Bảng 2.3. Các toán tử logic
> Lớn hơn < Nhỏ hơn
= = Bằng || Hoặc
!= khác ! Đảo
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẦU TRỤC
3.1. Giới thiệu chung về mô hình
Qua thời gian nghiên cứu tìm hiểu thực tế các hệ thống cầu trục trên thực tế nhất là hệ thống cầu trục múc than tại nhà máy nhiệt điện Phả Lại chúng em đã đi thiết kế mô hình của cầu trục: Gồm có bộ phận chính là xe con, cơ cấu nâng hạ và đóng mở gầu ngoạm. Mô hình được điều khiển bằng bộ điều khiển PLC và được điều khiển giám sát thông qua màn hình máy tính nhờ sử dụng phần mềm WinCC. Hệ thống thực hiện bốc dỡ những mặt hàng vụn, nhỏ
Hình 3.1. Mô hình cơ khí
Với mục đích là vận chuyển, bốc dỡ than, cát, những vật liệu nhỏ vụn nên gầu thiết kế có trọng lượng lớn khi dây thả gầu chùng gầu sẽ cào nguyên liệu và đóng chặt gầu.
- Trong mô hình chúng em sử dụng 3 động cơ điện một chiều có hộp giảm tốc 3 động cơ được cấp nguồn 12V lấy từ bộ nguồn chỉnh lưu,động cơ một điều khiển xe con di chyển ra vào, động cơ hai thả và kéo dây tời, động cơ ba đóng mở gầu ngoạm.
- Hai động cơ điều khiển xe con và dây tời được giám sát nhờ sử dụng biến trở xoay nối cứng với trục động cơ.
- Nguồn nuôi cho các biến trở sử dụng điện áp 10V lấy từ đầu ra tương tự của PLC.
4.2. Chương trình điều khiển 4.2.1. Yêu cầu công nghệ
- Hệ thống có thể hoạt động ở hai chế độ bằng tay và tự động. Chế độ bằng tay để hệ thống vẫn có thể làm việc khi PLC gặp sự cố. Ở chế độ tự động người vận hành có thể khởi động hệ thống trực tiếp từ bàn điều khiển hoặc có thể khởi động từ giao diện giám sát trên máy tính.
- Trong chế độ tự động hệ thống dừng toàn bộ khi tác động vào nút ấn stop, hệ thống sẽ trở về vị trí ban đầu hoặc có thể bắt đầu một chu trình mới khi người vận hành tác động vào nút Reset. Hệ thống có thể bắt đầu khởi động bước tiếp theo là người vận hành tác động vào nút Start.
- Có hai loại xà lan để lựa chọn bằng hai nút ấn xalan1 và xalan2. Quá trình hoạt động của chế độ tự động
Hình 3.2. Trục XOY mô tả quá trình hoạt động của hệ thống
Chọn phương ngang Ox trùng với phương dịch chuyển của xe con, phương dọc Oy trùng với phương dây tời. Các điểm A, B, C… là các vị trí mà gầu sẽ được hạ để ngoạm nguyên vật liệu. Vị trí A là vị trí đổ nguyên vật liệu vào osilo. Vị trí B là vị trí ban đầu hạ gầu cố định đối với mọi xàlan. Các vị trí C và D được xác định dựa vào kích thước của gầu. Các điểm E và F là các vị trí mặt trên của nguyên vật liệu tại đó gầu sẽ cào và ngoạm chặt nguyên vật liệu.
Tại vị trí ban đầu gầu múc mở, khi xe con di chuyển theo phương X (động cơ 1 quay thuận) từ điểm A đến vị trí B xe con dừng, động cơ tời gầu (động cơ 2 quay thuận) di chuyển gầu múc theo phương Y xuống điểm E dây tời sẽ chùng công tắc hành trình hai <CTHT2> sẽ tác động động cơ 2 dừng, động cơ đóng gầu múc hoạt động quay phải (động cơ 3) gầu múc ngoạm nguyên vật liệu.
Khi gầu đóng động cơ 2 quay ngược tời gầu lên đến vị trí ban đầu động cơ tời gầu dừng, động cơ 1 hoạt động di chuyển xe con về vị trí A ban đầu, công tắc hành trình 1 <CTHT1> tác động động cơ xe con dừng, khởi động động 3 quay trái nhả nguyên vật liệu kết thúc một chu trình thực hiện. Các chu trình tiếp theo được thực hiện tương tự như chu trình ngoạm nhả vật ban đầu. Vị trí thả gầu tiếp theo sẽ cách vị trí trước75cm.
Cách xác định các vị trí A, B, C, D như sau:
Biến trở được nối cứng với trục động cơ biến trở mà chúng em chọn có số vòng là 10 vòng giá trị điện trở là 12KΩ.
Mỗi vòng biến trở thay đổi tương ứng với điện áp ra thay đổi 1V. Đường kính bánh xe là 2.5cm mồi vòng xe đi được 7.85 cm do vậy quãng đường lớn nhất xe đi được là 78 mm.
Điệp áp lấy từ đầu ra chân điều khiển của biến trở được đưa vào đầu tương tự và lưu trong vùng nhớ PIW288 dưới dạng số nguyên 16 bit nằm trong khoảng từ 0 đến 27648 tương ứng với đầu vào là 0 đến 10V. Chia vùng nhớ PIW288 cho 2764,8 sẽ được số nguyên tương ứng với điện áp đầu vào 0 đến 10V. Ta lấy giá trị bắt đầu khởi động hệ thống là 1V trừ đi 1 thì sẽ được giá tri 0 đến 9 tương ứng với điện áp là 1 đến 10V.
Sau đó nhân với 78mm sẽ ra quãng đường xe con đi được là 700mm. Dựa vào ô hình cơ khí đã đặt lấy giá trị ban đầu theo phương x là 420mm. Các vị trí tiếp theo là 75mm.
Lưu đồ thuật toán: Lưu đồ thuật toán chính:
3.2.2. Sơ đồ mạch điện
Nguồn nuôi cho động cơ là 12V nên chúng em đã thiết kế mạch tạo nguồn 12V riêng lấy nguồn trực tiếp từ điên áp 220V xoay chiều sơ đồ mạch như sau:
• Sơ đồ nguyên lý:
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 12V (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Sơ đồ board mạch:
Hình 3.4. Sơ đồ board mạch Sơ đồ mạch động lực
3 động cơ đều thực hiện đảo chiều quay nên ta sử dụng 6 rơle nguồn nuôi được lấy trực tiếp từ đầu ra Q của PLC sơ đồ mạch động cơ như sau:
Hình 3.5. Sơ đồ mạch động lực Mạch kết nối PLC
Sau khi nghiên cứu yêu cầu công nghệ và thuật toán điều khiển chúng em đã tiến hành thiết kế sơ đồ mạch kết nối PLC như sau:
Bảng điều khiển
Hình 3.7. Sơ đồ bảng điều khiển và kết nối PLC
3.2.3. Thiết lập phần cứng
Phần cứng có các thành phần như sau: - 1 modul nguồn nuôi
- 1 modul CPU - 2 modul DI/DO
- 1 modul tương tự AI4/AO2
3.2.4. Bảng Symbol
Sau khi nghiên cứu số đầu vào và ra của hệ thống ta có bảng Symbol sau:
Bảng 3.1: Bảng Symbol
3.2.5. Chương trình PLC ( xem phần Phụ lục)
3.2. Chương trình điều khiển và giám sát với WinCC
Mục đích và yêu cầu:
Quá trình điều khiển cẩu trục đã được thực hiện một cách tự động. Nhưng một yêu cầu đặt ra là, việc giám sát hoạt động của hệ thống cũng cần thực hiện tự động. Điều này là thực sự cần thiết vì những lý do sau:
• Quá trình điều khiển và giám sát gắn liền với nhau nhằm thực hiện một giải pháp tự động hoá toàn diện. Nó mang lại hiệu quả sản xuất cao.
• Hỗ trợ con người trong việc quan sát và điều khiển từ xa.
• Theo dõi được mọi diễn biến của quá trình, tình trạng thiết bị, trạng thái hệ thống một cách nhanh chóng, chính xác.
• Dễ dàng phát hiện sự cố để có những biện pháp điều chỉnh kịp thời. Việc thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống trên WinCC phải
đảm bảo các yêu cầu sau:
• Quá trình vận hành được thực hiện một cách hoàn toàn tự động.
• Quá trình điều khiển phải đúng qui trình công nghệ đảm bảo yêu cầu công nghệ.
• Người vận hành dễ dàng giám sát trạng thái hoạt động của hệ thống, theo dõi diễn biến các quá trình thông qua các đồ thị.
• Dễ dàng phát hiện các sự cố để có những biện pháp xử lý kịp thời.
• Các giao diện thân thiện, linh hoạt và dễ dàng sử dụng.
3.2.1. Các Tag sử dụng trong chương trình
Tag kết nối với đầu vào PLC ( ) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.2: Tag đầu vào
STT Tên Tag Kiểu dữ liệu Địa chỉ 1 2 3 4 5 6 7 8 Start Stop Reset CTHT1 CTHT2 CTHT3 Xalan1 Xalan2 Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool I 0.0 I 0.1 I 0.2 I 0.7 I 0.3 I 0.4 I 0.5 I 0.6
Bảng 3.3: Tag đầu ra
STT Tên Tag Kiểu dữ liệu Địa chỉ 1 2 3 4 5 6 7 8 Den Start Den Reset DC1thuan DC1nguoc DC2thuan DC2nguoc DC3thuan DC3nguoc Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Q 0.6 Q 0.7 Q 0.0 Q 0.1 Q 0.2 Q 0.3 Q 0.4 Q 0.5
Tag kết nối với vùng nhớ PLC ( ) Bảng 3.4: Tag vùng nhớ
STT Tên Tag Kiểu dữ liệu Địa chỉ 1 2 3 4 5 6 7 Su Co Bientro1 Bientro2 Condichtheox Condichtheoy Dattheox Dattheoy Byte DWord DWord Word Word Word Word MB 20 MD 20 MD 12 MW 4 MW 6 MW 40 MW 42
3.2.2. Giao diện điều khiển chính
Đây là giao diện quan trọng nhất mô tả hệ thống cẩu trục cũng như qui trình hoạt động của hệ thống. Các đối tượng của hệ thống được thể hiển bằng các hình ảnh đồ hoạ trực quan. Thông qua màn hình giao diện này, người vận hành biết được trạng thái hoạt động của cẩu trục và tình trạng các thiết bị. Khi WinCC chạy run - time, giao diện này xuất hiện trước tiên cho phép ta vận hành hệ thống. Trên giao
diện này có các nút bấm gọi tới các trang màn hình khác, tại các trang màn hình này ta có thể theo dõi chi tiết các quá trình của hệ thống và ra các quyết định vận hành.
Khi có sự cố sẽ hiện dòng Canh Bao ở giữa màn hình giao diện để người vận hành tiện quan sát. Kích chuột vào trang màn hình đó ta sẽ biết được hệ thống đang xảy ra sự cố gì người vận hành sẽ đưa ra quyết định xem hệ thống có nên tiếp tục vận hành hay không.
Khi người vận hành chưa hiểu rõ về quá trình hoạt động của hệ thống thì tác động vào nút bấm Help.
Để biết được động cơ nào đang hoạt động hoặc công tắc hành trình nào tác động ta cũng có thể quan sát ở màn hình qua Bảng Trạng Thái sẽ hiển thị các đèn báo và các dòng chữ màu khác thông báo .
Nút dùng để xem các trang đã mở trước.
Nút dùng để xem các trang vừa mở trước.
Nút dùng để thoát khỏi chế độ Runtime.
Các bước điều khiển mô hình hệ thống cầu trục trên màn hình điều khiển giám sát như sau:
- Khi hệ thống chạy Runtime màn hình giao diện chính sẽ xuất hiên đầu tiên - Dùng chuột tác động vào nút Start, Stop, Reset trên màn hình khi nhả chuột
thì các bít tương ứng ở mức 1
- Khi bắt đầu khởi động hệ thống ta phải dùng chuột tác động vào nút ấn Reset khi đèn đã sáng tiếp tục tác động vào nút Start
Hình 3.9. Giao diện điều khiển chính
3.2.3. Các giao diện điều khiển khác
Ta có thể biết được loại xà lan đang thực hiện bốc dỡ và biết được số lần còn phải thực hiện cũng như giá trị cần bốc dỡ của mỗi loại xà lan ở màn hình giao diện AUTO .
Khi ta đang ở giao diện chính dùng chuột tác động vào nút ấn Auto trang giao diện Auto sẽ xuất hiện như sau:
Hình 3.10. Giao diện của chế độ tự động
Từ màn hình giao diện này ta có thể quay lại màn hình giao diện chính bằng cách
dùng chuột ấn chuột trái lên nút ấn đồng thời từ đây ta có thể điều khiển khởi động hoặc dừng hệ thống.
CHƯƠNG 4
TỔNG KẾT VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Tổng kết
Sau gần 5 tháng thực hiện đồ án với sự cố gắng nỗ lực của mỗi thành viên trong nhóm cùng với sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của thầy Đỗ Tuấn Khanh cũng như các thầy cô trong khoa chúng em đã hoàn thành đồ án theo đúng thời gian và đã thu được kết quả như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tìm hiểu về hệ thống cầu trục trong thực tế - Nghiên cứu tổng quan về PLC S7-300 - Nghiên cứu tổng quan về WinCC
- Quan trọng nhất là chúng em đã thiết kế chế tạo mô hình hệ thống cầu trục và viết chương trình điều khiển và giám sát mô hình dựa trên những yêu cầu của hệ thống trên thực tế.
Qua quá trình thực hiện đồ án chúng em đã vận dụng các kiến thức đã học vào quá trình thiết kế mô hình,viết chương trình điều khiển, có thể áp dụng các kiến thức đã học trong quá trình thực hiện công việc sau này. Ngoài ra chúng em đã rèn luyện khả năng làm việc và tổ chức công việc theo nhóm..
4.1. Kiến nghị
Do chưa có kinh nghiệm, cũng như những hiểu biết về cơ khí còn hạn chế nên mô hình không thể tránh khỏi những thiếu sót về mặt hình thức cũng như về mặt kĩ thuật cơ khí. Ngoài ra đây là mô hình mô phỏng nên mức độ chỉ là tương đối so với hệ thống thực tế. Ví dụ như thực tế sử dụng encoder để điều khiển và giám sát quãng đường tín hiệu điều khiển rất mịn, có thể dừng và khởi động rất chính xác. Do điều kiện kinh tế cũng như không có thiết bị thí nghiệm nên trong mô hình chúng em sử dụng biến trở xoay và sử lý ở đầu vào tương tự của PLC. Với phần mềm WinCC thì chưa khai thác được hết những ứng dụng của phần mềm… Đó là những phần mà khi tham gia nghiên cứu đề tài chúng em muốn tìm hiểu nhưng chưa có điều kiện.
PHỤ LỤC
1. Chương trình PLC (trong đĩa CD kèm theo) 2. Chương trình WinCC (trong đĩa CD kèm theo)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Hoàng Minh Sơn, Mạng truyền thông công nghiệp, NXB khoa học kỹ thuật. 2. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Duy Bình, Phạm Quang Đăng, Phạm Hồng Sơn (),
Hệ điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện năng Tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật.
3. Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, Tự động hóa với S7-300
4. Nguyễn Xuân Công, Lập trình với S7-300, Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên
5. Ngô Diên Tập, Phạm Huy Quỳnh, Lập trình C trong kỹ thuật điện tử, NXB Khoa học kỹ thuật.
6. Giáo trình WinCC, Provina Technology ltd, 148Bis Nam Kỳ Khởi Nghĩa Q1 TP Hồ Chí Minh.
7. Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy, Tự động hóa trong công nghiệp với WinCC, NXB Hồng Đức
8. Phạm Ngọc Thắng, Phạm Đăng Ninh, Tài liệu đào tạo hệ thống điều khiển DCS, Nhà máy nhiệt điện Phả Lại
9. WinCC Giao diện người và máy http://edu.net.vn/
10. Giáo trình Ngôn ngữ lập trình C http://ninhthuantp.com.vn/ 11. Communication with SIMATIC
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
Khoa Điện - Điện Tử ---o0o---
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---***---
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Giáo viên hướng dẫn: Đỗ Tuấn Khanh
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Đỉnh, Lê Kim Sơn, Vũ Văn Tòng Khóa học: 2004 - 2008
Ngành đào tạo: Kỹ thuật điện Chuyên nghành: Tự động hóa công nghiệp
Tên đề tài: “Thiết kế chế tạo mô hình mô phỏng hệ điều khiển giám sát cho hệ thống xe cầu, xe con, nâng hạ và đóng mở gầu ngoạm. Sử dụng PLC và
WinCC“.
Số liệu cho trước:
1. Một bộ PLC S7-300 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2. Các trang thiết bị, máy móc ở xưởng thực tập
Nội dung cần hoàn thành:
1. Tổng quan về hệ thống cầu trục không đối xứng trong thực tế 1.1. Nghiên cứu các yêu cầu trang bị điện cho hệ thống xe con