7. Ngày hoàn thành đồ án:
5.2. Lập trình PLC
5.2.1. Mô tả công nghệ
Khi các áp tô mát được đóng, đèn báo hiệu sang, người vận hành có thể chọn chế độ chạy độc lập hoặc chạy phối hợp nhờ sử dụng một công tắc 2 vị trí.
Ở chế độ chạy độc lập, sẽ có 2 công tắc chọn điều khiển hệ thống nâng hạ phụ 32 tấn và điều khiển hệ thống nâng hạ chính 250 tấn. Tay điều khiển nâng hạ cho tín hiệu điều khiển là tín hiệu tương tự để xác định tốc độ chạy của hệ thống.
• Nếu muốn điều khiển cơ cấu nâng-hạ chính ta điều khiển tay gạt theo hướng tiến-lùi để thay đổi tốc độ và thay đổi chiều nâng, hạ.
• Nếu muốn điều khiển cơ cấu nâng-hạ phụ ta điều khiển tay gạt theo hướng trái- phải để thay đổi tốc độ và thay đổi chiều nâng, hạ.
• Khi muốn dừng động cơ ta đưa tay điều khiển về số 0.
Với cơ cấu nâng hạ thì có các hạn vị trên và hạn vị dưới. Khi hạn vị tác động thì không cho phép cơ cấu chuyển động tiếp tục về phía đó nữa.
Ở chế độ chạy song song hai giàn cầu trục
Đầu tiên gạt công tắc đưa hoạt động của giàn cầu trục về chế độ chạy song song rồi ấn nút Start để hệ mạch điều khiển hoạt động. Nếu điều khiển ở cabin giàn cầu số 1 thì đóng công tắc quyền điều khiển của giàn 1, nếu điều khiển ở cabin giàn cầu số 2 thì đóng công tắc quyền điều khiển của giàn 2. Việc đóng công tắc này phải được kiểm tra thống nhất ở 2 giàn cầu trục, nếu không có sự thống nhất sẽ có đèn báo hiệu, hệ thống không vận hành.
Các thao tác điều khiển hoạt động của hai giàn song song hoàn toàn tương tự chạy đơn.
Một số vấn đề phát sinh thêm cần chú ý khi lập trình
Hạn vị của các hành trình nâng-hạ là các tiếp điểm chỉ đóng trong thời gian cơ cấu còn đang ở tại vị trí đó. Vì lý do nào đó mà khi đến giới hạn, hạn vị tác động nhưng do
quán tính nên cơ cấu tiếp tục dịch chuyển tiếp một đoạn và không tác động vào hạn vị nữa.
Phải kiểm tra động cơ phanh có hoạt động không. Nêu cấp nguồn cho động cơ chạy mà phanh không hoạt động thì phải dừng hệ thống lại.
Nếu có sự cố gây mất đồng bộ, không thể điều khiển được nữa phải có đèn báo cho người vận hành, đồng thời dừng toàn bộ hệ thống. Lúc này người vận hành sẽ quyết định vận hành bằng tay để đưa sai lệch vị trí của 2 móc treo về trong giới hạn cho phép, sau đó tiếp tục có thể cho hệ tiếp tục tự động vận hành.
5.2.2. Liệt kê các tín hiệu vào, ra
a) Cơ cấu nâng hạ của cầu trục số 1
Tín hiệu vào
Tín hiệu từ tay điều khiển analoge
• 2 tiếp điểm được mã hóa để xác định được chiều chuyển động. + Ở vị trí dừng, tiếp điểm 1 đóng, tiếp điểm 2 hở.
+ Ở vị trí điều khiển chạy thuận, tiếp điểm 1 hở, tiếp điểm 2 đóng. + Ở vị trí điều khiển chạy ngược, tiếp điểm 1 hở, tiếp điểm 2 hở.
• Tín hiệu điện áp từ chiết áp. Khi tay điều khiển thay đổi vị trí khỏi vị trí dừng, con trượt sẽ chạy trên biến trở, đưa ra ngoài điện áp thay đổi từ 0-10V.
Tín hiệu từ các hạn vị
• Hạn vị trên: là một công tắc hành trình tự phục hồi. Trong quá trình nâng, khi tác động vào hạn vị thì tiếp điểm của công tắc sẽ đóng.
• Hạn vị dưới: là một công tắc hành trình tự phục hồi. Trong quá trình hạ, khi tác động vào hạn vị thì tiếp điểm của công tắc sẽ đóng.
Tín hiệu từ cảm biến vị trí
• Cảm biến vị trí cho biết vị trí của móc treo. Ở đây ta sử dụng encorder gắn vào và quay cùng trục với tang cáp. Đọc tín hiệu thu được từ encorder ta tính toán
Chương 5: Lập trình PLC S7-300
được vị trí của móc treo. Đây là loại encorder tuyệt đối cho ta biết chính xác góc quay của tang cáp
Tín hiệu kiểm tra aptomat điều khiển phanh
• Tín hiệu này lấy từ tiếp điểm phụ của aptomat điều khiển động cơ phanh cho 2 cơ cấu nâng hạ chính và nâng hạ phụ. Khi phát lệnh ta cần kiểm tra xem aptomat phanh có trả lời lệnh mở phanh từ biến tần không. Nếu trong khoảng thời gian cho phép, phanh chưa mở cần phải dừng hệ thống ngay.
Các tín hiệu từ các aptomat, khởi động từ cấp điện cho hệ thống KM0, SF1, SF2, SF3, SF4. Các tín hiệu này được đưa lên đèn báo hiệu ở panel trong cabin điều khiển để thông báo cho người vận hành biết trạng thái cấp điện của hệ thống.
Các tín hiệu nút ấn khác như nút dừng khẩn cấp để dừng hệ thống trong trường hợp khẩn cấp, nút hiệu chỉnh để hiệu chỉnh trong trường hợp mất đồng bộ.
Tín hiệu ra
Tín hiệu điều khiển biến tần động cơ nâng hạ chính 250 tấn: • Tín hiệu phát lệnh chạy, dừng cho biến tần.
• Tín hiệu phát lệnh chạy thuận hay chạy ngược.
• Tín hiệu analoge điện áp trong dải 0-10V đưa vào đầu vào analoge của biến tần để xác định tần số đặt cho biến tần.
Tín hiệu điều khiển biến tần động cơ nâng hạ phụ 32 tấn: • Tín hiệu phát lệnh chạy, dừng cho biến tần.
• Tín hiệu phát lệnh chạy thuận hay chạy ngược.
• Tín hiệu analoge điện áp trong dải 0-10V đưa vào đầu vào analoge của biến tần để xác định tần số đặt cho biến tần.
Các tín hiệu đèn báo: đèn báo lỗi mất đồng bộ, đèn báo sẵn sàng, đèn báo lỗi biến tần, đèn báo chế độ hiệu chỉnh, đèn báo chế độ tự động.
b) Cơ cấu nâng hạ của cầu trục số 2
Các tín hiệu vào ra của cơ cấu nâng hạ cầu trục số 2 tương tự như cầu trục số 1.
5.2.3. Phân cổng vào, ra cho PLC
Trong đồ án này ta sử dụng PLC S7 300 để điều khiển toàn bộ hệ thống.
Tại cabin điều khiển đặt 1 module giao diện ET200M, 1 module DI16xDC24V, 1module AI2x12Bit.
Ta có bảng địa chỉ cho các tín hiệu vào ra của cơ cấu nâng hạ như sau
Bảng 1.1. Đầu vào PLC
Tên thiết bị
Địa chỉ Symbol Chức năng
ET200M I0.1 Logic_tayDK_250_bit1 Tiếp điểm số 1 xác định chiều của tay điều khiển
I0.2 Logic_tayDK_250_bit2 Tiếp điểm số 2 xác định chiều của tay điều khiển
I0.3 PhoiHop_DocLap Công tắc chọn chế độ chạy phối hợp hay độc lập
I0.4 DL32t Công tắc chọn điều khiển cơ
cấu nâng hạ phụ
I0.5 DL250t Công tắc chọn điều khiển cơ
cấu nâng hạ chính
I0.6 PH_1DK Công tắc chọn quyền điều
khiển cho cầu trục số 1 trong trường hợp chạy phối hợp
I1.3 HanViTren Tiếp điểm hạn vị trên
I1.4 HanViDuoi Tiếp điểm hạn vị dưới
ID10 CB1 Tín hiệu thu từ cảm biến xác
định vị trí móc treo
I1.6 NutAnHieuChinh Nút ấn dung hiệu chính khi xảy ra mất đồng bộ
I2.0 Auto Nút ấn xác định chế độ tự
động của hệ thống.
PIW 10 NgoVao_analoge_250_1 Tín hiệu tốc độ analoge từ tay điều khiển cho cơ cấu nâng hạ chính
PIW 20 NgoVao_analoge_32_1 Tín hiệu tốc độ analoge từ tay điều khiển cho cơ cấu nâng hạ phụ.
PLC I2.6 Kiem_tra_phanh_250_1 Kiểm tra đáp ứng của áp tô
mát điều khiển phanh 250 tấn I2.7 Kiem_tra_phanh_32_1 Kiểm tra đáp ứng của áp tô
Chương 5: Lập trình PLC S7-300
mát điều khiển phanh 32tấn
Bảng 1.2. Đầu ra PLC
Tên thiết bị
Địa chỉ Symbol Chức năng
PLC PQW10 NgoRa_analoge_250_1 Tín hiệu đặt tần số cho biến tần điều khiển động cơ 250 tấn
PQW20 NgoRa_analoge_32_1 Tín hiệu đặt tần số cho biến tần điều khiển động cơ 32 tấn Q1.1 Th_Ng_bit1_250_1 Tín hiệu phát lệnh điều khiển
quay thuận, ngược cho biến tần điều khiển nâng hạ chính Q2.1 Th_ng_bit1_32_1 Tín hiệu phát lệnh điều khiển
quay thuận, ngược cho biến tần điều khiển nâng hạ phụ Q1.2 Th_Ng_bit2_250_1 Tín hiệu phát lệnh điều khiển
quay thuận, ngược cho biến tần điều khiển nâng hạ chính Q2.2 Th_ng_bit2_32_1 Tín hiệu phát lệnh điều khiển
quay thuận, ngược cho biến tần điều khiển nâng hạ phụ Q1.0 ChayDung_250_1 Tín hiệu phát lệnh điều khiển
chạy, dừng cho biến tần điều khiển nâng hạ chính
Q2.0 ChayDung_32_1 Tín hiệu phát lệnh điều khiển
chạy, dừng cho biến tần điều khiển nâng hạ phụ
ET200M Q1.3 MatDongBo Tín hiệu đưa lên đèn báo hiệu
ở cabin
Ở giàn cầu trục số 2, tại tủ PLC ta đặt 1 S7 300 CPU 315-2DP, 1module AO2x12Bit.
Tại cabin điều khiển đặt 1 module giao diện ET200M, 1 module DI16xDC24V, 1module AI2x12Bit.
5.2.4. Thuyết minh chương trình
Người vận hành sẽ chọn chế độ hoạt động của hệ thống là chạy độc lập hay chạy phối hợp bằng việc sử dụng một công tắc 2 trạng thái,
Khi chọn chế độ chạy độc lập, việc vận hành cơ cấu nâng hạ phụ hoặc cơ cấu nâng hạ chính được cũng được chọn bằng công tắc .
Sau cơ cấu nâng hạ chính hoặc nâng hạ phụ được chọn, chương trình PLC sẽ gọi chương trình con phục vụ cho việc điều khiển cơ cấu đó. Hoạt động của 2 cơ cấu hoàn toàn tương tự nhau, vì thế ta sẽ chỉ thuyết minh chương trình điều khiển cơ cấu nâng hạ chính 250 tấn.
Chương trình con điều khiển cơ cấu nâng hạ chính được gọi. Chương trình sẽ kiểm tra tín hiệu cho phép nâng, nếu tín hiệu này không thỏa mãn, tức là hạn vị báo cơ cấu không được phép nâng thì chương trình sẽ không nhận lệnh nâng từ tay điều khiển. Tiếp tục kiểm tra tín hiệu cho phép hạ, tương tự như tín hiệu cho phép nâng, nếu hạn vị báo cơ cấu không được phép hạ thì chương trình cũng sẽ không nhận lệnh hạ từ tay điều khiển.
Tay điều khiển được sử dụng để mã hóa tín hiệu điều khiển nâng, hạ và tốc độ nâng, hạ của cơ cấu. Chương trình đọc các tín hiệu từ tay điều khiển để biết được người vận hành ra lệnh nâng hay hạ và với tốc độ bao nhiêu. Từ đó gửi tín hiệu tương ứng ra các ngõ ra để điều khiển biến tần hoạt động.
Khi có lệnh chạy, tức là có sự chuyển trạng thái từ dừng sang chạy, timer T0 sẽ được kích hoạt để đếm thời gian 1s. Sau khoảng thời gian 1s, chương trình kiểm tra áp tô mát điều khiển phanh của động cơ nâng hạ, nếu áp tô mát này chưa tác động, tức là động cơ phanh chưa giải phóng cho trục động cơ nâng hạ hệ thống sẽ phải dừng, PLC sẽ phát lệnh dừng biến tần, tần số đặt cho biến tần sẽ bằng 0.
Nếu sau 1s, áp tô mát điều khiển động cơ phanh đã tác động, hệ thống hoạt động bình thường.
Trong khi nâng, nếu hạn vị trên tác động, hệ thống sẽ dừng lại, không cho phép nâng, chương trình sẽ không nhận lệnh nâng từ tay điều khiển mà chỉ nhận lệnh hạ. Trong quá trình hạ, nếu phát hiện thấy sườn xuống của tín hiệu hạn vị trên, tức là hạn vị trên thôi không tác động, biến không cho phép nâng bị xóa, hệ thống có thể hoạt động nâng hạ bình thường
Chương 5: Lập trình PLC S7-300
Trong trường hợp hạ tải, hoạt động của chương trình khi có tín hiệu hạn vị dưới hoàn toàn tương tự như khi nâng có tín hiệu hạn vị trên.
Ở chế độ chạy phối hợp, lúc này dữ liệu của 2 PLC được trao đổi thông qua mạng MPI. Các dữ liệu về tín hiệu quyền điều khiển, tín hiệu hạn vị, vị trí của encorder sẽ được trao đổi bằng việc sử dụng gói dữ liệu Global Data.
Chương trình kiểm tra tín hiệu từ nút ấn quyền điều khiển của 2 cabin, nếu không phù hợp nhau sẽ không cho vận hành hệ thống và báo lỗi cho người vận hành biết.
Nếu phù hợp, chương trình sẽ đưa tín hiệu báo sẵn sang lên cabin điều khiển. Ta thuyết minh chương trình điều khiển phối hợp, quyền điều khiển đặt tại cabin của giàn cầu trục số 1.
Khi đó PLC ở giàn cầu trục số 2 làm nhiệm vụ thu thập thông tin từ hạn vị, tín hiệu encorder để làm dữ liệu gửi sang PLC ở giàn cầu trục số 1 xử lý, và nhận tín hiệu điều khiển từ PLC số 1 đưa đi điều khiển biến tần ở giàn số 2.
Chương trình điều khiển kiểm tra xem có lỗi mất đồng bộ không, nếu có tức là hệ thống đang ở chế độ hiệu chỉnh bằng tay.Chương trình hiệu chỉnh bằng tay được gọi. Chương trình hiệu chỉnh bằng tay điều khiển nâng hoặc hạ động cơ nâng hạ số 2 để sai lệch của 2 tín hiệu encorder nằm trong phạm vi cho phép.
Việc điều khiển nâng hoặc hạ động cơ nâng hạ số 2 tùy thuộc vào vị trí hiện tại của móc treo của cầu trục số 2. Nếu sai lệch encorder âm, tức là móc treo số 2 đang ở dưới móc treo số 1, khi ấn nút hiệu chỉnh, chương trình đưa tín hiệu điều khiển biến tần chạy chiều thuận với tốc độ nhỏ để hiệu chỉnh lại vị trí của móc treo. Đến khi sai lệch encorder giảm nhỏ hơn giá trị cho phép. Khi sai lệch encorder thỏa mãn, lỗi mất đồng bộ không còn, chương trình điều khiển sẽ không bỏ qua tín hiệu từ nút ấn hiệu chỉnh, lúc này hệ tự động chuyển sang hoạt động ở chế độ auto, kiểm tra nút ấn auto, nếu chưa được ấn, hệ thống sẽ không hoạt động chờ đến khi nút này được ấn.
Khi nút auto được ấn,, tức là người vận hành phát lệnh cho phép hệ thống hoạt động ở chế độ tự động điều chỉnh. Lúc này chương trình sẽ đọc tín hiệu từ tay điều khiển để nhận lệnh nâng, hạ, tốc độ nâng, hạ, và đưa ra tín hiệu điều khiển biến tần của cả 2 cầu trục hoạt động. Khi hoạt động, chương trình sẽ xử lý khi va phải các hạn vị hoàn toàn tương tự như chế độ chạy độc lập.
Việc tự động hiệu chỉnh được thực hiện trong chương trình ngắt theo thời gian OB35. Chu kỳ ngắt của khối chương trình này là 10ms. Cứ mỗi 10ms, chương trình sẽ đọc tín hiệu từ 2 encorder, tính ra sai lệch encoder, tức là sai lệch về vị trí của 2 móc treo. Nếu sai lệch này vẫn nằm trong khoảng không cần điều khiển, chương trình sẽ không thực hiện điều khiển. Nếu sai lệch vượt quá khoảng này, chương trình sẽ dựa vào dấu của sai lệch để đưa ra tín hiệu điều khiển.
Nếu sai lệch âm, tức là động cơ nâng hạ của cầu trục số 2 đang quay chậm hơn cầu trục số 1. Chương trình ngắt sẽ tăng tần số đặt cho biến tần 2 để tăng tốc độ. Mỗi 10ms sai lệch vượt quá, tần số đặt cho biến tần 2 sẽ tăng 0,02Hz. Lượng điều khiển được giới hạn trong khoảng 2Hz.
Nếu sai lệch vượt quá sai lệch cho phép, chương trình ngắt sẽ báo lỗi mất đồng bộ. Trong trường hợp có lỗi mất đồng bộ, chương trình ngắt chỉ làm nhiệm vụ đọc và tính sai lệch tín hiệu của 2 encorder.
Kết luận
KẾT LUẬN
Sau thời gian thực tập với nhiệm vụ “Thiết kế hệ thống điều khiển hai
cầu trục nâng hạ đồng bồ rotor tải trọng 500T của nhà máy Trị An”, em không chỉ
tổng hợp được nhiều lượng kiến thức đã học trên giảng đường mà còn tìm hiểu thêm được những kiến thức mới. Cụ thể như sau:
1. Các công việc đã hoàn thành:
• Thiết kế hệ thống điều khiển cho 2 hệ thống cẩu • Đưa ra các vấn đề phát sinh khi sử dụng biến tần • Tìm hiểu về biến tần Varispeed G7 của Yaskawa • Tìm hiểu về S7-300 cùng với module mở rộng • Sử dụng phần mềm step7
2. Các công việc phát triển sau này:
• Tìm hiểu thêm các ứng dụng khác của PLC trong công nghiệp yêu cầu xử lý phức tạp hơn
Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo Hà Tất Thắng, các thầy cô giáo trong bộ môn Tự động hoá XNCN đã giúp đỡ em hoàn thành tốt chương trình tốt nghiệp.