ĐỒ án THIẾT kế hệ điều KHIỂN tự ĐỘNG tên đề tài điều KHIỂN hệ THỐNG máy KHOAN

Công nghệ tự động hóa là tập hợp các phương pháp và kỹ thuật tiêntiến nhằm tạo ra các thiết bị, hệ thống thiết bị và quá trình sản xuất đượcđiều khiển tự động để thay thế hoặc giảm nhẹ l

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ-KĨ THUẬT CÔNG NGHIỆP

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

LỜI CAM ĐOAN 4

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN 5

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ CẦU TRỤC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 6

1.1.GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ 6

1.1.1 Giới thiệu chung về cầu trục 6

1.1.2 Giới thiệu chung về PLC S7-1200 8

1.1.3 Giới thiệu chung về HMI 9

1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 11

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN THIẾT BỊ 13

2.1 TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐỘNG LỰC 13

2.1.1 Chọn động cơ 14

2.1.2 Chọn Aptomat 15

2.1.3 Chọn cầu chì 16

2.1.4 Chọn contactor 16

2.1.5 Chọn role nhiệt 17

2.2 TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 18

2.2.1 Chọn CPU 19

2.2.2.Chọn role trung gian 20

2.2.3.Chọn role trung gian 21

2.2.4.Chọn công tắc hành trình 21

CHƯƠNG III: TỔNG HỢP MẠCH LOGIC TUẦN TỰ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THEO PHƯƠNG PHÁP HÀM TÁC ĐỘNG 22

3.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP HÀM TÁC ĐỘNG 22

3.1.1 khái niệm 22

3.1.2 các bước tổng hợp bằng phương pháp hàm tác động 23

3.2.THIẾT KẾ HỆ THỐNG THEO PHƯƠNG PHÁP HÀM TÁC ĐỘNG 26

CHƯƠNG IV GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TIA PORTAL VÀ LẬP TRÌNH BÀI TOÁN 29

4.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TIA 29

4.2 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 30

4.2.1 Các bước khởi tạo project 30

4.2.2 Khai báo địa chỉ 32

4.2.3 Viết chương trình 34

4.2.3 kiểm tra lỗi và chạy thử chương trình 42

CHƯƠNG V: TIẾN HÀNH CHẠY MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ CẦU TRỤC TRÊN WINCC 44

5.1 THỰC HIỆN KẾT NỐI PC SYTEMS ĐẾN PLC 1214C 44

5.2 THIẾT KẾ GIAO DIỆN HMI 47

5.3 THỰC HIỆN CHẠY MÔ PHỎNG TRÊN HMI WINCC 25

5.4 CHẠY MÔ PHỎNG Ở CHẾ ĐỘ MANUAL 28

5.5 CHẠY MÔ PHỎNG Ở CHẾ ĐỘ AUTO 33

KẾT LUẬN 38

LỜI CẢM ƠN 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

LỜI NÓI ĐẦU

Tự động hóa đã trở thành một phân ngành đóng vai trò quan trọngbậc nhất trong công nghiệp và không dừng lại ở đó, ngày càng thâm nhậpsâu vào cuộc sống qua các ứng dụng đột phá trong dân dụng cũng như làcác hệ thống công nghiệp Cùng với sự phát triển không ngừng của cácngành khoa học khác, ngành tự động hóa đã và đang đạt được nhữngthành tựu mới to lớn

Công nghệ tự động hóa là tập hợp các phương pháp và kỹ thuật tiêntiến nhằm tạo ra các thiết bị, hệ thống thiết bị và quá trình sản xuất đượcđiều khiển tự động để thay thế hoặc giảm nhẹ lao động trực tiếp của conngười đồng thời nâng cao năng suất lao động, chất lượng của sản phẩm vàhiệu quả hoạt động của con người trong các loại hình thức công việc khácnhau

Hiện nay nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điền tự đã phát triểnnhanh trong làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển logic khả trình PLC.Các công ty xí nghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC sửdụng các phần mềm tự động

Vì lý do đó, tự động hóa ngày càng có vai trò vô cùng quan trọng,không thể thiếu trong các hệ thống các nhà máy công nghiệp, các công ty

Vì vậy với một kỹ sư điều khiển và tự động hóa thì yêu cầu phải nắm vữngđược các kiến thức cơ bản của điều khiển logic khả trình PLC và các ứngdụng của nó trong thực tế

Nhằm hỗ trợ tốt hơn cho sinh viên hiểu rõ điện tử công suất trongthực tiễn thì trường đại học Kinh Tế Kỹ Thuật - Công Nghiệp đã tạo điềukiện cho các sinh viên học môn đồ án II về lĩnh vực này Do đó sinh viên

sẽ nắm vững hơn lý thuyết, có lối tư duy logic tổng quan về ngành học củamình,phần nào hình dung được môi trường làm việc trong thực tế

Qua bài tập đồ án này, em sẽ giời thiệu về lập trình PLC và ứng dụngcủa PLC vào quá trình vận chuyển Với đề tài: “ Điều khiển 2 động cợ bapha không đồng bộ roto lồng sóc”

Trong quá trình thực hiện dồ án em đã được sự hướng dẫn rất tận tình

và trách nhiệm của thầy Phạm Quang Huy - Giảng viên khoa Điện

Em rất chân thành cảm ơn!

Hà Nội,ngày 30 tháng 11năm 2021

Sinh viên

Nguyễn Thọ Nam

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn đồ án “Thiết kế hệ điều khiển – tự động” là kếtquả quá trình nghiên cứu của bản thân dưới sự hướng dẫn của thầy Phạm VănHuy, không sao chép kết quả của bất kỳ luận văn đồ án nào trước đó Luận văn

đồ án có tham khảo các tài liệu , thông tin theo danh mục tài liệu tham khảo củaluận văn đồ án

Người cam đoan

Nguyễn Thọ Nam

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

Đề số 11:Bài toán cho sơ đồ công nghệ:

Trong đó : A,B,C,D,E,F là các công tắc hành trình Quá trình P,T và X,L được điều khiển bởi 2 động cơ ba pha không đồng bộ roto lồng sóc.

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ CẦU TRỤC VÀ NGUYÊN

LÝ HOẠT ĐỘNG

1.1.GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ.

1.1.1 Giới thiệu chung về cầu trục.

Cầu trục là thiết bị dùng để nâng bốc vận chuyển hang hóa thiết bị dùng trêncông trường xây dựng, trong nhà máy công nghiệp luyện kim, cơ khí lắp ráp, tronghải cảng

 Cầu trục vận chuyển được dùng rộng rãi với yêu cầu chính xác không cao

 Cần trục lắp ráp dùng nhiều trong các nhà máy cơ khí ghép các chi tiếtmáy móc với yêu cầu chính xác cao

Hình 1.1 Cầu trục SAFETY FIRST

Cầu trục rải liệu được xếp vào loại cầu trục vẫn chuyển Nó có thể dichuyển phụ thuộc theo hai phương: phương nằm ngang và phương thẳngđứng nhờ vào hệ thống truyền động đặt trên cầu trục

Chế độ làm của cơ cấu trục được xác định từ các yêu cầu của quátrình công nghệ, chức năng của cần trục trong dây truyền sản xuất Nhìnchung các thiết bị điện cần trục làm việc trong chế độ ngắn hạn lặp lại, dễ bị

quá tải tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy, hãm vàđảo chiều,

Từ những đặc điểm của hệ cần trục nói chung, có thể đưa ra các yêu cầu côngnghệ cơ bản của hệ thống cần trục rải liệu:

Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động phải đơn giản Các phần tử cấu thành

có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo và thay thế dễ dàng Điện áp cung cấp cho lướiđiện cần trục không quá 500V xoay chiều (thường dùng mạng điện ~380V hoặc

~220V) Cần trục phải được bảo vệ chống quá tải và chống ngăn mạch bằng roledòng điện cực đại, không được dùng role nhiệt và cầu trì trong mạch động lực Mặtkhác để tránh động cơ tự mở máy sau khi điện áp được phục hồi, người ta còn phảidùng thiết bị bảo vệ điện áp cực tiểu - bảo vệ không

Quá trình mở máy diễn ra theo một trình tự đã mở sẵn Sơ đồ điều khiển chungcho cả hai động cơ

Đảm bảo rải liệu ở chế độ thấp và dừng chính xác ở nơi rải liệu và nạp liệu

Để bảo vệ an toàn cho người và thiết bị khi vận hành, trong sơ đồ điều khiểnnhất thiết phải dùng các công tắc hành trình để hạn chế sự chuyển động của cơ cấukhi chúng vượt quá giới hạn cho phép

Khi có sự cố, phải có khả năng điều chỉnh hệ thống về vị trí ban đầu để chuẩn

bị tiến hành một chu trình làm việc mới

Các bộ phận chuyển động của cần trục phải có phanh hãm điện từ để giữ chặtchẽ cơ cấu chuyển động khi dừng động cơ hoặc khi mất điện Mặt khác phải đảm bảomối liên hệ chặt chẽ giữa động cơ và phanh hãm Khi mất điện phanh hãm phải dừngtruyền động ở hiện trạng vị trí làm việc

Các khí cụ, thiết bị điện trong hệ thống và điều khiển phải việc tin cậy trongcác điều kiện của môi trường nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành trong

vận hành

Một số loại cầu trục được sử dujnh phổ biến hiện nay:

 Cầu trục cho cầu cảng: Với sức nâng hàng hóa lớn

 Cầu trục phòng nổ: Cho các nhà máy gas,khí, hầm lò than,

 Cầu trục thủy điện: Phục vụ quá trình vận hành và làm việc khi lắp đặt sửa chữa thay thế tua bin máy phát, trạm nguồn,

 Cầu trục luyện kim: Cầu trục làm việc trong các phân xưởng luyện kim có nhiệt độ rất cao

 Cầu trục gầu ngoạm: Cầu trục có móc cẩu dạng gầu ngoạm chuyên dụng để bốc vật liệu rời (than, cát )

 Cầu trục mâm từ: Cầu trục có móc cẩu là các cụm nam châm điện chuyên dùng để bốc thép tấm,

1.1.2 Giới thiệu chung về PLC S7-1200.

Bộ điều khiển PLC S7-1200, được sử dụng với sự linh động và khả năng

mở rộng phù hợp đối với hệ thống tự động hóa nhỏ và vừa tương ứng vớingười dùng cần thiết Thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh động, hỗ trọ mạnh mẽ vềtập lệnh đã làm cho PLC S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo trong việcđiều khiển, lựa chọn phù họp đối với nhiều ứng dụng khác nhau

CPU của PLC S7-1200 được kết hợp với 1 vi xử lý, một bộ nguồn tíchhợp, các tín hiệu đàu vào/ra, thiết kế theo nền tảng PROFINET, các bộđếm/phát xung tốc độ cao tích hợp trên thân, điều khiển vị trí (motion control),

và ngõ vào analog đã làm cho PLC S7-1200 trở thành bộ điều khiển nhỏnhưng mạch mẽ Sau khi dowload chương trình xuống CPU vẫn lưu giữ nhữnglogic cần thiết theo dõi và kiểm soát các thiết bị thông tin trong ứng dụng củangười lập trình CPU giám sát ngõ vào và những thay đổi của ngõ ra theo logictrong chương trình người dùng, có thể bao gồm các phép toán logic của đại sốBoolean, những bộ đếm, bộ định thì, các phép toán phức tạp, và những giaotiếp truyền thông với những thiết bị thông minh khác

PLC S7-1200 được tích hợp sẵn một cổng PROFINET để truyền thôngmạng PROFINET Ngoài ra, PLC S7-1200 có thể truyền thông PROFIBUS,GPRS, RS485 hoặc RS232 thông qua các module mở rộng

Hình 1.2 Cấu tạo của bộ điều khiển Siemen S7-1200

Hiện nay, PLC S7-1200 có nhiều dòng CPU khác nhau như: CPU 1211C,CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C và đồng thời người dùng

có nhiều sự lựa chọn với các nguồn điện áp AC/DC, tín hiệu đầu vào/rarelay/DC…

Tuy nhiên, tùy ứng dụng và chương trình mà người dùng lựa chọn CPUcho phù hợp với cấu hình hệ thống và giá thành để làm cho hệ thống hoạt độngtốt

1.1.3 Giới thiệu chung về HMI.

HMI là từ viết tắt của Human-Machine-Interface, nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa

người điều hành và máy móc thiết bị Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà

con người “giao tiếp” với một máy móc qua 1 màn hình giao diện thì đó là một HMI.

Tất cả các thông số và cách thao tác được trao đổi tương tác 2 chiều, với mục đíchgiám sát một cách chặt chẽ, xuyên suốt quá trình hoạt động của hệ thống HMI cógiao diện đồ họa, giúp cho người dùng có cái nhìn trực quan về tình trạng của hệthống

Hình 1.3 Bảng điều khiển HMI

Trong công nghiệp HMI thường được kết hợp với PLC (ProgrammableLogic Controller) là bộ điều khiển có thể lập trình được để điều khiển vậnhành dây chuyền máy móc.

Hình 1.4 Sự kết hợp của HMI với PLC trong công nghiệp

Cùng với sự phát triển của Công nghệ thông tin và Công nghệ Vi điện

tử, HMI ngày nay sử dụng các thiết bị tính toán mạnh mẽ

HMI hiện đại chia làm 2 loại chính:

 HMI trên nền PC và Windows/MAC: SCADA, Citect

 HMI trên nền nhúng: HMI chuyên dụng, hệ điều hành là Windows CE 6.0

 Ngoài ra còn có 1 số loại HMI biến thể khác MobileHMI dùng Palm,PokectPC

Ưu điểm khi sử dụng HMI:

 Hiển thị tất cả các thông tin, dữ liệu phát sinh, các sự cố quá trình hoạt động

và vận hành máy móc Nhờ đó giúp người vận có thể cập nhật đầy đủ thôngtin

 Đơn giản hóa tất cả các thao tác vận hành, nếu trước kia một hệ thống phức tạpphải gồm nhiều nút nhấn, công tắc, thiết bị ngoại vi để điều khiển vận hànhchúng, thì HMI cho chúng ta vận hành chỉ trên một màn hình hiển thị

 Giúp kỹ sư sử lý kịp thời nhanh nhất có thể, tránh các thao tác nhầm lẫn khôngđáng có

Bên cạnh những ưu điểm trên HMI cũng có những hạn chế như:

 Thường ứng dụng cho các hệ thống phức tạp, vì chi phí dầu tư lớn hơn so vớicách lắp ghép thiết bị truyền thống Đòi hỏi người vận hành phải có kiến thức

cơ bản về lập trình và vận hành chúng Các thiết bị phải được đồng bộ hóa,

chưa được linh hoạt trong sửa chữa.

Vị trí của HMI trong hệ thống tự động hóa hiện đại.

 HMI luôn có trong các hệ SCADA hiện đại, vị trí của HMI ở cấp điều khiểngiám sát

1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.

Bài toán: Cho sơ đồ công nghệ:

Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ

Trong đó A,B,C,D,E,F là công tắc hành trình Quá trình T,P,L,X được điều

khiển bởi 2 động cơ 3 pha không đồng bộ roto lồng sóc.

 CTHT C có tín hiệu kết thúc quá trình đi sang phải đồng thời quá trình đi

X lần thứ nhất được thực hiện Quá trình đi xuống lần thứ nhất kết thúcđồng thời tác động CTHT D

 CTHT D có tín hiệu kết thúc quá trình đi xuống lần thứ nhất đồng thời quátrình đi L lần thứ 2 được thực hiện Quá trình đi lên lần thứ 2 kết thúcđồng thời tác động vào CTHT E

 CTHT E có tín hiệu kết thúc quá tình đi lên lần thứ 2 đồng thời quá trình đi

X lần thứ 2 được thực hiện Quá trình đi xuống lần thứ 2 kết thúc đồng thờitác động vào CTHT C lần thứ 2

 CTHT C lần thứ 2 nhận được tín hiệu kết thúc quá trình đi xuống lần thứ 2đồng thười quá trình đi sang T được thực hiện Quá trình đi sang trái kếtthúc đồng thời tác động vào CTHT B lần thứ 2

 CTHT B lần thứ 2 nhận được tín hiệu kết thúc quá trình sang trái đồng thờiquá trình đi L lần thứ 3 được thực hiện Quá trình đi lên lần thứ 3 kết thúcđồng thời tác động vào CTHT F

 CTHT F nhận được tín hiệu kết thúc quá trình đi lên lần thứ 3 đồng thờiquá trình đi X lần thứ 3 được thực hiện Quá trình đi xuống lần thứ 3 kếtthúc đồng thời tác đông vào CTHT A

 CTHT A nhận được tín hiệu kết thúc quá trình đi xuống lần thứ 3 đồng thờiquá trình đi L lại được bắt đầu lặp lại quá trình ban đầu

Bài toán ở đây có điểm đặc biệt là 2 công tắc hành trình B và C đượctác động nhiều hơn 1 lần Điểm chúng ta cần giải quyết ở đây là phải tìm racác để phân biệt các lần tác động vào công tắc hành trình B và C để tránhtrường hợp nhầm lẫn và thiết bị không phân biệt được.

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN THIẾT BỊ

2.1 TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐỘNG LỰC.

Sơ đồ nguyên lí mạch động lực:

Hình 2.1 Sơ đồ mạch động lực

2.1.1 Chọn động cơ.

Động cơ điện 3 pha không đồng bộ là:

 Động cơ điện dùng để biến đổi điên năng thành cơ năng

 Làm việc theo nguyên lí cảm ứng điện từ

 Có tốc độ quay của roto chậm hơn so với tốc độ quay của stator.

Theo kết cấu của roto người ta phân thành 2 loại:

 Động cơ 3 pha không đồng bộ roto lồng sóc

 Động cơ 3 pha không đồng bộ roto dây cuốn

Theo yêu cầu công nghệ của đề tài, trong đồ án này em sẽ sử dụng động

cơ điên 3 pha không đồng bộ roto lồng sóc

Hình 2.2: Động cơ điện 3 pha không đồng bộ roto lồng sóc

Thông tin về động cơ:

 Hãng sản xuất: công ty chế tạo máy Việt nam-Hungari(VIHEM)

 Số lượng động cơ: 2

Kiểu Công suất Tốc độ

S(r/min)

Điệnáp

∆/𝑌(V)

Dòngđiện

∆/𝑌(A)

Tầnsố(Hz)

Hiệusuất 𝜂%

KW hp

n cựcđại𝑀𝑚𝑎𝑥𝑀𝑑𝑑

Tỉ sốmomenkhởiđộng𝑀𝑘đ𝑀𝑑𝑑

Tỉ sốdòng khởiđộng𝐼𝑘đ𝐼𝑑𝑑

Cấpcáchđiện

Cấpbảovệ(IP)

Khốilượn

Theo các thông số của động cơ ta đã chọn ở trên ta có Iđm=7,9A

Vậy Itt cho 1 động cơ sẽ là: Itt=1,4 ×17,9 = 11,06A

Nên ta chọn Aptomat 3 pha có dòng định mức Iap=16A, dòng cắt 10KA là phùhợp

Hình 2.3: Aptomat 3 pha

2.1.3 Chọn cầu chì.

Cầu chì là một loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị và lưới điện trách sự cốngắn mạch, thường dùng để bảo vệ co đường dây dẫn, máy biến áp, động cơ điện,thiết bị điện,mạch điện điều khiển, mạch điện thắp sáng

Hình 2.6: Role nhiệt

2.2 TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐIỀU KHIỂN.

Mạch điều khiển:

Hình 2.7: Sơ đồ mạch điều khiển

2.2.1 Chọn CPU.

13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB)

2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP

Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông

số và quy định của nhà sản xuất S7-1200 có các loại module mở rộng sau:

Communication module (CP)

Signal board (SB)

Signal Module (SM)

Tính năng nổi bật:

 Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:

 Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC- PLC

 Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở

 Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo Tốc độ truyền

10/100 Mbits/s

 Hỗ trợ 16 kết nối ethernet TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol

Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:

 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo

lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz

2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ

lái servo (servo drive)

 Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ…

 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển tune functionality)

(auto- Mỗi CPU có thể kết nối tối đa 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra.

 Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU

 3 module truyền thông có thể kết nối vào CPU mở rộng khả năng truyền thông,

vd module RS232 hay RS485

 Card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay khi cập nhật firmware Chẩn đoán lỗi online / offline

2.2.2.Chọn role trung gian.

Nút nhấn còn gọi là nút điều khiển là một loại khí cụ điện dùng để đóngngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau; các dụng cụ báo hiệu và cũng đểchuyển đổi các mạch điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ… Ở mạchđiện một chiều điện áp đến 440V và mạch điện xoay chiều điện áp 500V, tầnsố50Hz, nút nhấn thông dụng để khởi động, đaỏ chiều quay động cơ điện bằngcách đóng và ngắt các cuộn dây của contactor nối cho động cơ

Hình 2.9 :Hình nút nhấn

2.2.3.Chọn role trung gian.

Rơ-le trung gian là một khí cụ điện dùng trong lĩnh vực diều khiển tựđộng, cơ cấu kiểu điện từ Rơ-le trung gian đóng vai trò điều khiển trung giangiữa các thiết bị điều khiển (contactor, rơ-le thời gian…).

Chọn rơ-le omron loại MY2N-DC24

+ MY2: 5A, 2 bộ tiếp điểm

Hình 2.11: Hình Công tắc hành trình

CHƯƠNG III: TỔNG HỢP MẠCH LOGIC TUẦN TỰ VÀ THIẾT

KẾ HỆ THỐNG THEO PHƯƠNG PHÁP HÀM TÁC ĐỘNG

3.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP HÀM TÁC ĐỘNG.

3.1.1 khái niệm.

Thông thường các biến cố trong sơ đồ mạch kép được xảy ra theo dòngthời gian (tức là theo các khoảng thời gian nối tiếp nhau) Do vậy dãy các sựkiện có thể được mô tả dưới dạng một ký hiệu như ví dụ hàm dưới đây:

Giai đoạn đóng X Giai đoạn cắt X

F = A (+X, +Y) + B – Y + C + Z – X – Z + A (+ X, + Y)…

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Ý nghĩa của dãy biến cố sự kiện: Sự xuất hiện của tín hiệu A làm cho X,

Y hoạt động, B xuất hiện làm cho Y ngừng hoạt động…

Dấu (+) đứng trước một phần tử chỉ rằng phần tử đó tiếp nhận tín hiệu của phần tử đứng ngay trước nó và bắt đầu hoạt động

Dấu (-) đứng trước một phần tử chỉ rằng phần tử đó bị phần tử đứng ngay trước nó làm ngừng hoạt động

Việc phát tín hiệu điều khiển trong hệ thống được thực hiện do sự bắt đầu hoạt động hay sự bắt đầu ngừng hoạt động của các phần tử Phần tử đứng trước là nguyên nhân gây nên sự bắt đầu hoạt động hay ngưng hoạt động của phần tử đứng ngay sau nó Chẳng hạn sự ngừng hoạt động của X (-X) làm ngừng hoạt động Z (-Z)…

Nếu có sự hoạt động đồng thời (hoạt động song song) giữa một số phần

tử thì các phần tử được đặt trong dấu ngoặc đơn Ví dụ: F = A (+X, +Y)…cónghĩa là tín hiệu điều khiển A gây nên sự hoạt động đồng thời của X, Y

Trong hàm tác động F, các phần tử phát tín hiệu điều khiển từ ngoại vivào hệ thống (hay các phần tử đầu vào, các phần tử điều khiển) như các nútnhấn, các công tắc hành trình, các bộ cảm biến thì trước chúng có thể khôngcần đặt dấu (+) nhưng lúc này chúng ta vẫn hiểu là trước chúng có dấu (+).Dấu (+) này chỉ rằng nó bắt đầu hoạt động (được đưa vào hệ thống trạng tháitích cực) Dấu (+) ở đây không có nghĩa là chúng nhận tín hiệu của phần tửđứng ngay trước nó để bắt đầu hoạt động, mà có nghĩa rằng do tác động của

các tác nhân từ bên ngoài hệ thống làm cho nó hoạt động phát tín hiệu vào hệthống (chẳng hạn người ta thao tác nhấn nút, công tắc hành trình bị tác động,các sensor đặt mức ngưỡng đã đặt…)

Khi trước chúng có dấu (-) thì hiểu là phần tử điều khiển này trước đó đãhoạt động và lúc này bắt đầu ngừng hoạt động cũng do các tác nhân bên ngoài

Nếu tín hiệu phát ra là tín hiệu thế (mức liên tục) thì lúc đó trong hàm Fchúng sẽ xuất hiện với dấu (+) và sau đó là với dấu (-)…

Các tín hiệu vào thường ký hiệu bằng các chữ cái ở đầu bảng chữ cái LaTinh (A, B, C…) và các phần tử chấp hành đầu ra của hệ thống thường ký hiệubằng các chữ cái ở cuối bảng chữ cái La Tinh như X, Y, Z, …Khi cần dùngđến các biến trung gian (biến trong, biến nội bộ không đưa tín hiệu ra ngoài)thường dùng các chữ cái ở khoảng giữa của bảng chữ cái La Tinh như K, L,

Ví dụ trong hàm tác động:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3

F = A (+X, +Y) + B – Y + C + Z – X – Z + A (+ X, + Y)…

Phần tử chấp hành X có một chu kỳ hoạt động gồm giai đoạn đóng từthời điểm 2 đến thời điểm 7, giai đoạn cắt từ thời điểm 8 đến thời điểm 1 củachu kỳ sau Chu kỳ của hệ thống từ 1 đến 9

Ngoài phần tử X thì phần tử Y và Z cũng là các phần tử chấp hành đầu

ra, đều phải xác định chu kỳ làm việc cho chúng

Bước 3: Xác định hàm logic cho từng phần tử chấp hành.

Hàm điều khiển của phần tử X là f(X) bao gồm hàm đóng fđ(X) và hàmcắt fc(X) theo công thức sau :

F(x)=fđ(x) fc(X )

Cách xác định Fđ(X) và Fc(X) như sau: Trong phương pháp này, hàmđóng hay hàm cắt của một phần tử nào đó chính là tín hiệu mà nó nhận được từphần tử đứng ngay trước nó trong dãy F để khởi động hoặc kết thúc sự làmviệc của phần tử đó Sẽ có thể xảy ra các trường hợp sau:

 Nếu trong hàm F có một đoạn sau:

Nếu mỗi phần tử chấp hành nào đó có nhiều chu kỳ hoạt động thì hàmtác động tổng được xác định như sau: (trong đó n là số chu kỳ hoạt động)

F(X)= f1(X) + f2(X) +…+ fi(X) + …+ fn(X)

Bước 4: Kiểm tra tính đúng đắn của hàm điều khiển vừa xác định được, bao gồm kiểm tra trong giai đoạn đóng và kiểm tra trong giai đoạn cắt Kiểm tra hàm đóng sẽ xảy ra hai trường hợp:

 Nếu fc(X) không đổi trị trong giai đoạn đóng, tức là trong giai đoạn đóng hàmfci(X) phải luôn bằng 0, lúc đó fc(X) thỏa mãn

 Nếu fc(X) đổi trị trong giai đoạn đóng, tức có xuất hiện giá trị 1 chứ khôngphải luôn bằng 0 sẽ làm cho fd(X)=fc(X) =0 sẽ làm ngừng hoạt động của Xngay trong giai đoạn đóng Lúc này phải dung thêm biến trung gian để hiệuchỉnh hảm cắt:

 Kiểm tra tính đúng đắn của các hàm thu được trong mỗi chu kỳ hoạt động.Nếu thấy hàm nào có giá trị bằng 1 khi chưa đưa tín hiệu vào (tự khởiđộng) và trái với công nghệ thì khi đó phải đưa thêm biến phụ Việc kiểmtra phải tiến hành cho mọi hàm logic của các phần tử đầu ra, cũng như củabiến trung gian

Bước 5: Vẽ sơ đồ hệ thống điều khiển và thuyết minh sơ đồ

Bước 6: Phân tích mạch điều khiển và hiệu chỉnh nếu có.

3.2.THIẾT KẾ HỆ THỐNG THEO PHƯƠNG PHÁP HÀM TÁC ĐỘNG

Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ

Chu kì hoạt động.

(A – X) + L + (B – L) + P + (C – P ) + X + (D – X ) + L + (E – L ) +X + (C –X) + T + ( B – T) + L + (F – L) + X + (A – X )+ L

Xác định hàm điều khiển của các phần tử.

 Phần tử X3:

f(X3) = (F + X ) L A

Ta nhận thấy rằng với yêu cầu của bài toán thiết kế trên ta cần phải phânbiệt 2 công tắc hành trình đó là công tắc hành trình B và công tắc hành trình C.Công tắc hành trình B thực hiện 2 hành trình, hành trình đi lên và hành trìnhsang phải Công tắc hành trình C đi xuống và hành trình đi sang trái Vì vậy tacần phải tạo 2 biến trung gian để 2 công tắc hành trình này phân biệt được cáchành trình không bị nhầm lẫn

Đặt biến trung gian cho CTHT B

Gọi biến trung gian cho CTHT B là Y

Giả sử gặp B lần thứ nhất thì Y chưa xuất hiện Gặp B lần thứ hai thì Y xuấthiện

Từ đó ta có thể suy ra rằng trước khi gặp B lần thứ 2 thì Y đã xuất hiện lần đầutiên và gặp C Sau khi gặp B lần thứ 2 thì Y sẽ biến mất khi gặp F

Đặt biến trung gian cho CTHT C

Đặt biến trung gian cho CTHT C là Z

Giả sử gặp C lần thứ nhất Z chưa xuất hiện , gặp C lần thứ hai Z xuất hiện

Từ đó ta suy ra rằng trước khi gặp C lần thứ 2 thì C đã xuất hiện khi gặp E vàbiến mất khi gặp B

CHƯƠNG IV GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TIA PORTAL VÀ LẬP

TRÌNH BÀI TOÁN4.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TIA.

Siemens giới thiệu phần mềm tự động hóa đầu tiên trong công nghiệp sửdụng chung một môi trường, một phần mềm duy nhất cho tất cả các tác vụtrong tự động hóa, gọi là Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal).Phần mềm lập trình mới này giú người sử dụng phát triển, tích hợp các hệthống tự động hóa một cách nhanh chóng, do giảm thiểu thời gian trong việctích hợp xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng rẽ

Được thiết kế với giao diện là người sử dụng, TIA Portal thích hợp cho cảnhững người mới lẫn những người nhiều kinh nghiệm trong lập trình tự động hóa Lànhững phần mềm cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp cácthiết bị trng giải sản phẩm Tích hợp tự động hóa toàn diện (TIA) của Siemens Ví dụnhư phầm mềm mới Simatic Step 7 để lập trình các bộ điều khiển Simatic, SimaticWinCC để cấu hình các màn hình HMI và chạy Scada trên máy tính

Để thiết kế TIA portal, Siemens đã nghiên cứu rất nhiều các phần mềm ứngdụng điển hình trong tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầu củakhách hàng trên toàn thế giới Là phần mềm cơ sở để tích hợp các phần mềm lậptrình của Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẽ cùngmột cơ sở dữ liệu, tạo nên sự thống nhất trong giao diện và tính toàn vẹn cho ứngdụng Ví dụ, tất cả các thiết bị và mạng truyền thông bây giờ đã có thể được cấu hìnhtrên cùng một cửa sổ Hướng ứng dụng, các khái niệm về thư viện, quản lý dữ liệu,lưu trữ dự án, chẩn đoán lỗi, các tính năng online là những đặc điểm rất có ích chongười sử dụng chung cơ sở dữ liệu TIA Portal Tất cả các bộ đều khiển PLC, mànhình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hình trên TIAportal Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền thông giữacác thiết bị này Ví dụ người sử dụng có thể sử dụng tính năng “kéo và thả’ một biếncủa trong chương trình điều khiển PLC vào một màn hình của chương trình HMI.Biến này sẽ được gán vào chương trình HMI và sự kết nối giữa PLC – HMI đã được

tự động thiết lập, không cần bất cứ sự cấu hình nào thêm

Phần mềm mới Simatic Step 7, tích hợp trên TIA Portal, để lập trình cho

S7-1200, S7-300, S7-400 và hệ thống tự động PC-based Simatic WinAC Simatic Step 7được chia thành các module khác nhau, tùy theo nhu cầu của người sử dụng Simatic

Step 7 cũng hỗ trợ tính năng chuyển đổi chương trình PLC, HMI đang sử dụng sangchương trình mới trên TIA Portal.

Phần mềm mới Simatic WinCC, cũng được tích hợp trên TIA Portal, dùng đểcấu hình cho các màn hình TP và MP hiện tại, màn hình mới Comfort, cũng như đểgiám sát điều khiển hệ thống trên máy tính (SCADA).Việc thiết lập, cấu hình cho các Sinamics biến tần cũng sẽ được tích hợp vào TIAPortal trong các phiên bản sau

4.2 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN.

4.2.1 Các bước khởi tạo project

-Tạo Project

Sau khi khởi động phần mềm TIA việc đầu tiên ta phải làm là tạo project đểviết chương trình ở mục Star => Create new project => Project name (nhập tênchương trình) => Path (chọn địa chỉ lưu chương trình) => Create

Hình 4.1: Tạo project mới

Ta chọn add a new device…

Hình 4.2: chọn add a new device…

-Chọn cấu hình CPU.

Để chọn cấu hình CPU ta chọn Devices & network => Add new device

=> Controllers => SIMATIC S7-1200 => CPU => CPU 1214 AC\DC\Rly =>6ES7 214-1BG40-0XB0 => Add

Hình 4.3: Chọn CPU

4.2.2 Khai báo địa chỉ.

Cách khai báo trong TIA Portal: sau khi tạo project và chọn cấu hình xong cấu

để khai báo địa chỉ các biến ta chọn PLC tags => Show all tags => nhập tên biến ởName => nhập địa chỉ ở Address

Bảng tín hiệu đầu vào

Bảng 4.3: Tín hiệu của chương tring trong S7-1200

Hình 4.4: Khai báo địa chỉ