình 2.49 Hình ảnh các loại tủ điện Cấu tạo Cấu tạo
- Tủ điện có thể được làm từ tấm kim loại hoặc composit với kích thước và độ dày khác nhau tùy theo nhu cầu sử dụng. Trong các ứng dụng thông thường, tủ điện thường được sơn tĩnh điện trơn hoặc nhăn với các màu sắc khác nhu tùy theo lĩnh vực sử dụng hoặc yêu cầu của thiết kế. Trong lĩnh vực thực phẩm hoặc y tế … thì tủ điện có thể làm bằng vật liệu thép không gỉ.
- Vỏ tủ điện được sử dụng để lắp đặt và bảo vệ các thiết bị điện. Đặc tính tiêu chuẩn:
Vật liệu: Tôn đen sơn tĩnh điện hoặc thép không gỉ (Inox)
Kích thước chiều cao: 200 ÷ 2200 mm.
Kích thước chiều rộng: 200mm trở lên.
Kích thước chiều sâu: 150 ÷ 1000 mm.
Độ dày vật liệu: 1.0mm, 1.2mm, 1.5mm, 2.0mm.
Màu thông dụng: kem nhăn, xám, cam hoặc màu của vật liệu. Phân loại
- Vỏ tủ điện kín nước
- Vỏ tủ điện kín nước 1 mái che - Vỏ tủ điện kín nước 2 mái che
- Vỏ tủ điện kín nước 1 mái che có bát treo - Vỏ tủ điện phân phối
- Vỏ tủ điện có khung - Vỏ tủ điện ngoài trời. [25]
Cơ sở lý thuyết của Webserver
2.3.1. Giới thiệu
- Webserver là một tính năng được hỗ trợ bởi hãng Siemen, cho phép cho người vận hành có thể điều khiển và giám sát hoạt động PLC từ xa thông qua một trình duyệt web, truy cập thơng qua Standard Page hoặc User Page.
- Webserver của S7-1200 cung cấp tính năng là có thể tạo ra một trang web riêng kết hợp với các Tag của PLC S7-1200.
- Tạo ra trang web này bằng cách sử dụng trình soạn thảo HTML sau đó tải chúng vào PLC. Web riêng này sẽ được nhúng vào trong Webserver.
Hình 2.50 Sơ đồ thể hiện tổng quát cách nhúng User-defined web
2.3.2. Cấu hình Webserver cho PLC
- Bước 1: Xác định địa chỉ IP của PLC. Địa chỉ IP của PLC chính là địa chỉ truy cập vào Webserver.
- Bước 2: Bật các bit hệ thống, các bit này có thể sử dụng hoặc khơng sử dụng khi lập trình Webserver, nhưng tốt nhất nên bật để sau này có thể sử dụng.
Hình 2.52 Bật các bit hệ thống của PLC
- Bước 3: Bật chức năng PUT/GET từ PLC, khi bật chức năng này thì webserver mới có thể truy cập được vào PLC.
Hình 2.53 Bật chức năng PUT/GET của PLC
Hình 2.54 Bật chế độ full acess của PLC - Bước 5: Bật chức năng Webserver. - Bước 5: Bật chức năng Webserver.
Hình 2.55 Bật chức năng Webserver
Hình 2.56 Bật tất cả Option cho User
- Bước 7: Tạo khối Database (DB) truyền thông dữ liệu giữa PLC và Webserver.
- Bước 8: Tạo các tag với mục đích điều khiển trên Webserver.
Hình 2.58 Tạo các Tag điều khiển trên Webserver
- Bước 9: Tạo một watch table và gọi tất cả các tag cần đưa lên Webserver vào table vừa tạo.
Hình 2.59 Tạo Watch table và các Tag đưa lên Webserver
- Bước 10: Tại phần cứng PLC mục Webserver chọn Watch table thêm Watch table vừa tạo vào.
Hình 2.60 Thêm Watch table vừa tạo
- Bước 11: Tải chương trình xuống PLC và thử nghiệm, tại trình duyệt google chrome nhập địa chỉ PLC
2.3.3. Gọi chương trình HTML trong tia portal bằng khối dữ liệu
- Để trang web chúng ta tự định nghĩa hoạt động và hiện lên trong trang web chuẩn của PLC s7-1200 thì bắt buộc phải lập trình bằng một khối dữ liệu trang chương trình chính của TIA.
- Khối dữ liệu đó là khối WWW, bằng cách gọi lệnh WWW và thiết lập các thơng số.
Hình 2.62 Khối lệnh WWW.
Ngõ vào CTRL_DB là cho biết giá trị bắt đầu của khối BD
Ngõ ra RET_VAL là giá trị trả về.
- Trong phần mềm Tia portal cấu hình thêm Folder web vào PLC
Hình 2.63 Cấu hình thêm Folder web vào PLC - Chọn start page là trang web vừa tạo trong folder có tên Index.html
Hình 2.64 Chọn Start Page cho trang Web
- Tải chương trình xuống PLC và thử nghiệm, tại trình duyệt Google Chrome nhập địa chỉ PLC. [26]
Cơ sở lý thuyết xuất file báo cáo
2.4.1. Giới thiệu
Xuất file báo cáo nhờ vào Microsoft Excel dùng để ghi, lưu và phân tích dữ liệu các thông tin của hệ thống. Với chức năng vơ cùng to lớn của Microsoft Excel nó giúp hệ thống thu thập đầy đủ dữ liệu của hệ thống.
2.4.2. Cách xuất báo cáo Excel trên TiaPortal
- Đầu tiên ta tạo 2 thư mục nằm trong ổ đĩa trong đó 1 thư mục chứa 1 file gốc Excel (file gốc có đầy đủ thơng tin mà ta muốn hiển thị sau khi xuất file Excel), còn 1 thư mục chứa file cịn lại để lưu thơng tin sau khi xuất.
Hình 2.65 File Excel mẫu chứa các thơng tin cần xuất.
- Sau khi ta viết chương trình xong kết nối hồn tất giữa PLC và thiết bị. Trong khung “Devices” ta nhấn chọn “PC-System_1”, tiếp tục chọn “HMI_RT_1” sau đó chọn “Scripts”, chọn “VB scripts” chọn “Add new function” để nhập code để xuất ra file báo cáo.
Chương 3: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ
Yêu cầu hệ thống
Yêu cầu về phần cơ khí: Phần cơ khí được xây dựng và lắp đặt với tiêu chí đề
cao sự chắc chắn, chính xác, độ ổn định cũng như đảm về vấn đề vệ sinh nhằm nâng cao tuổi thọ và hạn chế tối đa các lỗi có thể xảy ra của mơ hình.
Với các tiêu chí về phần cơ khí và yêu cầu của đồ án, mơ hình hệ thống pha trộn sơn và đóng nắp tự động được xây dựng với 4 khâu chính.
+ Khâu cấp lon: Lon trống được đặt trong 1 ống hình trịn, cơ cấu cấp lon được thực hiện bởi 1 xylanh đẩy đưa lon từ ống đến băng tải chính.
+ Khâu chiết rót: 4 cảm biến lưu lượng đọc xung tốc độ cao kết hợp 4 van điện từ đóng mở dịng chảy màu sơn pha đảm nhiệm việc rót sơn vào lon theo đúng với tỉ lệ màu.
+ Khâu đóng nắp và cấp nắp: Gồm 1 băng tải cấp nắp, 1 xylanh đẩy nắp vào vị trí đóng nắp và 1 xylanh đập nắp.
+ Khâu trộn sơn: Gồm 1 xylanh đưa lon vào cơ cấu trộn và 1 xylanh đẩy lon ra. Lon sơn được lắc đều nhờ 1 động cơ bước.
Phần điện của mơ hình: Nguồn điện của mơ hình gồm 2 loại nguồn chính là nguồn điện xoay chiều 220V để cấp cho nguồn tổ ong và nguồn điện một chiều 24V cung cấp cho CB, PLC chính, module mở rộng, các cảm biến, van điện từ, các đèn báo, buzzer, các van khí nén, động cơ bước. Phần thiết kế điện phải thật hợp lý, an tồn, việc kết nối diễn ra một cách chính xác, các đầu dây đấu nối được bấm code và bố trí hợp lý. Phần tủ điện của mơ hình phải được thiết kế sao cho gọn gàng, ngăn nắp, dễ vận hành, bảo trì, sửa chữa một cách dễ dàng.
Phần giao diện SCADA: gồm 3 màn hình. Một màn hình chính giới thiệu, một màn hình chọn màu sơn và số lượng, một màn hình vận hành gồm các nút nhấn điều khiển, hiện thị số lượng lon hiện tại. Scada phải được thiết kế cung cấp đầy đủ thông tin, cách hiện thị rõ ràng gần gũi với người sử dụng.
Tính tốn thiết kế
3.2.1. Quy trình vận hành của hệ thống
Chọn mã màu sơn và nhập số lượng lon cần pha từ màn hình SCADA.
Sau khi xác nhận mã màu sơn, số lượng lon hợp lệ, kiểm tra số lượng màu sơn trên bể đạt yêu cầu, nhấn START trên màn hình Scada hoặc điều kiển trực tiếp trên tủ điều khiển để hệ thống bắt đầu làm việc.
Băng tải hoạt động, xy lanh 1 bắt đầu cấp lon. Khi cảm biến 1 phát hiện lon, băng tải dừng lại. Cảm biến lưu lượng kết hợp van điện từ tiến hành rót sơn theo đúng tỉ lệ. Rót sơn hồn tất.
Khi cảm biến 2 phát hiện lon, băng tải dừng lại, xy lanh đẩy nắp hành trình ra, đẩy nắp vào vị trí đóng nắp, xy lanh đẩy nắp hành trình vào, xy lanh đóng nắp hành trình ra đóng nắp rồi rút về. Sau khi đóng nắp xong, băng tải cấp nắp chạy trong 2s rồi dừng để đưa nắp vào đúng vị trí, băng tải chính hoạt động.
Khi cảm biến 3 phát hiện lon, băng tải chính dừng lại, xy lanh đẩy lon vào cơ cấu trộn hành trình ra, động cơ trộn bắt quay đủ số vịng thì dừng.
Nếu số lon đưa vào băng tải nhỏ hơn số lon yêu cầu thì xy lanh tiếp tục cấp lon vào băng tải.
Trộn sơn xong, xyl anh đẩy lon vào cơ cấu trộn hành trình vào. Xy lanh đẩy lon ra cơ cấu trộn hành trình ra, sau đó xy lanh đẩy lon ra cơ cấu trộn hành trình về. Băng tải chính hoạt động đưa lon về cuối bang tải rồi dừng.
Trong quá trình hệ thống hoạt động:
+ Nhấn nút EMO_STOP, reset tất cả các cơ cấu chấp hành, tiến hành khắc phục lỗi