Đồ án_ Ứng dụng PLC S7-200 của Siemens điều khiển mô hình phân loại sản phẩm_995346

CHƯƠNG 1: MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN CỨU,TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Hệ thống đóng gói và phân loại gạo theo khối lượng có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa. Để thiết kế được chúng ta cần thiết hệ thống hoạt động tự động dựa vào lập trình và điều khiển của PLC. Ngoài ra còn có các vấn đề khác như là: nguồn cung cấp, tính toán thông số chi tiết... Các vấn đề cần được giải quyết đó là: - Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động. - Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị hỏng. Mục tiêu nghiên cứu của để tài: Mô phỏng hệ thống trên WinCC

HọVà Tên HSSV: ………Lớp:………… TĐH1………… Khóa: ……… 7……… Khoa: ……….…Điện……… Giáo

+ Tổng sốsản phẩm trong 3 STORAGE1, 2, 3 bằng 100 +Ấn nút dừng

+ Hoặc hệthống bịlỗi

PHẦN THUYẾT MINH

Yêu c ầ u v ề b ố c ụ c n ộ i dung:

Chương 1: Phân tích yêu cầu công nghệ:

- Tìm hiểu và tính chọn các thiết bịtrên mô hình (cấu tạo, nguyên

Chương 4: Viết chương trình điều khiển trên PLC S7 200 CPU 224

CHƯƠNG 1:

PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ

1 Tìm hiểu và tính chọn các thiết bịtrên mô hình (cấu tạo, nguyên lý, sơđồchân…)

Các thiết bịtrên mô hình:

+1.6:2 cảm biến quang thu phát độcl ập

+ 1.7: 4 rơle trung gian

bộđiều khiển logic khảtrình, viết tắt trong tiếng anh là PLC (Programmable LogicController).

Sựkhác biệt giữa logic khảtrình (thay đổi được quy trình hoạt động) và điều

khiển theo kết nối cứng (không thay đổi được quy trình hoạt động):sựkết nốidây không còn nữa thay vào đó là chương trình.

Có thểlập trình cho PLC bằng các ngôn ngữlập trình đơn giản đặc biệt đối vớingười sửdụng không cần nhờvào các ngôn ngữlập trình khó khăn, cũng có thểlậptrình PLC được nhờvào các liên kết logic đơn giản.

Nhưvậy thiết bịPLC làm nhiệm vụthay thếphần mạch điều khiển trong

khâu xửlí sốliệu nhiệm vụcủa sơđồmạch điều khiển sẽđược xác định bởi mộtsốhữu hạn các bước thực hiện xác định gọi là chương trình Chương trình này

mô tảcác bước thực hiển gọi một tiến trình điều khiển tiến trình này được lưuvào bộnhớnên được gọi là điều khiển theo lập trình nhớhay điều khiển khảtrình.Trên cơsởsựkhác nhauởkhâu xửlí sốliệu có thểbiểu diễn 2 hệđiều khiểnnhưsau:

Khi thay đổi nhiệm vụđiều khiển thì người ta thay đổi mạch điều khiển:

Lắp lại mạch thay đổi các phần tửmớiởhệđiều khiển bằng relay điện Trong khi

đó khi thay đổi nhiệm vụđiều khiểnởhệđiều khiển logic khảtrình PLC thì người

ta chỉthay đổi chương trình soạn thảo

* Cấutạo:

- Đầu vào số:14đầu x2 4 V D C

- Đầu ra số:10đầu ra dạng rơle,2 A

PLC thực chất chạy bằng mã máy với hệthống sốnhịphân, do đó tốcđộquét vòngchương trình có thểđạt đến vài phần ngàn giây, các Software dùng đểlập trìnhPLC tích hợp cảphần biên dịch Các dòng lệnh khi lập trình chúng ta đưatừchương trình vào thì trình biên dịch sẽchuyển đổi sang mã máy và ghi từng bit

“0” hay bit “1” lên đúng vào vịtrí có địa chỉđã được quyước trước trong PLC lên

PC được thực thi xảy ra ngược lạivàtrình biên dịch đã làm xong nhiệm vụcủamình trước khi trảchương trình lênMonitor

Hệthống Bus là tuyến dùng đểtruyền tín hiệu, hệthống gồm nhiều đường tínhiệu song song:

- Address Bus:Bus địa chỉdùng đểtruyền địa chỉđến các Modul khácn h a u

- Data Bus:Bus dùng đểtruyền dữliệu.

- Control Bus:Bus điều khiển dùng đểtruyền các tín hiệu định thì và điều khiển

đồng bộcác hoạt động trongP L C

Trong PLC các sốliệu được trao đổi giữa bộvi xửlý và các modul vào ra thôngqua Data Bus Address Bus và Data Bus gồm 8 đường,ởcùng thời điểm chophéptruyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay songs o n g

Nếum ộtm o d u l đ ầuv à o n h ậnđ ượcđ ịac h ỉc ủan ó t r ê n A d d r e s s B u s , n ó sẽ

chuyển tất cảtrạng thái đầu vào của nó vào Data Bus Nếu một địa chỉbyte của 8đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tươngứng sẽnhận được dữliệutừData bus Control Bus sẽchuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trìnhhoạt động của PLC Các địa chỉvà sốliệu được chuyển lên các Bus tươngứngtrong một thời gian hạnchế

Hệthống Bus sẽlàm nhiệm vụtrao đổi thông tin giữa CPU, bộnhớvà I/O Bêncạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần sốtừ1¸8 MHZ Xung nàyquyết định tốc độhoạt động của PLC và cung cấp các yếu tốvềđịnhthời, đồnghồcủa hệthống

Vòng quét của chương trình:

PLC thực hiện các công việc (bao gồm cả

chương trình điều khiển) theo chutrình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (scancycle) Mỗi vòng quétđược bắt đàu bằng việc chuyển dữliệutừcác cổng vào sốtới vùng bộđệmảo I,tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét, chươngtrình được thực hiện từlệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khốiOB1

Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung củabộđệmảo Q tới các cổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn xửlý cácyêu cầu truyền thông (nếu có) và kiểm tra trạng thái của CPU Mỗi vòng quét cóthểmô tảnhưsau:

Chú ý:Bộđệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra tương tựnên các

lệnh truy nhập cổng tươngtựđược thực hiện trực tiếp với cổng vậtlýchứkhôngthông qua bộđệm

Thời gian cần thiết đểcho PLC thực hiện được một vòng quét được gọi làthời gian vòng quét (Scan time) Thời gian vòng quét không cốđịnh, tức là khôngphải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian nhưnhau

Có vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳthuộcvào sốlệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữliệu truyềnthông Trong vòng quét đó Nhưvậy giữa việc đọc dữliệu từđối tượngđểxửlý, tínhtoán và việc gửi tín hiệu điều khiển đến đối tượng có một khoảngthời giantrễđúng bằng thời gian vòng quét Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết địnhtính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC Thời gian vòng quétcàng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càngcao

Nếu sửdụng các khối chương trình đặc biệt có chếđộngắt, ví dụkhốiOB40, OB80, Chương trình của các khối đó sẽđược thực hiện trong vòng quétkhi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại Các khối chương trình này cóthể thực hiện tại mọi vòng quét chứ không phải bị gò ép là phảiở trong giaiđoạn thực hiện chương trình Chẳng hạn một tín hiệu báo ngẵt xuất hiện khiPLC đangởgiai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽtạm dừng công việctruyền thông, kiểm tra, đểthực hiện ngắt nhưvậy, thời gian vòng quétsẽcàngl ớnk h i c à n g c ó n h i ềut í n h i ệun g ắtx u ấth i ệnt r o n g v ò n g q u é t D o đ ó đ ể

nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đốikhôngnênviết chương trình xửlý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sửdụngchếđộngắt trong chương trình điềukhiển.

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việctrực tiếp với cổng vào/ra mà chỉthông qua bộnhớđệm của cổng trong vùngnhớtham số Việc truyền thông giữa bộđêmảo với ngoại vi trong giai đoạn 1 và 3

do hệđiều hành CPU quản lý.Ởmột sốmodul CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lậptức hệthống sẽcho dừng mọi công việc khác, ngay cảchương trình xửlý ngắt,đểthực hiện với cổngvào/ra

Sơđồđấu chân PLC 224AC/DC/PLY

1 2

3

8 9 10

4 5 6 7

1.2 Độngcơđiệnmộtchiềukéobăngtải

Cấutạo:

Mặt cắt dọc động cơđ i ện.Cấu tạo:

1 vỏmáy ( gông từ) 2 cực từchính

3 dây quấn cực từchính 4 cực từphụ

5 dây quấn cực từphụ6 dây quấn phầnứng 7 lõi sắt phầnứng

8 rãnh phầnứng

9 răng phầnứng

10 má cực từ

Phần tĩnh (stator):

Đây là phần đứng yên của máy, nó bao gồm các bộphận chính sau:

Cực từchính: là bộphận sinh ra từtrường gồm có lõi sắt cực từvà và

dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những láthép kỹthuật điện hay thép cacbon dày 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt Dây

quấn kích từđược quấn bằng dây đồng bọc cách điện kỹthành một khối và tẩmsơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từđặt trên các cựctừnày nối nối tiếp vóinhau

- Cực từphụ: cực từphụđặt giữa các tựtừchính và dùng đểcải thiện đổichiều Lõi thép của cực từphụthường làm bằng thép khối và trên thân cựctừphụcó đặt dây quấn mà cấu tạo giống nhưdây quấn cực từchính Cựctừphụdược gắn vào vỏnhờnhữngbulông

- Gông từ: gông từdùng đểlàm mạch từnối liền các cực từ, đồng thời làmvỏmáy Trong máy điện nhỏvà vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại.Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong máy điện nhỏdùng ganglàm võmáy

- Các bộphậnkhác:

+ Nắp máy: đểbảo vệmáy khỏi bịnhững vật ngoài rơi vào làm hưhỏng dâyquấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điện nhỏvà vừa,nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổbi Trong những trường hợp này nắpthường làm bằng gang

+ Cơcấu chổi than: Đểđưa dòng điện từphần quay ra ngoài Cơcấu chổithan gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờmột lò xo tì chặt lên cổgóp.Hộp chổi than được cốđịnh trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than

có thểquay được đểđiều chỉnh vịtrí chổi than cho đúng chỗ Sau khi điều chỉnhxong thì dùng vít cốđịnh chặtl ại

Phần quay (roto ):

Đây là phần quay (động) của động cơgồm có các bộphận sau:

Lõi sắt phầnứng: Là lõi sắt dùng đểdẫn từ Thường dùng những tấm thépkỹthuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5mm phủcách điện mỏngởhai lớp

mặt rồi ép chặt lại đểgiảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh đểsau khi ép lại thì đặt dây quấn vào.

+ Trong những máy cỡtrung bình trởlên, người ta còn dập những lỗthônggió đểkhi ép lại thành lõi sắt có thểtạo được những lỗthông gió dọct r ục

+ Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt thường được chia thành từng đoạnnhỏ Giữa các đoạnấy có đểmột khe hởgọi là khe thông gió ngang trục khi máylàm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõis ắt

+ Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phầnứng được ép trực tiếp vào trục

Dây quấn phầnứng: Là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện

chạy qua Dây quấn phầnứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện

Trong máy điện nhỏthường dùng dây có thiết diện tròn Trong máy điện vừa vàlớn, thường dùng dây có tiết diện chữnhật dây quấn được cách điện cẩn thậnvới rãnh của lõi thép

Đểtránh khi bịvăng ra do lực li tâm,ởmiệng rãnh có dùng nêm đểđè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn Nêm có thểlàm bằng tre, gỗhay bakelit

Cổ góp: Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều, dùng để đổichiều dòng điện xoay chiều thành mộtc h i ều

Kết cấu của cổgóp gồm nhiều phiến đồng có hình đuôi nhạn cách điện vớinhau bằng lớp mica dầy 0.4 đến1.2mmvà hợp thành hình trụtròn Hai đầu trụtròndùng hai vànhốp hình chữV ép chặt lại Giữa vànhốp và trụtròn cũng cách điệnbằng mica Đuôi vành góp có cao hơn lên một tí đểhàn các đầu dây của các phầntửdây quấn vào các phiến góp được dễdàng

Các bộphận khác: Gồm có cánh quạt và trụcm á y :

+ Cánh quạt: Dùng đểquạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều thườngchếtheo kiểu bảo vệ.Ởhai đầu nắp máy có lỗthông gió Cánh quạt lắp trên trụcmáy, khi máy quay cánh quạt hút gió từngoài vào máy Gió đi qua vành góp, cực

từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguộim á y

+ Trục máy: Là phần trên đó đặt lõi sắt phầnứng, cổgóp, cánh quạt vàổbi.Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt

Các thông sốđịnh mức

Chếđộlàm việc định mức của máy điện là chếđộlàm việc trong những điềukiện mà xưởng chếtạo đã qui định Chếđộđó được đặc trưng bằng những đạilượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức Trên nhãn máythường ghi những đại lượng sau:

Công suất định mức Pdm(kw hay w);

Nguyên lý làm việc của động cơđiện một chiều:

- Động cơđiệnm ộtc h i ềul à m ộtm á y đ i ệnb i ếnđ ổin ă n g l ượngđ i ệnc ủadòngm ộtc h i ềut h à n h c ơnăng.T r o n g q u á t r ì n h b i ếnđ ổiđ ó , m ộtp h ầnn ă n glượng của dòng xoay chiều bịtiêu tán do các tổn thất trong mạch phầnứng vàmạch kích từ, phần còn lại năng lượng được biến thành cơnăng trên trục độngcơ

- Khi có dòng điện một chiều chạy vào dây quấn kích thích và dây quấnphầnứng sẽsinh ra từtrườngởphần tĩnh Từtrường này có tác dụng tương hỗlêndòngđiệntrêndâyquấnphầnứngtạoramômentácdụnglênrotolàmchoroto

quay Nhờcó vành đổi chiều nên dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành

dòng một chiều đưa vào dây quấn phầnứng Điều này làm cho lực từtác dụng lênthanh dẫn dây quấn phầnứng không bịđổi chiều và làm động cơquay theo mộthướng

- Công suấtứng với mômen điện từđưa ra đối với động cơgọi là công suất điện từvàbằng:

Pdt= M ω= Eư.Iư

Trong đó:

M : là mômen điện từ;

Iư: Dòng điện phầnứng ;

Eư: Suất điện động phầnứng ;

ω: Tốc độgóc phầnứng; và ω= ;

Sơđồchânvàcáchđấunốiđộngcơđiện mộtchiều.

Hình 2Động cơđiện một chiều kích

từđộc lập

Dây màu đỏ: nguồn dương

Dây màu đen: nguồn âm

Động cơđược đóng cắt nguồn thông qua công tắc tơ

Công tắc tơđược điều khiển bởi PLC gián tiếp thông qua rơle trung gian

Hình 3Động cơvới bộgiảm tốc

Thông thường trục của động

cơđược gắn với bộgiảm tốc đểcó tốc độvà mô men phù hợp với tải

Băng tải có gắn động cơvới hộp

Xy lanh đơn là loại xylanh chỉ

tạo lực đẩy từmột hướng, dấu

Xilanh MALSeriesCylinderMAL25100

1.4 Van3/2

Khái niệm: Van 3/2 là loại van có 3 cổng làm việc (1 vào, 2 ra, 3 xả) và 2 trạng

thái Dạng tác động có thểbằng tay, bằng tiếp xúc cơkhí bằng khí nén hoặc

Nguyên lý hoạt động của van 3/2

Trạng thái bình thường van đóng, khi có tín hiệu tác động làm pit tông điềukhiển dịch chuyển, khí đi từnguồn vào cửa 1 ra cửa 2 Khi mất tín hiệu tác độngpit tông trởvềvịtrí cũ đóng nguồn khí, khí mới cấp được xảqua cửa 3

Cách đấu nối van:

Thông thường van sẽđược điều khiển bằng điện,

1.5 Nútấn

- Khái niệm: Nútấn còn gọi là nút điều khiển, là một loại khí cụđiện dùng

đểđóng ngắt từxa các thiết bịđiện từkhác nhau, các dụng cụbáoh i ệu…

- Cấu tạo, sơđồc h â n :

Nguyên lý:

+ Nútấn thường mở: Khi nút bị ấn thì mạch thông, khi thôiấn nút, lò

xo đẩy nút lên và mạch bịcắt

+ Nútấn thường đóng: nó chỉcắt mạch khi nút bị ấn

Ứng dụng: Nútấn thường được dùng đểđiều khiển các rơle, công tắc

tơ, chuyển đổi mạch tín hiệu, bảo vệ…Phổ

biến nhất là dùng nút ấn trongmạch điều khiển động cơđểmởmáy, dừng và đảo chiều quayđ i ện

*Lựa chọn nútấn:

+Tên nútấn: LA38/20311

+ Nútấn gồm 2 cặp tiếp điểm: 1 NO, 1N C

+ Xuất xứ: YueQing Tianyi electric Co., LTD; China

1.6 Cảmbiếnquangthuphátđộclập(ThroughBeam)

Cấu tạo:

Cảm biến quang thu phát độc lập gồm hai

bộ(emitter) và đầu thu (receiver):

phận chính là: đầu phát+ Đầu phát: phát ra các tia sáng trong vùng nhìn thấy và không nhìn thấy được sửdụng LED và diode laser

+ Đầu thu: có cấu tạo là các diode phát quang (photodiode) hoặc

transistor quang (phototransistor)

- NguyênLý:

Đầu phát và đầu thu được đặt vào vịtrí đểđối tượng khi xuất hiện sẽcắt ngang tia sáng

- Sơđồchân:

+ Đầu phát: (emitter): gồm 2 chân Brown (BN) và Blue (BU).

+ Đầu thu (detector): gồm 3 chân Brown (BN), Blue (BU) và Black (BK)

Brown (BN): nối với nguồn dương (+24V)

Blue (BU): nối với nguồn âm (0V)

Black (BK): chân tín hiệu, nối vào input của PLC

1.7 Rơle trunggian

- Khái niệm:Rơle trung gian là một khí cụđiện dùng đểkhuếch đại gián

tiếpcáctínhiệutácđộngtrongcácmạchđiềukhiểnhaybảovệ

- Cấu tạo:gồm mạch từnam châm điện, hệthống tiếp điểm chịu dòng điện

nhỏ(5A), vỏbảo vệvà các chân ra tiếpđiểm

- Nguyên lý làmviệc:

Khi cấp điện áp bằng giá trịđiện áp định mức vào hai đầu cuộn dâycủa rơle trung gian (ghi trên nhãn), lực điện từ

hút mạch từ kín lại, hệthống tiếp điểm chuyển đổi trạng thái và duy trì trạng thái này (tiếp điểmthường đóng mở

ra, tiếp điểm thường mở đóng lại) Khi ngừng cấpnguồn, mạch từhở, hệthống tiếp điểm trởvềtrạng thái banđ ầu

- Chọnloại rơle trung gian: MY4NJ (ACModels).

- Sơđồchân:

+13,14:2 chân cấp nguồn cho cuộnh ú t

+ 19; 210; 311; 412: các cặp tiếp điểm thường đóng.+ 59; 610; 711; 812: các cặp tiếp điểm thường mở