Giáo trình lắp đặt vận hành hệ thống cơ điện tử (nghề điện tử công nghiệp trình độ cao đẳng)

LỜI GIỚI THIỆULắp đặt vận hành hệ thống cơ điện tử là một trong những mô đun cơ sở của nghề Điện tử công nghiệp được biên soạn dựa theo chương trình khung đã xây dựng và ban hành năm 2

TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1500

Tổng quan về PLC S7–1500

Ngôn ngữ lập trình LAD cho PLC

2.1 Ngôn ngữ lập trình LAD

Phần mềm TIA Portal

3.1 Phần mềm lập trình Simatic TIA

3.2 Giao diện phần mềm lập trình

Simatic TIA Portal Step7 Basic

3.3 Nạp chương trình xuống PLC

3.4 Giao tiếp giữa máy tính và PLC

Thực hành

2 Bài 2: Giới thiệu về HMI 8 4 3 1

1.2 Các thông số của HMI

2.3 Vị trí của HMI trong hệ thống tự động hoá hiện đại

3 Thực hành thiết kế giao diện HMI đơn giản trên phần mềm TIA Portal 3 5

3 Bài 3: Lắp đặt, vận hành trạm cơ điện tử - trạm cấp đế 20 10 9 1

1 Lập kế hoạch lắp ráp các phần tử 4 2 2

2 Các phần tử của trạm 4 2 2

3 Lắp ráp và kết nối các phần tử 4 3 1

3.1 Lắp ráp khung của mô hình

3.2 Lắp ráp các cụm trên mô hình vào khung

4 Vận hành trạm cấp đế 7 3 4

4.1 Vận hành trạm cấp đế ở chế độ tự động

4.2 Vận hành trạm cấp đế ở chế độ thủ công

4.3 Thực hành viết chương trình điều khiển các thành phần độc lập của trạm

4 Bài 4: Lắp đặt, vận hành trạm cơ điện tử - trạm cấp vòng bi 24 12 11 1

1 Lập kế hoạch lắp ráp các phần tử 2 2

2.3 Cụm thanh răng bánh răng

4 Vận hành trạm cấp vòng bi 8 3 5

4.1 Vận hành trạm cấp vòng bi ở chế độ tự động

BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1500

Mã bài: MĐ32-01 Giới thiệu:

Dòng sản phẩm PLC SIMATIC S7-1500 của Siemens được thiết kế dạng module với nhiều loại CPU, phù hợp cho các cấp hiệu suất khác nhau Sản phẩm bao gồm các module tín hiệu vào ra, module công nghệ cho các chức năng đặc biệt như đếm, cùng với các module điều khiển tập trung và phân tán, phục vụ cho việc truyền thông giữa các thiết bị và nhà máy SIMATIC S7-1500 có cấp bảo vệ IP20, thích hợp lắp đặt trong các tủ điều khiển.

- Xác định được các bước cần thiết để thực hiện các công việc lắp đặt, đấu nối cho một hệ thống cơ điện tử điều khiển bằng PLC;

- Lập trình được các chương trình PLC đơn giản sử dụng phần mềm TIA Portal;

- Nạp các chương trình PLC và thử nghiệm vận hành;

- Chủ động, sáng tạo, nghiêm túc trong học tập và sản xuất

Dòng CPU của điều khiển SIMATIC S7-1500 là bộ điều khiển thế hệ mới của SIEMENS, đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lĩnh vực tự động hóa Với nhiều tính năng cải tiến, S7-1500 tối ưu hóa hoạt động và dễ dàng sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp.

1500 là dòng PLC hoàn hảo cho hệ thống tự động.

- Hiệu suất của hệ thống cao do thời gian đáp ứng ngắn và chất lượng điều khiển cao nhất.

- Tích hợp công nghệ điều khiển vị trí.

- Tích hợp chức năng bảo mật cao nhất.

- Cải tiến thiết kế, dễ dàng trong việc sử dụng cũng như kiểm tra hệ thống.

- Tích hợp chuẩn đoán lỗi hệ thống, tự động hiển thị trên màn hình.

- TIA Portal giúp cho việc lập trình hiệu quả và giảm giá thành sản phẩm.

- Bus kết nối module tốc độ cao giúp xử lý tín hiệu nhanh hơn.

- 3 cổng truyền thông Ethernet với 2 IP.

- Vẽ đồ thị (Trace): giúp việc chuẩn đoán các ứng dụng Motion và biến tần chính xác.

- Chức năng điều khiển trục và tốc độ được tích hợp.

- Chức năng điều khiển PID (version 2.0).

- Nhiều cấp bảo mật cho chương trình.

- Màn hình hiển thị các trạng thái của CPU và module cũng như chuẩn đoán lỗi.

Hình 1.1: Hình dáng thực tế của S7-1500/CPU 1511-1 PN

CPU S7-1500/CPU 1511-1 PN là lựa chọn tiêu chuẩn cho các ứng dụng từ nhỏ đến trung bình, với một địa chỉ IP và một cổng giao tiếp PROFINET Dòng CPU này có bộ nhớ làm việc lên tới 1.15MB và thời gian xử lý mỗi bit nhanh chóng khoảng 60ns.

Hình 1.2: Mặt trước của CPU 1511-1 PN

① LEDs báo trạng thái của CPU, ② Màn hình ③ Các nút nhấn điều khiển

Hình 1.3: Chốt để khóa CPU

Hình 1.4: Mặt dưới bảng điều khiển của CPU 1511-1 PN

① LEDs báo trạng thái của CPU ② Cổng kết nối với màn hình

③ Thẻ nhớ SIMATIC ④ Công tắc chọn chế độ

⑤ LEDs cho 2 cổng của giao tiếp PROFINET X1 ⑥ Địa chỉ MAC

⑦ PROFINET cổng giao tiếp (X1) với 2 cổng ⑧ Đầu conector để cấp nguồn 24VDC

⑨ Ốc vít để bắt xuống thanh rail

① Bề mặt tiếp xúc với thanh rail

② Các connector để kết nối với nguồn và các modules ngoại vi

③ Ốc vít để bắt xuống thanh rail

Kết nối nối nguồn 24VDC bên ngoài bằng đầu nối khi CPU chuyển về từ nhà máy, khi không có modules nguồn và thanh rail.

Hình 1.6: Kết nối nguồn cho CPU

③ GND (giới hạn dòng tới 10A)

④ Điện áp cấp +24 VDC (giới hạn dòng tới 10A)

⑤ Hai chân dùng để đồng bộ giữa ① và ④ , ② và ③

Cổng giao tiếp PROFINET cùng cổng mạng (X1 P1 R và X1 P2 R)

Bảng dưới đây trình bày sự phân chia thiết bị đầu cuối cho giao tiếp PROFINET, bao gồm 2 cổng mạng, phù hợp với tiêu chuẩn Ethernet cho đầu cắm RJ45.

Bảng 1.1: Sơ đồ chân của giao tiếp PROFINET cùng với hai cổng mạng

Hình ảnh Tên tín hiệu Ý nghĩa

Hình 1.7: Sơ đồ khối của CPU 1511-1 PN

② Lựa chọn chế độ RUN/STOP/MRES

⑥ Nguồn cấp nội từ hệ thống

PN X1 P1 R: Một cổng giao tiếp PROFINET ở cổng 1

R/S: RUN/STOP LED (vàng/xanh)

ER: Đèn màu đỏ báo lỗi

MT: Đèn màu vàng báo sự cố

2 Ngôn ngữ lập trình LAD cho PLC

Chương trình LAD thể hiện nguồn điện logic qua cột dọc và sử dụng các kí hiệu công tắc logic để tạo thành nhánh mạch điện logic nằm ngang Hình trên minh họa logic điều khiển với hai công tắc thường hở, một công tắc thường đóng và một ngõ ra relay logic.

Các kí hiệu công tắc là yếu tố quan trọng trong việc xây dựng mạch logic, cho phép kết hợp nhiều mạch để tạo ra mạch điều khiển cho các ứng dụng phức tạp Để thiết kế chương trình ladder hiệu quả, việc lập tài liệu chi tiết về hệ thống và mô tả hoạt động của chúng là cần thiết, giúp người sử dụng nhanh chóng và chính xác hiểu được mạch ladder.

Các qui ước của ngôn ngữ lập trình LAD:

Các đường dọc trên sơ đồ biểu diễn đường công suất, các mạch được nối kết với đường này.

Mỗi nấc thang (thanh ngang) xác định một hoạt động trong quá trình điều khiển.

Sơ đồ thang được đọc từ trái sang phải và từ trên xuống, với nấc ở đỉnh thang và nấc thứ hai cũng được đọc tương tự Khi PLC hoạt động, nó sẽ thực hiện chương trình thang từ đầu đến cuối và lặp lại nhiều lần Quá trình này, khi đi qua tất cả các nấc thang, được gọi là chu kỳ quét.

Mỗi nấc thang bắt đầu với một hoặc nhiều ngõ vào và kết thúc với ít nhất một ngõ ra.

Các thiết bị điện được mô tả theo điều kiện chuẩn của chúng Do đó, công tắc thường hở được thể hiện trong sơ đồ thang ở trạng thái hở, trong khi công tắc thường đóng được trình bày ở trạng thái đóng.

Thiết bị bất kỳ có thể xuất hiện trên nhiều nấc thang Có thể có một rơle đóng một hoặc nhiều thiết bị.

Các ngõ vào và ra được nhận biết theo địa chỉ của chúng, kí hiệu tùy theo nhà sản xuất qui định

Công tắc và cuộn coil

Ký hiệu Tham số Kiểu dữ liệu Miêu tả

Công tắc thường đóng hoặc thường mở có thể sử dụng các vùng nhớ I, Q, M, L, D Để đọc ngõ vào ngay lập tức, bạn có thể sử dụng cấu trúc “:P” và nên sử dụng ngõ vào vật lý thay vì biến quá trình.

OUT BOOL Đảo trạng thái ngõ vào/ra.

OUT BOOL Trạng thái ngõ ra là kết quả xử lý của phép toán logic.

OUT BOOL Đảo kết quả ngõ ra của phép toán logic.

Ký hiệu Tham Kiểu dữ liệu Miêu tả số

Lệnh Set và Reset 1 bit

OUT BOOL Khi lệnh Set được tác động thì địa chỉ ngõ ra sẽ được đặt lên 1.

OUT BOOL Khi lệnh Reset được tác động thì địa chỉ ngõ ra sẽ được trở về 0.

Lệnh Set và Reset nhiều bit

Khi lệnh SET_BF được tác động, một chuỗi gồm “n” bit sẽ được đặt lên 1 bắt đầu tại địa chỉ OUT.

OUT BOOL Khi lệnh RESET_BF được tác động, một chuỗi gồm “n” bit sẽ được trở về 0 bắt đầu tại địa chỉ OUT.

Lệnh SR và RS fliplop

Mạch chốt RS ưu tiên Set

Mạch chốt SR ưu tiên Reset

Nhận biết xung cạnh lên P và xung cạnh xuống N

Nhận biết xung cạnh lên và cạnh xuống

Phát hiện sự thay đổi trạng thái của tín hiệu vận hành (IN) từ 0 sang 1, trong khi thay đổi trạng thái tín hiệu phía trước không ảnh hưởng đến IN Khi IN ở mức 1, tất cả các ngõ ra khác đều ở mức 0 Trạng thái của IN sẽ được lưu trữ trong “M_BIT”.

Phát hiện sự thay đổi trạng thái của tín hiệu vận hành (IN) từ 1 sang 0 mà không bị ảnh hưởng bởi các tín hiệu phía trước Khi đó, ngõ ra sẽ được điều chỉnh tương ứng.

1, tất cả trường hợp còn lại đều ở mức 0. Trạng thái của In sẽ được lưu trữ trong

Khi có sự thay đổi tại RLO từ 0 sang 1, biến nhớ OUT sẽ được thiết lập thành 1 trong một chu kỳ chương trình Trong các trường hợp khác, OUT sẽ luôn bằng 0, và M-BIT sẽ lưu lại trạng thái của hệ thống.

Khi có sự thay đổi tại RLO từ 1 xuống 0, biến nhớ OUT sẽ được thiết lập thành 1 trong một chu kỳ chương trình, trong khi các trường hợp khác sẽ khiến OUT bằng 0 M-BIT sẽ lưu trữ trạng thái của OUT.

Khi ngõ vào CLK chuyển từ trạng thái logic 0 sang 1, một xung sẽ được phát ra và trạng thái của tín hiệu sẽ được lưu trữ vào “M_BIT”.

Khi ngõ vào CLK chuyển từ trạng thái logic 1 sang 0, một xung sẽ được phát ra, và trạng thái của tín hiệu sẽ được lưu trữ vào “M_BIT”.

GIỚI THIỆU VỀ HMI

Tổng quan về HMI

1.2 Các thông số của HMI

Phân loại HMI

2.3 Vị trí của HMI trong hệ thống tự động hoá hiện đại

Thực hành thiết kế giao diện HMI đơn giản trên phần mềm TIA Portal

đơn giản trên phần mềm TIA Portal 3 5

3 Bài 3: Lắp đặt, vận hành trạm cơ điện tử - trạm cấp đế 20 10 9 1

1 Lập kế hoạch lắp ráp các phần tử 4 2 2

4 Vận hành trạm cấp đế 7 3 4

Dòng sản phẩm PLC SIMATIC S7-1500 của Siemens được thiết kế dạng module với nhiều loại CPU, phù hợp cho các cấp hiệu suất khác nhau Sản phẩm bao gồm các module tín hiệu vào ra, module công nghệ cho các chức năng đặc biệt như đếm, và các module điều khiển tập trung hoặc phân tán, phục vụ cho việc truyền thông giữa các thiết bị hoặc nhà máy SIMATIC S7-1500 có cấp bảo vệ IP20, thích hợp lắp đặt trong các tủ điều khiển.

Dòng CPU của điều khiển SIMATIC S7-1500 là bộ điều khiển thế hệ mới của SIEMENS, đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lĩnh vực tự động hóa Với nhiều tính năng cải tiến, S7-1500 tối ưu hóa hoạt động và dễ dàng sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp.

Chương trình LAD thể hiện nguồn điện logic qua cột dọc và các kí hiệu công tắc logic, tạo thành một nhánh mạch điện logic nằm ngang Hình trên minh họa logic điều khiển với hai công tắc thường hở, một công tắc thường đóng và một ngõ ra relay logic.

Sơ đồ thang được đọc từ trái sang phải và từ trên xuống, với nấc ở đỉnh thang và nấc thứ hai cũng được đọc tương tự Khi PLC hoạt động, nó sẽ thực hiện chương trình thang từ đầu đến cuối và lặp lại nhiều lần Quá trình này, khi PLC đi qua tất cả các nấc thang, được gọi là chu kỳ quét.

Các thiết bị điện được mô tả theo điều kiện tiêu chuẩn của chúng Do đó, công tắc thường hở được thể hiện ở sơ đồ thang trong trạng thái hở, trong khi công tắc thường đóng được trình bày ở trạng thái đóng.

Công tắc thường đóng hoặc thường mở có thể sử dụng các vùng nhớ I, Q, M, L, D Để đọc ngõ vào ngay lập tức, bạn có thể sử dụng cấu trúc “:P” và nên sử dụng ngõ vào vật lý thay vì biến quá trình.

Phát hiện sự thay đổi trạng thái của tín hiệu vận hành (IN) từ 0 sang 1 mà không bị ảnh hưởng bởi tín hiệu phía trước Khi tín hiệu IN ở mức 1, ngõ ra sẽ ở mức 1, trong khi tất cả các trường hợp còn lại sẽ ở mức 0 Trạng thái của IN sẽ được lưu trữ trong “M_BIT”.

Phát hiện sự thay đổi trạng thái của tín hiệu vận hành (IN) từ 1 xuống 0, trong khi các tín hiệu phía trước không ảnh hưởng đến IN Khi đó, ngõ ra sẽ có mức tương ứng.

Khi ngõ vào CLK chuyển từ trạng thái logic 1 sang 0, một xung sẽ được phát ra, và trạng thái của tín hiệu sẽ được lưu trữ vào “M_BIT”.

LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH TRẠM CƠ ĐIỆN TỬ - TRẠM CẤP ĐẾ

Các phần tử của trạm

Lắp ráp và kết nối các phần tử

Vận hành trạm cấp đế

Dòng sản phẩm PLC SIMATIC S7-1500 của Siemens được thiết kế dạng module với nhiều loại CPU, phù hợp với các cấp hiệu suất khác nhau Sản phẩm bao gồm các module tín hiệu vào ra, module công nghệ cho các chức năng đặc biệt như đếm, cùng với các module điều khiển tập trung và phân tán, phục vụ cho việc truyền thông giữa các thiết bị và nhà máy SIMATIC S7-1500 có cấp bảo vệ IP20, thích hợp lắp đặt trong các tủ điều khiển.

Dòng CPU của điều khiển SIMATIC S7-1500 là bộ điều khiển thế hệ mới của SIEMENS, đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lĩnh vực tự động hóa Với nhiều tính năng cải tiến, S7-1500 tối ưu hóa hoạt động và dễ dàng sử dụng trong các ứng dụng.

Chương trình LAD thể hiện nguồn điện logic qua cột dọc và sử dụng các kí hiệu công tắc logic để tạo thành nhánh mạch điện logic nằm ngang Hình trên minh họa logic điều khiển với hai công tắc thường hở, một công tắc thường đóng và một ngõ ra relay logic.

Sơ đồ thang được đọc từ trái sang phải và từ trên xuống, với nấc ở đỉnh thang cũng được đọc theo cách tương tự Khi PLC hoạt động, nó sẽ thực hiện chương trình thang từ đầu đến cuối và lặp lại nhiều lần Quá trình này, khi PLC đi qua tất cả các nấc thang, được gọi là chu kỳ quét.

Các thiết bị điện được mô tả trong điều kiện tiêu chuẩn của chúng Do đó, công tắc thường hở được thể hiện ở sơ đồ thang trong trạng thái hở, trong khi công tắc thường đóng được trình bày ở trạng thái đóng.

Công tắc thường đóng hoặc thường mở có thể sử dụng các vùng nhớ như I, Q, M, L, D Để đọc ngay lập tức ngõ vào, bạn có thể áp dụng cấu trúc “:P” Khi sử dụng cấu trúc này, hãy chọn ngõ vào vật lý thay vì biến quá trình để đảm bảo hiệu quả.

Phát hiện sự thay đổi trạng thái của tín hiệu vận hành (IN) từ 0 sang 1 mà không bị ảnh hưởng bởi tín hiệu phía trước Khi tín hiệu IN ở mức 1, ngõ ra sẽ ở mức 1, trong khi tất cả các trường hợp còn lại sẽ ở mức 0 Trạng thái của IN sẽ được lưu trữ trong “M_BIT”.

Phát hiện sự thay đổi trạng thái của tín hiệu vận hành (IN) từ 1 sang 0 mà không bị ảnh hưởng bởi các tín hiệu phía trước Khi tín hiệu IN thay đổi, ngõ ra sẽ có mức tương ứng.

Khi ngõ vào CLK chuyển từ trạng thái logic 1 sang 0, một xung sẽ được phát ra, và trạng thái của tín hiệu sẽ được lưu trữ vào "M_BIT".

LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH TRẠM CƠ ĐIỆN TỬ - TRẠM CẤP

Tiêu đề	Giáo trình lắp đặt vận hành hệ thống cơ điện tử (nghề điện tử công nghiệp trình độ cao đẳng)
Tác giả	Nhóm tác giả
Trường học	Trường cao đẳng nghề Cần Thơ
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện tử công nghiệp
Thể loại	Giáo trình
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Cần Thơ

Định dạng
Số trang	67
Dung lượng	6,12 MB