đồ án tổng hợp hệ điện cơ

LỜI NÓI ĐẦUTrong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước,một trong những tiêu chí để đánh giá để đánh giá sự phát triển công nghiệp của mỗi quốc gia là mức độ tự động hóa trong q

KHOA : ĐIỆN

BỘ MÔN : TỰ ĐỘNG HÓA

-*** -ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ PLC

TÊN ĐỀ TÀI :

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC SỬ DỤNG PLC

CHO HỆ THỐNG CẤP LIỆU CHO LÒ CAO

Sinh viên thực hiện : DƯƠNG QUỐC HUY

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước,một trong những tiêu chí để đánh giá để đánh giá sự phát triển công nghiệp của mỗi quốc gia là mức độ tự động hóa trong quá trình sản xuất.Sự phát triển nhanh chóng của máy tính điện tử ,công nghệ thông tin và những thành tựu của lý thuyết điều khiển tự động đã làm cơ sở cho sự phát triển tương xứng của lĩnh vực tự động hóa.Ngày nay tự động hóa điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào nhiều lĩnh vực,trong tất cả các khâu của quá trình sản xuất

Trong học kỳ này , để áp dụng lý thuyết với thực tế chúng em được giao

đồ án môn học Điều khiển Logic và PLC với đề tài là “ Thiết kế hệ thống điều khiển logic sử dụng PLC cho hệ thống cấp liệu cho lò cao ”.Với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Đỗ Đức Tuấn và các

thầy cô giáo trong bộ môn , đến nay đồ án của em đã được hoàn thành.Bản đồ

án em gồm 2 phần chính:

Phần thuyết minh gồm:

1 Phân tích yêu cầu và phương án thực hiện

2 Phân tích chọn biến vào/ra, mô tả hệ thống, thiết kế hàm logic

3 Phân tích chọn PLC, đặt địa chỉ, thiết kế sơ đồ nguyên lý

4 Lập trình điều khiển

5 Thuyết minh nguyên lý và kiểm tra kết quả

Phần bản vẽ gồm :

1 Sơ đồ mô tả hệ thống

2 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống

3 Chương trình điều khiển

Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế,nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn,cảm ơn thầy giáo: Trần Đức Quân đã giúp đỡ em để bản thiết kế hoàn thành đúng thời hạn

Thái Nguyên , ngày tháng năm 2017

Sinh viên thiết kế

PHẦN 1:

PHÂN TÍCH YÊU CẦU VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN

I Phân tích yêu cầu công nghệ hệ thống điều khiển logic và PLC cho hệ thống cấp liệu lò cao.

1 Giới thiệu chung về hệ thống cấp liệu lò cao.

Hệ thống cấp liệu đỉnh lò là một trong những hệ thống quan trọng của nhà máy Lò cao

Công dụng của nó là vận chuyển và phân phối đồng đều nguyên nhiên liệu cần cho quá trình vận hành của Lò cao từ nhà chứa liệu vào bên trong Lò cao,

mô hình phân phối liệu thích hợp thì có thể giảm thấp tỷ lệ tiêu hao Cốc, để tăng cao hiệu dụng của hệ số sản xuất thì việc chọn loại tốt của hệ thống cấp liệu đỉnh

lò là điều tương đối quan trọng

2 Phân tích yêu cầu công nghệ

2.1 Yêu cầu công nghệ

- Điều khiển 3 băng tải ứng với 3 loại liệu theo bài toán nhận được đổ liệu vào xe kíp thực hiện cân theo yêu cầu công nghệ, kéo xe kíp lên đỉnh lò cao, mở chuông lớn, đổ liệu xong xe kíp chạy về vị trí ban đầu, đóng chuông lớn, mở chuông nhỏ, hết liệu chuông nhỏ đóng lại

- Động cơ xe kíp có đảo chiều, khởi động qua 4 cấp điện trở

2.2 Phân tích hệ

Bấm nút start (m) hệ thống sẵn sàng làm việc, sau khi cân đủ khối lượng liệu theo yêu cầu nhận được nhờ 3 cảm biến đặt ở đầu mỗi băng tải thì 3 băng tải chạy vận chuyển liệu đổ xuống xe kíp, xe kíp bắt đầu chạy thuận khởi động qua

4 cấp điện trở lên đỉnh lò cao, khi đến đỉnh lò cao xe kíp đổ liệu và mở chuông lớn

II Lựa chọn phương án thực hiện:

1 Nút ấn:

Nút ấn (nút điều khiển) là khí cụ điện dung để đóng, ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau, chuyển đổi các mạch điều khiển

Nút ấn có hai loại:

+ Nút ấn thường mở:

+ Nút ấn thường kín:

Trong đồ án này em chọn nút ấn start và nút reset là thường mở, nút ấn sop là thường đóng cho hệ điều khiển

U ~

§

§

U ~

M

th

M

mm

M

th



0





 f( M )

0

2 Động cơ truyền động cho các hệ thống:

Động cơ là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống, thường xuyên phải

làm việc với nhiều trạng thái như là khởi động (quá trình quá độ), trạng thái quá

tải, trạng thái hãm Hiện nay chia ra làm hai loại động cơ chính là:

+Động cơ điện xoay chiều

+Động cơ điện 1 chiều

2.1 Động cơ điện xoay chiều:

- Động cơ không đồng bộ:

Động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ

công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ

khác Sở dĩ như vậy: là do động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ chế

tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3

pha, và về kinh tế giá thành nhỏ hơn so với động cơ một chiều Động cơ không

đồng bộ có hai loại chính là:

+ Động cơ rôto lồng sóc

+ Động cơ rôto dây quấn

a) Ký hiệu động cơ không b) Ký hiệu động cơ không

đồng bộ ba pha rôto lồng sóc đồng bộ ba pha rôto dây quấn

- Động cơ đồng bộ:

Động cơ đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong những truyền động công suất trung bình và lớn, có yêu cầu ổn định tốc độ cao Động cơ đồng bộ thường dùng cho máy bơm quạt gió, hệ truyền động trong nhà máy luyện kim và cũng thường dùng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát - Động cơ công suất lớn

Động cơ đồng bộ có độ ổn định tốc độ cao hệ số cosφ và hiệu suất lớn, vận hành tin cậy

2.2 Động cơ một chiều:

Động cơ một chiều được ra đời rất sớm và cơ sở lý thuyết về loại động cơ này

đã được hoàn thiện Hiện nay nó chiếm 70 % trong các hệ truyền động từ công suất nhỏ đến công suất lớn Tuỳ thuộc vào yêu cầu hệ truyền động mà động cơ một chiều có cuộn kích từ mắc nối tiếp hay song song với phần ứng nên chia làm hai loại động cơ một chiều:

+ Động cơ một chiều kích từ độc lập

+ Động cơ một chiều kích từ nối tiếp

+ Động cơ một chiều hỗn hợp

- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp:

Sơ đồ nguyên lý và dạng đặc tính cơ như hình vẽ:

®c

rf ckt

-n

m

rf = 0

rf # 0

Đặc điểm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp là cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng, nên cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng

ít, chế tạo dễ dàng

- Động cơ một chiều kích từ độc lập:

Sơ đồ nguyên lý và dạng đặc tính cơ như hình vẽ:

u ¦ -+

ckt

®c

m

n

no

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ mắc vào nguồn một chiều độc lập (đối nguồn có công suất không đủ lớn) và cũng có thể cuộn kích từ mắc song song với mạch phần ứng (đối nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn)

Đặc điểm: Đối với động cơ loại này cuộn kích từ mắc độc lập với phần ứng động cơ nên tiết diện dây nhỏ, điện trở lớn, dòng kích từ không phụ thuộc vào tính chất của tải

- Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp:

Loại động cơ này có 2 cuộn dây kích từ một cuộn mắc song song, một mắc nối tiếp với phần ứng động cơ vì vậy nó tận dụng được các ưu điểm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp và kích từ độc lập

Kết luận: Qua phân tích và các nhận xét về các loại động cơ ta thấy mỗi loại

động cơ có những ưu điểm riêng cho từng loại phụ tải giá thành và môi trường làm việc Căn cứ vào yêu cầu thiết kế của đề tài thấy động cơ một chiều có nhiều ưu điểm hơn động cơ xoay chiều

Vì vậy em chọn động cơ một chiều kích từ độc lập làm động cơ truyền động

trong hệ thống.

3 Chọn băng tải.

Hiện nay băng tải thường sử dụng để vận chuyển các sản phẩm, chi tiết trong công nghiệp khai thác, chế biến, phân loại… theo phương ngang hoặc phương nghiêng

Trong các dây chuyền sản xuất băng tải được sử dụng khá phổ biến, nó được dùng làm phương tiện di chuyển từ công đoạn này đến công đoạn khác Nó giúp giảm thời gian di chuyển cũng như sức lao động của con người

Dưới đây là một số hình ảnh của băng tải:

Ưu điểm của băng tải:

+ Cấu tạo đơn giản, bền có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo phương ngang, phương nghiêng hoặc kết hợp cả phương ngang và phương nghiêng + Vốn đầu tư không cao, vận hành đơn giản, bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế dễ dàng Độ tin cậy cao nhất là khi vận chuyển sản phẩm theo chu kỳ ở công đoạn nhất định, tiêu hao năng lượng nhỏ hơn so với các máy vận chuyển ở cùng 1 năng suất

Cấu tạo của băng tải:

Chú thích:

1: Bộ phận kéo cùng các yếu tố trực tiếp mang vật

2: Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo

3: Bộ phận căng, tạo lực cần thiết cho bộ phận kéo

4: Hệ thống đỡ băng (con lăn, giá đỡ), làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc

- Một số loại băng tải thường sử dụng trong thực tế:

Băng tải dây đai có tải trọng <50 kg

Băng tải thanh đẩy (50-250 kg)

Băng tải lá (25-125 kg)

- Chọn băng tải cho công đoạn phân loại sản phẩm: Do công đoạn vận chuyển cốt liệu nên yêu cầu băng tải phải có tải trọng trọng lớn

- Đặc biệt băng tải dây đai còn có ưu điểm rất lớn sau:

+ Tải trọng băng tải nhỏ

+ Kết cấu cơ khí đơn giản

+ Dễ dàng hiệu chỉnh băng tải

2.3 Cảm biến:

Hình ảnh một số loại cảm biến thông dụng

Các cảm biến (Sensor) giúp cho PLC phát hiện các trạng thái và đo lường các giá trị của một quá trình Cảm biến Logic chỉ xác định trạng thái đúng hay sai của một hiện tượng vật lý, còn cảm biến liên tục biến đổi hiện tượng vật lý thành các tín hiệu đo lường được dưới dạng điện áp hay dòng điện

Các loại cảm biến logic cơ bản thường gặp:

+ Cảm biến điện cảm (Inductive Sensor)

+ Cảm biến điện dung (Capacitive Sensor)

+ Cảm biến quang (Optical Sensor)

+ Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Sensor)

+ Cảm biến tiếp xúc cơ…

Các loại cảm biến tương tự cơ bản thường gặp:

+ Cảm biến góc quay/ Cảm biến vị trí

+ Cảm biến gia tốc

+ Cảm biến nhiệt độ

+ Cảm biến áp suất/Cảm biến lưu lượng

+ Cảm biến ứng suất/ biến dạng/ lực

+ Cảm biến ánh sáng

Trong đề tài này em chọn cảm biến để thực hiện công đoạn phân loại sản phẩm đặt ở gần cuối băng tải và đặt ở gần thùng để phát hiện sản phẩm đã vào thùng chưa

4 Chọn van điện

4.1 Van điện từ là gì?

Van điện từ hay còn được gọi là Solenoid Valve nó là một thiết bị điện dùng để điều khiển các dòng lưu chất như: Khí, Nước và Gas Van được điều khiển bởi các loại điện áp là: 220VAC hoặc 24VDC, 12VDC Có một cuộn dây trong lõi của van, khi van được cấp điện thì nhờ có từ trường sinh ra trong cuộn dây sẽ làm Pít tông thắng lực đàn hồi của lò xo trong van, do đó sẽ làm cho pít tông di chuyển lên hoặc xuống tùy thuộc vào loại van (Có hai loại là van thường đóng hoặc thường mở) Khi ngừng cấp điện cho van thì lực đàn hồi của lò xo sẽ đẩy hoặc kéo pít tông trở lại vị trí ban đầu

Cấu tạo chi tiết các bộ phận của Van điện từ :

 Thân van: Được làm từ các vật liệu như: đồng thau, inox hoặc nhựa

 Môi chất đi qua van: Nước, Khí, Gas

 Ống rỗng: Là ống khi dòng lưu chất chưa chảy qua van

 Vỏ bên ngoài cuộn hút

 Cuộn coil: Sinh ta từ trường để làm di chuyển pít tông

4.2 Một số loại van điện từ thông dụng hiện nay

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại van điện từ, đa dạng về mẫu mã, chủng loại và chức năng hoạt động của chúng cũng khác nhau, mình xin liệt

kê các loại solenoid valve đang được sử dụng phổ biến nhất trên thị trường hiện nay

 Loại thứ 1: Van điện từ 2/2 (van điện từ nước)

 Loại thứ 2: Van điện từ 3/2 (van điện từ khí nén 3/2)

 Loại thứ 3: Van điện từ 5/2 (van điện từ khí nén 5/2)

 Loại thứ 4: Van điện từ 5/3 (van điện từ khí nén 5/3)

Dựa vào công nghệ của hệ thống em chọn loạn van điện từ có 2 cổng và 2 vị trí

có chức năng chỉ đóng và mở (1 cổng vào và 1 cổng ra) rất dễ sử dụng, tùy theo mỗi vùng miền mà chúng được gọi với tên gọi khác nhau như: Van điện từ nước, van nước đóng mở bằng điện, van đóng mở nước bằng điện, van nước điều khiển bằng điện…

Loại van solenoid 2/2 này thường được dùng để đóng mở các chất như: khí, nước, xăng, dầu, gas…được ứng dụng đa phần trong tưới tiêu, tưới tự động, máy lọc nước, cấp thoát nước, bồn tiểu na m cảm ứng, vòi rửa tay cảm ứng…

PHẦN 2:

PHÂN TÍCH CHỌN BIẾN VÀO/RA, MÔ TẢ HỆ THỐNG,

THIẾT KẾ HÀM LOGIC

I Phân tích chọn biến vào/ra:

1 Biến vào:

- m: Nút ấn Start (nút ấn khởi động)

+ m = 1: Nút ấn được ấn

+ m = 0: Nút ấn không được ấn

- CB1,CB2,CB3, CBL, CBN: Là các cảm biến khối lượng trong hệ thống có chức năng để cân quặng sắt, than cốc, phụ gia và tổng lượng liệu đưa vào lò cao + Phát hiện khối lượng quặng sắt CB1=1 đã đủ, CB1=0 chưa đủ

+ Phát hiện khối lượng than cốc CB2=1 đã đủ, CB2=0 chưa đủ

+ Phát hiện khối lượng phụ gia CB3=1 đã đủ, CB3=0 chưa đủ

+ Phát hiện khối lượng quặng sắt CBN=1 đã đủ, CBN=0 chưa đủ

+ Phát hiện khối lượng quặng sắt CBL=1 đã đủ, CBL=0 chưa đủ

- S1: là cảm biến có xe ở vị trí cấp liệu và ở đỉnh lò cao

+ S1=1 có xe vào, S1=0 không có xe

+ S2=1 có xe vào, S2=0 không có xe

- t1: thời gian động cơ xe kíp chạy thuận và đóng tiếp điểm 1G loại bỏ 1 cấp điện trở t1=10s

- t2: thời gian động cơ xe kíp chạy thuận và đóng tiếp điểm 1G, 2G loại bỏ 2 cấp điện trở t2=5s

- t3: thời gian động cơ xe kíp chạy thuận và đóng tiếp điểm 1G, 2G, 3G loại bỏ

3 cấp điện trở t3=5s

- t4: thời gian động cơ xe kíp chạy thuận và đóng tiếp điểm 1G, 2G, 3G, 4G loại

bỏ 4 cấp điện trở t4=5s

- t5: thời gian động cơ xe kíp chạy ngược và đóng tiếp điểm 1G loại bỏ 1 cấp điện trở t =5s

- t6: thời gian động cơ xe kíp chạy ngược và đóng tiếp điểm 1G, 2G loại bỏ 2 cấp điện trở t6=5s

- t7: thời gian động cơ xe kíp chạy ngược và đóng tiếp điểm 1G, 2G, 3G loại bỏ

3 cấp điện trở t7=5s

- t8: thời gian động cơ xe kíp chạy ngược và đóng tiếp điểm 1G, 2G, 3G, 4G loại

bỏ 4 cấp điện trở t8=5s

2 Biến ra:

- B1: là biến ra điều khiển động cơ băng tải 1: B1=1 động cơ chạy, B1=0 động

cơ không chạy

- B2: là biến ra điều khiển động cơ băng tải 2: B2=1 động cơ chạy, B2=0 động

cơ không chạy

- B3: là biến ra điều khiển động cơ băng tải 3: B3=1 động cơ chạy, B3=0 động

cơ không chạy

- T: là biến ra điều khiển động cơ xe kíp chạy thuận: T=1 động cơ chạy, T=0 động cơ không chạy

- N: là biến ra điều khiển động cơ xe kíp chạy ngược: N=1 động cơ chạy, N=0 động cơ không chạy

- Y1: Van khí nén điều khiển piston ở xe kíp chạy ra

+ Y1 = 1, piston chạy ra

+ Y1 = 0, piston không chạy ra

- Y2: Van khí nén điều khiển piston ở xe kíp chạy về

+ Y2 = 1, piston chạy ra

+ Y2 = 0, piston không chạy ra

- 1G, 2G, 3G, 4G: tiếp điểm thường mở loại bỏ các cấp điện trở khi khởi động của xe kíp

+ 1G, 2G, 3G, 4G =1, tiếp điểm được tác động

+ 1G, 2G, 3G, 4G =1, tiếp điểm không được tác động

- L1: là biến ra điều khiển chuông lớn mở ra: L1=1 chuông mở, L1=0 chuông

- L2: là biến ra điều khiển chuông lớn đóng lại: L2=1 chuông đóng, L2=0 chuông không được đóng

- N1: là biến ra điều khiển chuông nhỏ mở ra: N1=1 chuông mở, N1=0 chuông không được mở

- N2: là biến ra điều khiển chuông nhỏ đóng lại: N2=1 chuông đóng, N2=0 chuông không được đóng

II Mô tả hệ thống và thiết kế hàm logic:

1 Các phương pháp mô tả hệ thống.

1.1 Phương pháp bảng chuyển trạng thái:

Phương pháp này mô tả quá trình chuyển đổi trạng thái dưới hình thức bảng: + Các cột của bảng ghi các biến vào và biến ra

+Các hàng của bảng ghi các trạng thái trong của mạch (T1, T2, T3…) Số hàng của bảng chỉ rõ số trạng thái trong cần có của hệ

+ Các ô giao nhau của cột biến vào và các hàng trạng thái sẽ ghi trạng thái của mạch Nếu trạng thái mạch trùng với tên hàng thì đó là trạng thái “ổn định”, nếu trạng thái mạch không trùng với tên hàng thì đó là trạng thái “không ổn định” + Các ô giao nhau của cột tín hiệu ra và các hàng trạng thái sẽ ghi giá trị tín hiệu

ra tương ứng

1.2 Phương pháp đồ hình trạng thái:

Đồ hình trạng thái là hình vẽ mô tả các trạng thái chuyển của một mạch logic trình tự, đồ hình gồm các đỉnh và các cung định hướng trên đó ghi các tín hiệu vào/ra và kết quả.Phương pháp này thường chỉ dùng cho hàm một đầu ra.Ta sẽ xét hai loại: đồ hình Mealy và đồ hình Moore

- Đồ hình Mealy

Đồ hình Mealy gồm các đỉnh biểu diễn các trạng thái trong của mạch và các cung định hướng, trên các cung ghi biến tác động và kết quả hàm khi chịu sự tác động của biến đó.Đồ hình Mealy chính là chuyển bảng trạng thái thành dạng đồ