42
- Việc sử dụng rất đơn giản, dễ khác phục sự cố.
- Dễ dàng thêm các cổng ROM,RAM, I/O.
3.7.3.2 Nhược điểm
- Chống nhiễu không tốt, thiếu sự ổn định.
- Không thể sử dụng cho các thiết bị có cơng suất lớn.
- Chủ yếu sử dụng cho các thiết bị vi mô. 3.7.4 Phương pháp điểu khiển sử dụng máy tính
Hình 3.28 Hệ thơng điều khiển sử dụng máy tính
Phương pháp này sử dụng card mở rộng để truyền giao tiếp và truyền dữ liệu giữa máy tính với đối tượng được điều khiển. Thuật toán điều khiển được viết dưới dạng chương trình phần mềm. Sau khi tính tốn máy tính truyền tín hiệu thơng qua card mở rộng đến hệ thống cần điều khiển.
3.7.4.1 Ưu điểm
- Tính tốn nhanh chóng nhờ cơng nghệ.
- Dễ lập trình.
- Máy tính cơng nghiệp hoạt động ổn định.
- Có thể thực hiện những thuật tốn khó, hệ thống phức tạp.
- Kích thước gọn gàng.
3.7.4.2 Nhược điểm
- Giá thành rất cao.
- Phù hợp với điều khiển hệ thống phức tạp.
43
3.8 So sánh và lựa chọn phương án điều khiển phù hợp 3.8.1 Chọn phương án phù hợp 3.8.1 Chọn phương án phù hợp
Qua q trình phân tích ưu nhược điểm của 4 hệ thống phổ biến hiện nay, mỗi hệ thống đều có mỗi điểm tối ưu riêng. Với yêu cầu cơ bản như mơ hình tẩy rửa trang sức ta có thể thấy “Phương pháp sử dụng bộ điều khiển PLC” là phù hợp nhất ở thời điểm hiện tại.
Mơ hình máy tẩy rửa trang sức cần mức độ giải thuật ở mức vừa phải, yêu cầu có tính ổn định cao, trong mơi trường bụi bẩn, chống nhiễu tốt. Bộ điều khiển PLC là lựa chọn tốt nhất cho mơ hình.
3.8.2 Tính chọn thiết bị khí cụ cho cơ cấu chấp hành
3.8.2.1 Mạch động lực
❖ Cơ cấu chấp hành.
➢ Quạt gió cơng nghiệp:
Trong mơ hình tẩy rửa trang sức, ta sử dụng 2 quạt gió cơng nghiệp để thực hiện nhiệm vụ sấy khơ
Thơng số quạt gió u cầu:
• Cơng suất quạt: 120 W
• Điện áp: 220 V
➢ Đèn sấy công nghiệp
Mơ hình tẩy rửa trang sức tại khu vực làm khơ cịn có một đèn sấy loại cơng nghiệp
Thơng số đèn sấy u cầu:
• Cơng suất đèn: 1000 W
• Điện áp: 220 V
Tổng công suất các thiết bị: 𝑃 = 1000 + 120 + 120 = 1240 𝑊 Cơng thức tính: 𝑃 = 𝑈. 𝐼. 𝑐𝑜𝑠𝜑
Trong đó:
• I: Cường độ dòng điện (A)
44 • P : Cơng suất tiêu thụ (W) • Cos𝜑 : Hệ số cơng suất = 0,8
• Cường độ dịng điện : 𝐼 = 𝑃
𝑈.𝑐𝑜𝑠𝜑 = 1240
220 . 0,8= 7,045 (𝐴)
❖ Nối lưới ➢ Áp tô mát
Tại mạch động lực ta chọn 1 CB 1 pha có tính năng đóng ngắt, cách ly, bảo vệ quá tải và bảo vệ ngắn mạch.
Thơng số kĩ thuật u cầu:
• Điện áp danh định : UCB ≥ 220 V
• Dịng điện: ICB > 1,2.I > 1,2.7,045 > 8,4 A • Dịng cắt mạch : ICU > 12.I > 12.7,045 > 84 A Thiết bị được chọn : BKN 2P B10A
• Chọn MCB có dịng điện : ICB = 10 A
• Điện áp : UCB = 400 VAC
• Dịng cắt mạch ICU = 10kA
❖ Nối tải
➢ Contactor
Thơng số u cầu:
• Contactor được tính theo thiết bị chiếu sáng
• Điện áp danh định
• Dịng điện danh định theo AC-3
• Cuộn hút
• Lựa chọn thiết bị • IMC = IĐèn = 5,68 A
• Mã sản phẩm: MC-6a
• Điện áp danh định: Ue = 690 V
• Dịng điện danh định: IMC = 6 A
45 ➢ Relay trung gian
Có nhiệm vụ chuyển tiếp mạch điện cho một thiết bị điện khác ở đây là quạt gió, đèn
Thơng số u cầu của quạt gió:
• Dịng điện 1,4 A (dịng danh định bảo vệ quạt gió)
• Điện áp danh định Lựa chọn thiết bị: • Mã sản phẩm: MY2N – GS DC24 • Dịng điện 3A • Điện áp 24 VDC 3.8.2.2 Mạch điều khiển ❖ Thiết bị điều khiển
• MCB : cấp nguồn cho 2 bộ nguồn 12 V và nguồn 24 V để điều khiển
thiết bị bên trong hệ thống.
• Nguồn tổ ong 12V có thơng số đầu vào: 220V – 1.8A
• Nguồn cấp cho HMI 24V có thơng số đầu vào: 220V – 2A
Thơng số kĩ thuật u cầu cho MCB:
• Điện áp danh đinh: 220V
• Dịng điện: IMCB = 1,2 * (1,8+2) = 4,56 A • Dòng cắt mạch: ICU = 12 * (1,8+2) = 45,6 A Chọn thiết bị có mã sản phẩm: BKN 2P B6A • Dịng điện: IMCB = 6 A • Dịng cắt mạch: ICU = 6 kA • Điện áp danh định: 220 V ❖ Nút nhấn, đèn tín hiệu
Thơng số u cầu : 22 mm, 220V AC/DC, 5 A Nút nhấn
46
• Nút dừng khẩn cấp: 22mm, 1 NO – NC
Đèn tín hiệu
• đèn xanh, đỏ, vàng: 22mm, 220V – 20mA
• Đèn báo có cịi : 22mm, 220V – 20mA
Hình 3.29 Sơ đồ đấu dây đèn trạng thái và còi 3.9 Kết luận 3.9 Kết luận
Qua chương 3, nhóm đã thực hiện tính tốn các thiết bị về động cơ, xi lanh và các tính tốn về kết cấu cơ khí. Bên cạnh đó, nhóm đã đưa ra các phương án lựa chọn cách điều khiển khác nhau. Kết hợp giữa PLC và mạch điện khí cụ là phương án phù hợp nhất để điều khiển mơ hình tẩy rửa trang sức. Ta cùng tìm hiểu và phân tích về bộ điều khiển PLC tại chương tiếp theo.
47
Chương 4
BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
Qua những phân tích về ưu, nhược điểm của các loại bộ điều khiển PLC như về giá thành, giao diện phần mềm, độ ổn định,… Nhóm quyết định lựa chọn PLC thuộc hãng Omron có mã sản phẩm là CP1E – N40DR – A. Đây là bộ điều khiển PLC thuộc dòng cơ bản với 40 đầu vào/đầu ra và được sử dụng rộng rãi trong thị trường.
4.1 Giới thiệu về PLC CP1E – N40DR – A
PLC Omron dòng CP1E được ứng dụng rộng rãi trên thị trường, phù hợp cho việc nghiên cứu học tập và thực hiện các mơ hình sản phẩm vừa và nhỏ.
48
PLC Omron CP1E – N40DR – A bao gồm:
- Nguồn: 100 – 240 VAC
- Ngõ vào: 24
- Ngõ ra relay: 16
- I/O lớn nhất: 180
- Hỗ trợ: Kết nối với Module RS-232/485/422.
- Kết nối: Mô đun mở rộng (tối đa 3 mơ đun cho CPU), Màn hình HMI NB
Series.
- 2 nút xoay : điều chỉnh giá trị analog 8 bit trong PLC.
- Đầu vào/Đầu ra: 4 đầu vào 10 kHz, 2 đầu ra 100 kHz.
- Bộ nhớ: 8K step.
PLC Omron CP1E - N40DR - A chứa hầu hết các cổng kết nối và các chức năng cần thiết để có thể điều khiển 1 hệ thống không quá phức tạp.
4.2 Nguyên lý hoạt động
Mơ hình máy tẩy rửa trang sức là một hệ thống có khả năng tự động hố rất cao được lập trình và hoạt động theo 1 chương trình định sẵn. Do vậy, yêu cầu về khả năng vận hành tự động là cực kì cần thiết. Bộ điều khiển PLC và chương trình điều khiển là những phần cần thiết trong việc đảm bảo hệ thống hoạt động một cách ổn định.
Chương trình điều khiển của hệ thống sử dụng ngơn ngữ lập trình Ladder hay còn gọi là sơ đồ bậc thang hoặc LAD. Nó là một ngơn ngữ lập trình đồ hoạ thể hiện các hoạt động logic với kí hiệu tượng trưng.
Cơ cấu điều khiển: Nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện những biến đổi cần thiết để có được tín hiệu thích hợp với điều kiện vận hành của hệ thống, đồng thời để kiểm tra các hoạt động của chúng bằng cách nhận tín hiệu được gửi về từ các cảm biến tiệm cận được đặt trên mơ hình.
Về cơ bản, bộ điều khiển mơ hình tẩy rửa trang sức bao gồm những phần chính như sau:
49
- PLC CP1E – N40DR – A: là trung tâm điều khiển của mơ hình. Thơng qua
chương trình điều khiển thì máy tính sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến mạch trung tâm.
- Cảm biến tiệm cận: Gửi các tín hiệu điều khiển tương ứng đến giới hạn
hành trình hoạt động của các cơ cấu trong hệ thống.
- Màn hình HMI: gửi các tín hiệu điều khiển đến PLC để điều khiển mạch
điện.
- Xi lanh điện: nhận tín hiệu điều khiển từ PLC thực hiện các tác vụ di chuyển như chương trình đã định sẵn.
- Động cơ DC: nhận tín hiệu điều khiển từ PLC thực hiện việc chuyển động
và dừng băng tải.
- Thơng qua bộ điều khiển, q trình hoạt động của máy được tác động lên
như sau:
- Chương trình điều khiển được lập trình trên máy tính và nạp xuống bộ điều khiển PLC thông qua dây cáp USB type B. Chương trình điều khiển từ PLC truyển tín hiệu tương ứng để điều khiển các cơ cấu chấp hành thông qua việc đóng ngắt relay.
50
4.3. Ứng dụng vào hệ thống 4.3.1 Sơ đồ input/output cho PLC 4.3.1 Sơ đồ input/output cho PLC
Hình 4.2 Sơ đồ Input/Output cho PLC 4.3.2 Sơ đồ input/output cho tay nâng 4.3.2 Sơ đồ input/output cho tay nâng
Hình 4.3 Sơ đồ Input/Output cho xi lanh tay nâng
PLC Omon CP1E I0.01 I0.02 I0.03 I0.04 I0.05 I0.06 I0.07 I0.08 I0.09 100.00 100.01 100.02 100.03 100.04 100.05 100.06 100.07 101.00 101.01 101.02
Xi lanh tay nâng 150 mm Start Stop CB5 CB6 CB7 Timer Move + Move -
51
5.3.3 Xây dựng sơ đồ Input/Output cho xi lanh tay gạt
Hình 4.4 Sơ đồ Input/Ouput cho xi lanh tay gạt 4.3.4 Lưu đồ giải thuật PLC 4.3.4 Lưu đồ giải thuật PLC
Khi bắt đầu chạy auto, nếu cảm biến 4 có tín hiệu và cảm biến 5 có tín hiệu và cảm biến khay chứa sản phẩm có tín hiệu, tay gạt di chuyển chiều thuận đưa khay chứa từ khu vực đầu vào đến trạm rửa 1.
Khi đến trạm rửa 1, cảm biến 2 có tín hiệu, tay gạt dừng lại và di chuyển ngược lại đến cảm biến an tồn 3 có tín hiệu thì dừng lại.
Khi cảm biến 3 có tín hiệu cũng đồng thời tay nâng di chuyển khay chứa xuống bồn, khi tay nâng đến cảm biến 6 sẽ tiếp tục chu trình tiếp theo.
Xi lanh tay gạt 500 mm Stop Start CB1 CB2 CB3 Timer Move + Move -
52
Hình 4.5 Lưu đồ giải thuật di chuyển khay chứa đến trạm rửa
- Khi tay nâng di chuyển xuống cảm biến an toàn 6, cảm biến 6 có tín hiệu tay gạt sẽ di chuyển về vị trí cảm biến 4 và dừng lại đợi đợt tiếp theo.
- Đồng thời tay nâng di chuyển xuống cảm biến 7, khi có tín hiệu cảm biến 7 sẽ bắt đầu quá trình rửa sản phẩm trong thời gian 20s.
53
- Sau khi kết thúc thời gia rửa 20s, tay nâng di chuyển lên cảm biến 5. Cảm biến 5 có tín hiệu sẽ lặp lại chu trình tiếp theo.
Hình 4.6 Lưu đồ giải thuật điều khiển rửa khay chứa
- Khi tay gạt đưa khay chứa đến trạm sấy, cảm biến 8 có tín hiệu sẽ bắt đầu tính thời gian sấy 15s. Kết thúc thời gian sấy 15s, đợi khay chứa tiếp theo.
54
Hình 4.7 Lưu đồ giải thuật điều khiển khay chứa vào trạm sấy 4.3.5. Chương trình điều khiển 4.3.5. Chương trình điều khiển
❖ Phần bắt đầu hệ thống:
- Chức năng chuyển trạng thái từ chế độ manual sang chế độ auto.
- Chức năng dừng trên HMI và nút dừng khẩn cấp emergency.
55
- Khi vào chế độ auto, nếu tay nâng chưa ở vị trí cảm biến 5, tay gạt chưa ở vị trí cảm biến 4. Sẽ có tín hiệu cho tay nâng và tay gạt di chuyển về vị trí cảm biến.
- Khi tay gạt ở đúng vị trí cảm biến 4 và tay nâng ở vị trí cảm biến 5 thì bắt đầu cho phép hoạt động chu trình.
56
- Khi chu trình hoạt động, cảm biến 4, cảm biến 5 được nhận tín hiệu và có khay chứa tại vị trí cảm biến 1 thì tay gạt di chuyển chiều thuận bắt đầu gạt sản phẩm từ khu vực đầu vào đến trạm rửa 1.
- Khi tay gạt đến đúng vị trí trạm rửa 1, cảm biến 2 sẽ nhận tín hiệu cho tay gạt dừng và di chuyển ngược lại đến khi cảm biến 3 nhận tín hiệu.
- Khi cảm biến 3 nhận tín hiệu, tay gạt sẽ dừng lại. Tại vị trí cảm biến 3 tay gạt ở vị trí an tồn đồng thời tay nâng di chuyển khay chứa xuống bồn rửa.
- Khi tay nâng di chuyển khay chứa xuống bồn rửa đến vị trí cảm biến 6, tay gạt di chuyển chiều ngược lại về vị trí cảm biến 4 và dừng lại đợi đợt tiếp theo.
- Tay nâng di chuyển tiếp tục đến vị trí cảm biến 7, khi cảm biến 7 nhận tín hiệu bắt đầu tính thời gian rửa. Đồng thời tay nâng di chuyển lên vị trí cảm biến 6. Lúc này tay nâng sẽ di chuyển trong khu vực từ vị trí cảm biến 6 đến vị trí cảm biến 7.
- Khi kết thúc thời gian rửa, tay nâng sẽ được nhận tín hiệu di chuyển lên vị trí cảm biến 5.
57
❖ Khi chuyển sang chế độ manual, các cơ cấu chấp hành sẽ di chuyển theo các
lệnh điều khiển.
❖ Phần báo trạng thái:
- Khi cảm biến 1 có tín hiệu, sẽ set vào địa chỉ H2.00 để hiển khu vực đầu vào có khay chứa sản phẩm. Đồng thời cho counter 000 đếm lên 1.
- Khi counter 000 lên 1 và tay gạt di chuyển chiều thuận đưa khay chứa đến
trạm rửa 1. Lệnh KEEP sẽ set cho địa chỉ H2.01 lên mức 1 để hiển thị khay chứa sản phẩm đang ở vị trí trạm rửa 1. Đồng thời reset counter 000
58
- Counter 001 đếm sô lần di chuyển chiều thuận của tay gạt. Nếu từ lúc bắt đầu hoạt động, tay gạt di chuyển chiều thuận 2 lần thì khay chứa được đưa đến vị trí trạm rửa 2. Lệnh KEEP sẽ set cho địa chỉ H2.02 lên mức 1 để hiển thị khay chứa sản phẩm đang ở vị trí trạm rửa 2.
- Khi cảm biến 8 có tín hiệu, địa chỉ H2.02 lên mức 1 để hiển thị khay chứa sản phẩm đang ở vị trí trạm sấy.
❖ Phần khai báo địa chỉ cho HMI:
- Khi cấp nguồn PLC, cờ P_On luôn ở trạng thái 1. D20 là vùng nhớ dùng để
nhập thời gian rửa theo từng loại sản phẩm, được nằm trong khoảng
- 20s ≤ D20 ≤ 120s.
- Khi thời gian chọn nằm trong khoảng từ 20 đến 120, D20 được hiển thị trên
HMI.
- Lệnh *B là lệnh phép nhân, giá trị nhập trên PLC 10 tương ứng là 1s, vì vậy cần dùng lệnh nhân để PLC hiểu được giá trị mong muốn.
59
- Vùng nhớ D23 hiển thị tổng thời gian sấy trong 1 khay chứa sản phẩm.
- Lấy dữ liệu chứa thời gian thực trong PLC Omron CP1E và đưa dữ liệu thời
gian ra vùng nhớ data để dùng làm thời gian shutdown cho hệ thống.
- A351.00 – A351.07: chứa dữ liệu giây: 00 đến 59.
- A351.08 – A351.15: chứa dữ liệu phút: 00 đến 59.
- A352.00 – A352.07: chứa dữ liệu giờ: 00 đến 23.
- A352.08 – A352.15: ngày trong tháng: 01 đến 31.
- A353.00 – A353.07: dữ liệu tháng: 01 đến 12.
- A353-08 – A353.15: dữ liệu năm: 00 đến 99.
- A354.00 – A354.07: ngày trong tuần