7. Ngày hoàn thành đồ án:
3.2. Sử dụng phương pháp GRAFCET để thiết kế hệ điều khiển cho mô hình máy
máy khoan tự động.
Hình 3.2. lưu đồ GRAFCET I
Hình 3.3. Lưu đồ GRAFCET II
3.2.3. Xác định các hàm điều khiển cho mô hình máy khoan tự động
Đặt trạng thái RA bằng trạng thái ban đầu A- ,B-,D+ ,E+,M-
RA+ = g + e1E+
RA = (g +e1E+ + RA)B+
RA- = B+
B+ = ((m + a0b0d1e1)RA + B+ )A+D- (B+)- = A+D- (A+)+ = b1B+ A+ = (b1B+ + A+)A- (A+)- = A- (D-)+ = b1B+ D- = (b1B+ +D-)E- (D-)- = E- (A-)+ = a1A+ A- = ( a1A+ + A- )B- (A-)- = B- (B-)+ = a0A- B- = ( a0A- + B+)E+ (B-)- = E+ (E-)+ = d0D- E- = ( d0D- + E- )D+ (E-)- = D+ (D+)+ = e0E- D+ = (e0E- + D+)E+ (D+)- = E+ (E+)+ = b0B-d1D+ E+ = ( b0B-d1D+ + E+ )RA (E+)- = RA
3.2.4. Xây dựng mạch nguyên lý điều khiển cho mô hình máy khoan tự độngAT AT g m e1 a0 13 b0 15 d1 17 e1 19 RA21 B D- + A+ A+ D- A- B- E- D+ RA RA B+ B+ b1 25 B+ b1 31 B+ a0 43 A- a1 37 A+ d0 49 D- e0 55 E- b0 61 B 63- d1 65 D+ 57 51 45 39 33 27 E+ D+ E+ B- E- A- 29 35 41 53 47 59 11 Stop 1 E+ 7 5 3 2 23 D+ E- - B- A- D- A+ + - + M M- 1RN 2RN 41
Hình 3.4. sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển mô hình khoan tự động
3.2.5. xây dựng sơ đồ mạch lực cho mô hình máy khoan tự động
- Với sơ bộ chọn cơ cấu chấp hành như phần 3.1.2. ta chọn phương pháp điều khiển là điện khí nén rơle – tiếp điểm , sử dụng van 7/5/2
Hình 3.5. sơ đồ mạch lực xi lanh A
Hình 3.7. sơ đồ mạch lực xi lanh D
Hình 3.9. sơ đồ mạch lực của động cơ M
3.2.6. Giải thích nguyên lý hoạt động
- Trạng thái ban đầu của công nghệ mô hình khoan tự động A- ,B-,D+,E+,M-
- Đóng aptomat AT khi đó mạch điều khiển có điện - ấn nút g(3;7) thì :
• rơle RA(11;3) có điện đóng các tiếp điểm RA(3;7),(19;21)
• Cắt tiếp điểm thường đóng RA(67;69) - Ấn nút m(3;19) thì :
• Rơle B+(23;2) có điện.
• Các tiếp điểm B+(3;21),(25;27),(31;33) và B+(100;105) đóng lại
• Van 7/5/2B chuyển trạng thái “0” => “1” dẫn đến xi lanh B thực hiện quá trình B+ cố định chi tiết để chuẩn bị khoan.
• Tiếp điểm B+(7;11) cắt ra => rơle RA(11;2) bị mất điện => mở các tiếp điểm RA(3;7),(19;21) và đóng tiếp điểm RA(67;69)
- Cuối hành trình B+ thì cảm biến b1 tác động:
• Rơle A+(29;2) và rơle D-(35;2) có điện
• Các tiếp điểm A+(3;27),(37;39) và A+(100;101) được đóng lại
• Các tiếp điểm D-(3;33),(49;51) và D-(100;111) được đóng lại
• Van 7/5/2A chuyển trạng thái từ “0” => “1” khi đó xi lanh A thực hiện chu trình A+ đưa động cơ M xuống thực hiện khoan chi tiết
• Van 7/5/2D chuyển trạng thái từ “1” => “0” khi đó xi lanh D thực hiện chu trình D- nhả kẹp chi tiết.
• Các tiếp điểm thường đóng A+(21;23) và D-(21;23) bị cắt => rơle B+ mất điện và kết thúc hành trình B+.
• Các tiếp điểm B+(3;21),(25;27),(31;33) và B+(100;105) mở ra và tiếp điểm B+(7;11) đóng lại
- Cuối hành trình A+ thì đã khoan xong chi tiết và cảm biến a1 tác động
• Động cơ M thực hiện quay nghịch M-
• Rơle A-(41;2) có điện
• Các tiếp điểm A-(3;39),(43;45) và A-(100;103) được đóng lại
• Tiếp điểm thường đóng A-(27;29) mở ra => cắt điện rơle A+(29;2) kết thúc hành trình A+
• Van 7/5/2A chuyển trạng thái từ “1” sang trạng thái “0” => xi lanh A thực hiện hành trình A- đưa động cơ M trở về vị trí ban đầu.
• Khi rơle A+(29;2) mất điện thì các tiếp điểm A+(3;27);(37;39) và A+(100;101) mở ra. Đồng thời tiếp điểm thường đóng A+(21;23) đóng lại - Cuối hành trình A- thì cảm biến a0 tác động.
• Rơle B-(47;2) có điện
• Các tiếp điểm B-(3;45),(61;63) và B-(100;107) được đóng lại
• Tiếp điểm thường đóng B-(39;41) bị mở ra => ngắt điện rơle A-(41;2) kết thúc hành trình A- và M-
• Van 7/5/2B chuyển trạng thái từ “1” sang trạng thái “0” khi đó xi lanh B sẽ thực hiện hành trình B- không cố định chi tiết
• Các tiếp điểm A-(3;39),(43;45) và A-(100;103) được mở ra
• Tiếp điểm thường đóng A-(27;29) được đóng lại - Cuối hành trình D- thì cảm biến d0 tác động
• Rơle E-(53;2) có điện
• Các tiếp điểm E-(3;51),(55;57) và E- (100;115) được đóng lại
• Tiếp điểm thường đóng E-(33;35) bị mở ra => rơle D-(35;2) mất điện kết thúc hành trình D-
• Van 7/5/2E chuyển trạng thái từ “1” sang trạng thái “0” => xi lanh E sẽ thực hiện hành trình E-
• Tiếp điểm thường đóng D-(21;23) đóng lại - Cuối hành trình E- thì cảm biến e0 tác động
• Rơle D+(59;2) có điện
• Các tiếp điểm D+(3;57),(65;67) và D+(100;109) được đóng lại
• Tiếp điểm thường đóng D+(51;53) bị mở ra => rơle E-(53;2) mất điện kết thúc hành trình D+
• Van 7/5/2D chuyển trạng thái từ “0” sang “1” => xi lanh D thực hiện hành trình D+
• Các tiếp điểm E-(3;51),(55;57) và E-(100;115) được mở ra
• Tiếp điểm thường đóng E-(33;35) được đóng lại
- Khi đồng thời hành trình B- và hành trình D+ kết thúc thì các cảm biến b0 và cảm biến d1 đều tác động :
• Rơle E+(69;2) có điện
• Các tiếp điểm E+(3;67),(5;7) và E+(100;113) được đóng lại
• Các tiếp điểm thường đóng E+(45;47),(57;59) được mở ra => rơle B-(47;2) và rơle D+(59;2) bị mất điện => kết thúc hành trình B- và hành trình D+
• Van 7/5/2E chuyển trạng thái từ “0” sang “1” => xi lanh E thực hiện hành trình E+ đẩy chi tiết vào vị trí lỗ khoan mới.
- Khi xi lanh E thực hiện xong hành trình E+ thì xuất hiện trạng thái ban đầu và các cảm biến a0 , b0 ,d1,e1 đồng thời đều tác động cho phép rơle B+(23;2) thực hiện hành trình như ban đầu đã nêu ở trên.
- Khoan tự động sẽ lặp lại các hành trình như trên đến khi ấn nút stop (1;3) - Để restart chương trình thì ta ấn nút R trên mạch lực
Chương 4
TÌM HIỂU CHUNG VỀ PLC VÀ CQM1
4.1. Tìm hiểu chung về PLC
4.1.1.Các định nghĩa về PLC
- PLC là chữ viết tắt của chữ tiếng anh Programmable Logic Controller nghĩa là bộ điềuk hiển Logic lập trình được.
- PLC là thiết bị điều khiển có cấu trúc máy tính bao gồm bộ sử lý trung tâm CPU, bộ nhớ ROM , bộ nhớ RAM để nhớ chương trình ứng dụng, và các cổng vào/ra.
Hình 4.1. sơ đồ cấu trúc của PLC
Hình 4.2. sơ đồ nguyên lý của PLC a. CPU
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển sẽ thực hiện được xác định bởi một chương trình. Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay. CPU điều khiển các hoạt động bên trong của PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các
hoạt động của thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ. • CPU Models : Ứng dụng Đặc điểm Đầu vào sẵn có
Đầu vào sẵn có Kiểu
Dung lượng nhớ Khả năng vào ra max Rs 23 2 Đặt tương tự Nhịp vào ra AB S I/F Chuẩn Nhớ chương trình 3.2k WordsNhớ số liệu 1k Words 128 điểm (8 từ) 16 điểm vo DC C ó CQM1-CPU11-E CQM1-CPU21-E Dung lượng cao Nhớ chương trình: 7.2K wordsNhớ số liệu: 6K words Có Có Có CQM1-CPU41-E CQM1-CPU42-E CQM1-CPU43-E CQM1-CPU44-E • CPU Hiển Thị : Chỉ thị Tên Chức năng
Chạy Hiển thị chạy Sáng khi CPU vận hành bình
thường
ERR/ALM Hiển thị lỗi/báo động - Chớp sáng khi có một lỗi không tiền định. CPU tiếp tục
vận hành
- Sáng khi có một lỗi tiền định, khi chỉ thị này sáng, chỉ thị chạy sẽ tắt (tối). CPU ngừng làm việc, tất cả các đầu ra bị ngắt.
CQM1 Hiển thị cổng ngoại vi Chớp sáng khi CPU đang liện lạc với các phần tử khác thông qua cổng ngoại vi
CQM2 Hiển thị cổng RS – 232 Chớp sáng khi CPU đang liên lạc với các phần tử khác thông qua cổng RS – 232 (trừ CQM1-CPU11-E)
OUT INH Hiển thị cấm đầu ra Sáng khi Bit ngắt, RS 25215 làm việc, tất cả các đầu ra của PC bị ngắt
0,1,2… Hiển thị trạng thái đầu vào
Chỉ thị trạng thái ON và OFF của các Bit đầu vào của kênh IR000 trong CPU
b. Nguồn ( power supply)
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp DC ( 5V hoặc 24V ) cần thiết cho bộ xử lý với các mạch điện trong các module giao diện nhập và xuât. Có hai bộ nguồn xoay chiều và bộ nguồn một chiều, việc chọn bộ nguồn dựa trên dòng tiêu thụ 5VDC và 24VDC.
Model Number Công suất
CQM1 – PA203 5 VDC, 3.6A (18W)
CQM1 – PA206 5 VDC, 6A ; 24 VDC output, 0.5A(30W total)
• Dòng tiêu thụ của CPU và mạch vào ra
Unit Model Number Dòng tiêu thụ 5VDC
CPU CQM1-CPU11-E 800 mA CQM1- CPU12-E 820 mA CQM1- CPU41-E 820 mA CQM1- CPU42-E 820 mA CQM1- CPU43-E 980 mA CQM1- CPU44-E 980 mA Mạch đầu vào một chiều CQM1-ID211 50 mA CQM1-ID212 85 mA CQM1-ID213 170 mA
Mạch đầu vào xoay chiều
CQM1-IA 121 50 mA
CQM1-IA 221 50 mA
Mạch tiếp điểm đầu ra CQM1-OC221 430 mA
CQM1-OC222 850 mA
Transistor mạch đầu ra CQM1-OD211 90 mA
CQM1-OD212 170 mA
CQM1-OD213 240 mA
CQM1-OD214 170 mA
CQM1-OD215 110 mA
Mạch đầu ra Triac CQM1-OA221 40 mA
Mạch ghép nối B7A CQM1-B7A01 150 mA
Liên hệ vào và ra CQM1-LK501 80 mA
Bộ nguồn CQM1-IPS01 950 mA
Xenxơ CQM1-SEN01 600 mA max
c. Bộ nhớ (Memory)
Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau. Đây là nơi lưu trữ trạng thái hoạt động của hệ thống và bộ nhớ của người sử dụng. Để đảm bảo cho PLC hoạt động, phải cần có bộ nhớ để lưu trữ chương trình, đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức năng như :
• Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất/nhập được gọi là RAM xuất nhập.
• Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong : Timer, Counter, Relay.
Bộ nhớ gồm những loại sau :
• Bộ nhớ chỉ đọc ( ROM) cung cấp dung lượng cho hệ điều hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng.
• Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên ( RAM) dành cho chương trình của người dùng.
• Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho dữ liệu. Đầy là nơi lưu trữ thông tin theo trạng thái của các thiết bị nhập, xuất, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn, các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác. RAM dữ liệu đôi khi được xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi. Một phần của bộ nhớ này, khối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào và ngõ ra, cùng với trạng thía của các ngõ vào và ngõ ra đó. Một phần dành cho các dữ liệu được cài đặt trước, và một phần khác dành để lưu trữ các giá trị của bộ đếm,các giá trịn của đồng hồ thời chuẩn…v..v…
• Bộ nhớ chỉ đọc cí thể xóa và lập trình được (EPROM), sau đó chương trình này được thường trú trong ROM.
Người dùng có thể thay đổi chương trình và dữ liệu trong RAM. Tất cả các PLC đều có một lượng RAM để lưu chương trình do người dùng cài đặt và dữ liệu chương trình. Tuy nhiên, để tránh mất mát chương trình nguồn cung cấp bị ngắt,
PLC sử dụng ắc quy để duy trì nội dung RAM trong một thời gian. Sau khi được cài đặt vào RAM, chương trình có thể được tải vào vi mạch của bộ nhớ EPROM, thường là module có thể khóa đối với PLC, do đó chương trình trở thành vĩnh cửu. Ngoài ra cũng có bộ đếm tạm thời, lưu trữ các kênh nhập/xuất.
d. Cổng vào/ ra (INPUT/OUTPUT)
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các module (các đầu vào của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra của PLC). Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lí là 12/24VDC hặc 100/240VAC. Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I/O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản. Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra.
a.1. Vị trí các phần tử vào/ra:
Kênh thứ nhất (IR000) được định vị tới 16 điểm vào lắp trong CPU.
Các phần tử còn lại ( IR001 – IR007 của CPU 11/21 hoặc IR001/IR011 của CPU 41/42/43/44) được định vị tại các phần tử vào, bắt đầu từ phần tử gần CPU nhất và tiếp tục đến phần tử tận cùng bên phải của PLC. Cũng như vậy, các phần tử ra (IR100 – IR107 của CPU 11/21 hoặc IR100 – IR 111 của CPU 41/42/43/44) định vị vào các phần tử ra, bắt đầu từ phần tử gần CPU nhất và tiếp tục đến phần tử tận cùng bên phải của PLC. Một I/O sẽ được định vị vào các điểm I/O có 32 điểm. Ghi chú: IR000 của một kênh vào của CPU được dùng cho ngắt quá trình và cho đếm đầu vào tốc độ cao.
Unit Model Number Đặc điểm kỹ thuật Khối lượng Đầu vào một chiều CQM1 - ID211 8 input points, 12 to 14V
Independent commons
180g max
CQM1 - ID212 16 input points, 24V 180g max CQM1 - ID213 32 input points, 24V 160g max Đầu vào xoay chiều CQM1 - LA121 8 input pts, 200 to 120V 210g max CQM1 - LA221 8 input pts, 200 to 240V 210g max Đầu ra tiếp điểm CQM1 - OC221 8 input points, 2A
(Independent commons, 16A per Unit)
200g max
CQM1 - OC222 16 output points, 2A (8A per Unit)
230g max
Đầu ra Transistor CQM1 - OD211 8 output points, 2A (5A per Unit)
200g max
CQM1 - OD212 16 output points, 0.3A 180g max CQM1 - OD213 32 output points, 0.1A 160g max CQM1 - OD214 16 output points, 0.3A, PNP
output
210g max
CQM1 - OD215 8 output points, 1A (4A/Unit), PNP output, with
short-circuit protecion
240g max
e. Hệ thống BUS
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song :
• Address Bus: Bus địa chỉ được sử dụng để tải địa chỉ các vị trí trong bộ nhớ. Như vậy, mỗi từ có thể được định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí nhớ được gán một địa chỉ duy nhất. Mỗi vị trí từ được gán một địa chỉ sao cho dữ liệu được lưu trữ ở vị trí nhất định, để CPU có thể đọc hoặc ghi ở đó. Bus địa chỉ mang thông tin cho biết địa chỉ sẽ được truy cập.
• Data Bus : Bus dùng để truyền dữ liệu. Được sử dụng trong quá trình xử lý của CPU. Bộ xử lý 8 bit của một bus dữ liệu nội có thể thao tác các số 8 bit, có thể thực hiện các phép tính toán giữa các số 8 bit với phân phối kết quả theo giá trị 8 bit.
• Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền tín hiệu định thời và điều