thiết kế tủ điện

thiết kế tủ điện điều khiển tuần tự 3 băng tải sử dụng plc

LỜI NHẬN XÉT

MỤC LỤC

LỜI NHẬN XÉT 1

LỜI MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 6

1.1 Tổng quan về hệ thống băng tải 6

1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của băng tải vận chuyển than 6

1.3 Đặc điểm của hệ thống băng tải vận chuyển than 7

1.4 Yêu cầu về điều khiển 7

1.4.1 Các yêu cầu động cơ truyền động và hệ truyền động điện 7

1.4.2 Chế độ điều khiển băng tải 7

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC 9

2.1 Giới thiệu chung về PLC 9

2.2 Cấu trúc PLC 9

2.2.1 Các hoạt động xử lý bên trong PLC 11

2.2.2 Ngôn ngữ lập trình PLC 11

2.2.3 Ưu điểm và nhược điểm của PLC 12

2.3 Giới thiệu PLC FX 1S của hãng Mitsubishi 13

2.3.1 Giới thiệu sơ lược 13

2.3.2 Đặc tính kỹ thuật 14

2.3.3 Một số lệnh cơ bản 16

2.4 Nguồn cấp cho PLC FX 1S 17

2.5 Các thiết bị trong lập trình PLC 19

2.6 Phần mềm lập trình GX works 2 19

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 21

3.1 Lựa chọn các thiết bị điều khiển 21

3.1.1 PLC Mitsubishi FX 1S 30MT 21

3.1.2 Thiết bị cấp nguồn 21

3.2 Tính chọn thiết bị bảo vệ, đóng cắt 22

3.2.1 Aptomat 22

3.2.2 Contactor 23

3.2.3 Relay nhiệt 23

3.2.4 Dây dẫn 24

3.2.5 Nút ấn 24

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 25

4.1 Sơ đồ khối 25

4.2 Sơ đồ kết nối 25

4.2.1 Kết nối PLC 25

4.2.2 Sơ đồ mạch động lực 25

4.3 Chương trình điều khiển 26

4.4 Sơ đồ tủ điện 28

4.5 Lưu đồ thuật toán 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

KẾT LUẬN 31

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1 1: Cấu tạo băng tải cơ bản 6

Hình 2 1: Cấu trúc cơ bản của PLC 9

Hình 2 2: Ngôn ngữ lập trình IL 12

Hình 2 3: Ngôn ngữ lập trình FBD 12

Hình 2 4: Ngôn ngữ lập trình LD 12

Hình 2 5: Một số loại PLC FX 1S của hãng Mitsubishi 14

Bảng 2 1: Thông số kỹ thuật của PLC FX 1S 16

Bảng 2 2: Lệnh Load, Load Inverse 16

Bảng 2 3: Lệnh Out 16

Bảng 2 4: Lệnh And, And Inverse 17

Bảng 2 5: Lệnh Or, Or Inverse 17

Hình 2 6: Nguồn cấp cho PLC FX1N dạng xoay chiều 18

Hình 2 7: Nguồn cấp cho PLC FX1N dạng một chiều 18

Hình 2 8: Đấu đầu ra Rơ le 18

Hình 2 9: Đấu đầu ra Transistor 18

Hình 2 10: Phần mềm lập trình GX works 20

Hình 3 1: PLC Mitsubishi FX 1S 30MT 21

Hình 3 2: Bộ nguồn 24V DC 3A 21

Hình 3 3: Aptomat 3 pha MCB Chint NXB-125G 23

Hình 3 4: Contactor LS MC 32A 23

Hình 3 5: RelayLS MT 32A 24

Hình 3 6: Nút ấn LA38-11D 24

Hình 4 1: Sơ đồ khối 25

Hình 4 2: Sơ đồ kết nối PLC 25

Hình 4 3: Sơ đồ mạch động lực 25

Hình 4 4: Mặt trong của tủ 28

Hình 4 5: Mặt ngoài của tủ 29

Hình 4 7: Lưu đồ thuật toán chế độ tuần tự 30

LỜI MỞ ĐẦU

Với sự phát triển của khoa học công nghệ như hiện nay, thì việcứng dụng thiết bị điều khiển trình PLC để tự động hóa quá trình sảnxuất, nhằm mục tiêu tăng năng xuất lao động, giảm sức người, nângcao chất lượng sản phẩm đang là một vấn đề cấp thiết các công ty xínghiệp đã giúp tự động hóa và sản xuất để tiện lợi hơn cho việc quản

lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý làyêu cầu thiết yếu, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lýmột cách dễ dàng

Đồ án chuyên ngành: Ứng dụng PLC Mitsubishi trong lập trình cho hệ thống vận chuyển than với 3 băng tải giúp sinh viên áp dụng

một cách tổng quan nhất những kiến thức đã học và tích luỹ trongquá trình học tập để giải quyết vấn đề trên

Trong quá trình làm đồ án với kiến thức đã được học, sự nỗ lực

cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy cô trong

bộ môn, đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp, tận tình của cô giáoNguyễn Thị Thùy Dương đã giúp em hoàn thành đúng tiến độ bản đồ

án môn học này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã trang bị cho emkiến thức chuyên môn để hoàn thành bản đồ án này Tuy nhiên dotrình độ có hạn nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót, em rất mongnhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo

Hưng Yên, ngày tháng năm 2022

Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Khánh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan về hệ thống băng tải

Băng tải, băng chuyền là thiết bị công nghiệp tự động hóa,chuyển tải có tính kinh tế cao và được ứng dụng trong vận chuyểnhàng hóa, nguyên vật liệu ở nhiều khoảng cách Có thể hiểu rằng,

đó là thiết bị vận chuyển các đồ vật từ nơi này đến nơi khác, từ điểm

A đến điểm B Nhờ vậy mà giờ đây, con người không phải tốn sứcnâng đỡ, vác bằng sức người hay các dụng cụ vận chuyển truyềnthống như xe đẩy, xe chở hàng,…

1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của băng tải vận chuyển than

Hình 1 1: Cấu tạo băng tải cơ bản

Cấu tạo băng tải cơ bản gồm:

- Khung băng tải: Có kết cấu bằng vật liệu nhẹ và linh hoạttrong lắp ráp Thông thường được làm bằng thép sơn tĩnh điện, inoxhoặc nhôm định hình

- Động cơ băng tải: Dùng để bộ điều khiển kiểm soát tốc độ

- Dây băng tải: thường sử dụng dây PVC hoặc dây PU

- Cơ cấu truyền động gồm: Rulo chủ động kéo, cơ cấu chốnglệch băng, con lăn đỡ dây…

- Bàn thao tác trên băng tải thường bằng gỗ, hoặc inox, phíatrên có dán lớp nhựa PVC chống trầy xước cho sản phẩm

- Hệ thống đường khí nén và đường điện có ổ cắm để lấy điệncho các máy dùng trên băng tải

Băng tải chủ yếu bao gồm 2 con lăn chính và 1 băng tải đóngtrên chúng Con lăn truyền động cho băng tải quay gọi là con lăn dẫnđộng, con lăn chỉ thay đổi hướng của băng tải là con lăn đảo chiều.Con lăn truyền động được điều khiển bởi 1 động cơ thông qua bộgiảm tốc từ đó băng tải có thể truyền động cũng chính nhờ động cơ.Các con lăn truyền động thường được lắp ở đầu để tạo điều kiện kéo.Nguyên liệu (than) được đưa vào điểm đầu nhờ sự truyền động củabăng tải mà di chuyển tới điểm cuối.

1.3 Đặc điểm của hệ thống băng tải vận chuyển than

- Cơ động ở nhiều loại địa hình và thuận tiện trong việc lắp đặt,bảo dưỡng

- Có thể lắp cho các hệ thống băng tải ngoài trời nhờ sự thíchứng với nhiều

điều kiện môi trường khác nhau

- Độ bền cao, ít bị co giãn theo thời gian, chống va đập nhờ cấutrúc sợi cao su chặt chẽ

- Chịu được bào mòn của của than

- Vận hành ổn định trong nhiều giờ hoạt động mà không gâynhiều tiếng ồn

- Ít tiêu hao nhiều điện năng

- Có thể vận chuyển than đá trên quãng đường dài mà khônggặp khó khăn

- Băng tải than đã có thể vận chuyển theo phương ngang vàphương nghiêng giúp đẩy nhanh quá trình vận chuyển

- Tiết kiệm nhiều chi phí thuê nhân công lao động

- Đảm bảo an toàn lao động

- Đảm bảo vấn về an toàn lao động trong quá trình làm việc

- Tiết kiệm chi phí

1.4 Yêu cầu về điều khiển

1.4.1 Các yêu cầu động cơ truyền động và hệ truyền động điện

- Chế độ làm việc của các thiết bị vận tải liên tục là chế độ dàihạn với phụ tải hầu như không đổi

- Hệ truyền động các thiết bị vận tải liên tục cần đảm bảo khởiđộng đầy tải Mô men khởi động của động cơ Mkd = (1,6 ÷ 1,8)Mđm

Do hệ thống băng tải là thiết bị hoạt động ở chế độ dài hạn,khởi động đầy tải do vậy cần mô men khởi động đủ lớn để đáp ứngyêu cầu tải Động cơ không đồng bộ có thể đáp ứng được những yêucầu trên Động cơ không đồng bộ: Là loại động cơ phù hợp với thiết

bị có công suất nhỏ, rẻ, chắc chắn, độ tin cậy cao

1.4.2 Chế độ điều khiển băng tải

Vì hầu hết các thiết bị vận tải liên tục không yêu cầu điều chỉnhtốc độ nên không quan tâm đến quá trình điều chỉnh tốc độ động cơ,

mà chỉ quan tâm đến mô men khởi động của động cơ, cũng như chế

độ làm việc của động cơ là chế độ làm việc dài hạn vì vậy em lênchọn loại động cơ không đồng bộ 3 pha có những đặc tính phù hợpvới các yêu cầu trên

a Chế độ vận hành tự động

Theo quy định việc khởi động các băng tải được thực hiện từphòng điều khiển trung tâm (khởi động từ xa) Sơ đồ điều khiển cácđộng cơ điện của băng tải được bố trí thích hợp, để tiến hành khởiđộng các băng từ bảng điều khiển trung tâm Để điều khiển tự động

từ bảng điều khiển bằng các khóa điều khiển, phải chọn sơ đồ cấpliệu Sau khi đặt khóa điều khiển vào vị trí tự động các đèn vị trí củathiết bị này sẽ nhấp nháy Sau đó tín hiệu từ sơ đồ khởi động trungtâm sẽ chạy băng cuối cùng theo tuần tự của tuyến băng tải

b Chế độ vận hành tại chỗ

Chế độ này được vận hành tại bảng điều khiển, việc thực hiệnchế độ này bằng cách ấn nút khởi động và nút dừng tại hộp điềukhiển, công việc do công nhân vận hành băng tải trực tiếp thực hiện

Kết quả đạt được sau khi hoàn thành chương 1:

- Hiểu biết về hệ thống băng tải sử dụng trong đề tài (đặc điểm,cấu tạo, động cơ, nguyên lý hoạt động, ứng dụng )

- Tìm hiểu được các chế độ khi vận hành băng tải

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC 2.1 Giới thiệu chung về PLC

PLC (Programmable Logic Controller), là thiết bị điều khiển logiclập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật điều khiển sốthông qua một số ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện cácthuật toán bằng mạch số PLC là bộ tích hợp, có tính năng như mộtmáy tính, nghĩa là có bộ vi xử lý (CPU), có một hệ điều hành, có bộnhớ để lưu chương trình điều khiển dữ liệu và các cổng ra vào đểgiao tiếp với đối tượng điều khiển, có thể kết nối mạng giữa các PLCvới nhau cũng như giao tiếp với máy tính để thực hiện các chức năngđiều khiển Ngoài ra PLC còn có chứa các khối chức năng đặc biệtkhác như bộ đếm (counter), bộ định thời (timer) và nhiều khối hàmchuyên dụng khác

Hình 2 1: Cấu trúc cơ bản của PLC

Đơn vị xử lý trung tâm (CPU):

Đơn vị xử lý trung tâm là bộ vi xử lý, liên kết với các hoạt độngcủa hệ thống

PLC, thực hiên chương trình, xử lý tín hiệu nhập xuất và thông tinliên lạc các thiết bị bên ngoài

Bộ nhớ (Memory):

Có nhiều bộ nhớ khác nhau Đây là nơi lưu giữ trạng thái hoạtđộng của hệ thống và bộ nhớ của người sử dụng Để đảm bảo choPLC hoạt động, phải thực cần có bộ nhớ để lưu trữ chương trình, đôikhi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức năng khác như:

- Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất/nhậpđược gọi là Ram nhập xuất

- Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong:Time, Counter, Relay

Bộ nhớ:

Bộ nhớ chỉ đọc (Rom: Read only memory): Rom không phải là

bộ nhớ khả biến, nó có thể lập trình chỉ một lần Do đó không thíchhợp cho việc điều khiển “mềm” của PLC

Bộ nhớ ghi đọc Ram (Random access memory): Ram là bộ nhớthường được dùng để lưu trữ dữ liệu và chương trình của người sửdụng Dữ liệu trong Ram sẽ bị mất đi nếu nguồn điện bị mất Tuynhiên, vấn đề này được giải quyết bằng cách gán thêm vào Ramnguồn điện dự phòng

+ Control bus: bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu địnhthì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.

Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộnhớ và I/O Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cungcấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống

Các ngõ vào ra I/O:

Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul (cácđầu vào của PLC) các cơ cấu chấp hành được nối với modul ra (cácđầu ra của PLC) Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là5V, tín hiệu xử lý là 12/24V một chiều hoặc 100

đến 240V xoay chiều

Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng tháicủa các kênh I/O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC, điều nàylàm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơngiản Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) đểthực hiện việc đóng ngắt mạch ở đầu ra

2.2.1 Các hoạt động xử lý bên trong PLC

đó sẽ xác định trạng thái của các đầu ra

+ Xử lý những yêu cầu truyền thông: trong suốt thời gian CPU

xử lý thông tin trong chu trình quét, PLC xử lý tất cả thông tin nhậnđược từ cổng truyền thông hay các module mở rộng

+ Cuối cùng bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ratại các modul đầu ra

Xử lý xuất nhập:

Điều này đỏi hỏi CPU quét các lệnh ở ngõ vào (mà chúng xuấthiện trong chương trình), khoản thời gian Delay được xây dựng bêntrong để chắc chắn rằng chỉ có các tín hiệu hợp lệ mới được đọc vào

trong bộ vi xử lý Các lệnh ngõ ra được lấy trực tiếp tới các thiết bị.Theo hoạt động logic của chương trình, khi lệnh OUT được thực hiệnthì các ngõ ra cài lại vào đơn vị I/O, vì thế chúng vẫn giữ được trạngthái cho tới khi lần cập nhật kế tiếp.

2.2.2 Ngôn ngữ lập trình PLC

Ngôn ngữ lập trình IL (Instruction List):

Ngôn ngữ lập trình IL là ngôn ngữ lập trình cấp thấp, gần giốngnhư ngôn ngữ máy Assembler, thường được dùng để lập trình cho vi

xử lý Cấu trúc của chương trình bao gồm một loạt các câu lệnh, mỗicâu lệnh nằm trên một dòng và được kết thúc bằng ký tự xuốngdòng Mỗi câu lệnh bao gồm một toán tử và nhiều toán hạng Toánhạng là đối tượng của toán tử và là các biến số hoặc các hằng số

Hình 2 2: Ngôn ngữ lập trình IL

Ngôn ngữ lập trình FBD (Function Block Diagrams):

Ngôn ngữ lập trình FBD là ngôn ngữ lập trình kiểu đồ họa, bằngcách mô tả các quá trình dưới dạng dòng chảy tín hiệu giữa các đốikhối hàm với nhau

Kí hiệu các cổng Logic:

Hình 2 3: Ngôn ngữ lập trình FBD

Ngôn ngữ lập trình LD (Ladder Diagram)

Ngôn ngữ lập trình LD là ngôn ngữ bậc thang là một kiểu ngônngữ lập trình đồ họa Lập trình theo LD có thể coi như khi các ta thiết

kế và đi dây các bảng mạch điện điều khiển

- Giảm đến 80% số lượng dây nối.

- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp

- Khả năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho việc sửa chữa đượcnhanh chóng và dễ dàng

- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình,khi không có các

yêu cầu thay đổi các đầu vào ra thì không cần phải nâng cấp phầncứng

- Giảm thiểu số lượng rơle và timer so với hệ điều khiển cổđiển

- Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng trong chương trình.-Thời gian để một chu trình điều khiển hoàn thành chỉ mất vài

ms, điều này làm tăng tốc độ và năng suất PLC

- Chương trình điều khiển có thể được in ra giấy chỉ trong thờigian ngắn giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống

- Chức năng lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễhọc

- Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

- Dung lượng chương trình lớn để có thể chứa được nhiềuchương trình phức tạp

- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

- Dễ dàng kết nối được với các thiết bị thông minh khác như:máy tính, kết nối mạng Internet, các Module mở rộng

- Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ

- Giá bán cạnh tranh

Đặc trưng của tất cả các dòng PLC bất kì là khả năng có thể lậptrình được, chỉ số IP ở dải quy định cho phép PLC hoạt động trongmôi trường khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độtin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnh chương trình dễdàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượngđầu vào nhập và đầu ra xuất được đáp ứng tuỳ nghi trong khả năngtrên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đếnthiết kế phần điều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tựđộng.

b) Nhược điểm:

- Giá thành cao

- Đòi hỏi người dung có khả năng và trình độ chuyên môn cao

- Khi hỏng khả năng sửa chữa khó

2.3 Giới thiệu PLC FX 1S của hãng Mitsubishi

2.3.1 Giới thiệu sơ lược

PLC Mitsubishi MELSEC FX 1S thuộc dòng PLC nhỏ gọn(Compact PLC) của Mitsubishi Electric

PLC FX 1S kết hợp những lợi ích của bộ PLC nhỏ gọn tiết kiệmkinh phí với khả năng mở rộng linh hoạt của hệ thống điều khiển kiểumodule FX 1S có thể mở rộng nên đến 128 đầu vào ra với đầy đủmodule FX 1S chức năng Nó cũng có tính năng của một bộ điềukhiển định vị tích hợp mạnh mẽ Khả năng kết nối với dữ liệu vàthông tin liên lạc làm cho FX 1S trở nên lý tưởng với những ứng dụngkết nối vơi phần cứng điều khiển

Hình 2 5: Một số loại PLC FX 1S của hãng Mitsubishi

Đảm bảo về tính năng chuyền thông, chức năng đặc biệt, tốc

độ xử lý

Khả năng truyền thông và trao đổi dữ liệu của PLC FX 1S là ýtưởng cho những ứng dụng mà phần cứng bộ điều khiển, tính năngtruyền thông, chức năng đặc biệt và tốc độ xử lý là then chốt

Những điểm nổi bật của PLC Mitsubishi FX 1S

- Dải cổng vào ra từ 14 đến đến 128 vào ra

- Tốc độ xử lý cao(0.55μs mỗi bản ghi)

- Dung lượng lưu trữ chương trình phong phú với 8000steps,phạm vi kết nối thiết bị rộng

-Trung tâm điều khiển tích hợp

- Đầy đủ chức năng đặc biệt và module mở rộng cho những nhucầu riêng biệt

- Bộ điều khiển tích hợp PID (Integrated PID controller)

- Hỗ trợ cho kết nối mạng open networks

- Tích hợp đồng hồ thời gian thực

- Lập trình thân thiện với người dùng

- Xử lý tín hiệu analog với bộ biến đổi xung mở rộng

lý lệnh Đối với các lệnh cơ bản: 0,55 0,7µs Đối với các lệnh ứng dụng: 3,7 khoảng 100 µsNgôn ngữ lập

trình Ngôn ngữ Ladder vàInstruction

Có thể tạo chươngtrình loại SFC

Dung lượng

chương trình 8000 bước EEPROM

Có thể chọn tùy ý

bộ nhớ (như FX1NEE PROM8L)

Số lệnh Số lệnh cơ bản: 27 Số lệnh Ladder: 2

Số lệnh ứng dụng: 89

Có tối đa 177 lệnhứng dụng được thihành

Rơ le phụ

trợ (M)

Thông thường Số lượng: 384 Từ M0 M383Chốt Số lượng: 1152 Từ M384 M1535Đặc biệt Số lượng: 256 Từ M8000 M8255

Rơ le trạng

thái (S)

Chốt Số lượng: 1000 Từ S0 S999Khởi tạo Số lượng: 10 (tập con) Từ S0 S9

Bộ định thì

Timer (T)

100 mili giây

Khoảng định thì: 0 3276,7 giây

Số lượng: 200

Từ T0 T199

10 mili giây

Khoảng định thì: 0 327,67 giây

Số lượng: 4

T246 T249

100 mili giâyduy trì

Khoảng định thì: 0 3276,7 giây

Số lượng: 16

Từ C0 C15Loại: bộ đếm lên

16 biChốt 16 bit Số lượng: 184

Từ C16 C199Loại: bộ đếm lên

2.147.483.647

Từ C200 C219Loại: bộ đếm lên/xuống 32 bit

Chốt 32 bit

Khoảng đếm:

-2.147.483.648đến

2.147.483.647

Số lượng: 15

Từ C220 C234Loại: bộ đếm lên/xuống 32 bit

Thanh ghi

dữ liệu(D) Thông thường Số lượng: 128

Từ D0 D127Loại: cặp thanhghi lưu trữ dữ liệu

16 bit dùng chothiết bị 32 bit

Chốt Số lượng: 7872 Từ D128 D7999

Loại: cặp thanhghi lưu trữ dữ liệu