đồ án tốt nghiệp xây dựng các bài tực tập khí nén kết hợp điều khiển bằng plc

Đề tài này giúp cho sinh viên ngành Điện phần nào hiểu được cách thức hoạt động của các thiết bị khí nén đồng thời ứng dụng PLC vào điều khiển chúng.. Khái niệm: Máy nén khí là thiết bị

CHƯƠNG I

DẪN NHẬP

I. Đặt vấn đề :

Không khí chung quanh ta nhiều vô kể và nó là một nguồn năng lượng rất lớn mà con người đã biết sử dụng chúng từ trước Công nguyên Tuy nhiên sự phát triển và ứng dụng khí nén lúc đó còn rất hạn chế do sự phối hợp giữa các ngành vật lý ,cơ học v.v

Vào khoảng thế kỷ 17 các nhà bác học Blaise Pascal, Denis Papin, Otto von Guerike đã xây dựng nền tảng cho việc ứng dụng của khí nén

Cùng với sự phát triển của khí nén, năng lượng điện đã phát triển mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực làm cho ứng dụng của khí nén giảm Nhưng không vì điều đó mà sự phát triển và ứng dụng của khí nén mất đi

II. Tầm quan trọng và ứng dụng của khí nén :

Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp nổ ra, sự phát triển về điều khiển bằng khí nén không ngừng diễn ra

Các ứng dụng của khí nén để điều khiển như: phun sơn, gá kẹp chi tiết v.v

Các ứng dụng của khí nén trong truyền động như máy vặn vít, các moto khí nén, máy khoan, các máy va đập dùng trong đào đường, hệ thống phanh ôtô v.v

III. Ưu nhược điểm của khí nén :

1 Ưu điểm:

• Không gây ô nhiễm môi trường

• Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học của khí nén nhỏ, tổn thất trên dọc đường thấp

• Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo.

2 Nhược điểm:

• Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi

• Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn

IV. Mục đích yêu cầu- giới hạn đề tài :

Trong công cuộc Hiện đại hóa, Công nghiệp hóa đất nước Đất nước ta mở cửa cho các nhà đầu tư vào hoạt động Các hệ thống tự động hóa công nghiệp điều khiển bằng khí nén cũng dần xuất hiện nhiều

Tự động hóa trong công nghiệp sẽ cho ra nhiều sản phẩm hơn đồng thời đòi hỏi sự hoạt động của nó phải đạt độ chính xác cao, an toàn v.v

Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và ngành cơ khí là một bước tiến quan trọng trong sự phát triển của tự động hóa trong công nghiệp

Trong một số trường Đại học hiện nay có thêm môn học Cơ- Điện tử Đây là sự kết hợp giữa hai ngành Cơ khí và Điện –Điện tử

Nhằm giúp sinh viên có kiến thức sơ đẳng về điều khiển tự động các thiết bị khí nén, em thực hiện đề tài “ Xây dựng bài thực tập khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC “ Đề tài này giúp cho sinh viên ngành Điện phần nào hiểu được cách thức hoạt động của các thiết bị khí nén đồng thời ứng dụng PLC vào điều khiển chúng

Đề tài được trình bày theo dạng các bài thí nghiệm, sinh viên sau khi nắm vững lý thuyết, sẽ thực hành theo các dạng bài tập thí nghiệm Các bài thí nghiệm được viết theo trình tự từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp nằm giúp sinh viên dễ dàng nắm bắt bài học hơn

Đề tài này được thực hiện trên bộ thí nghiệm khí nén của hãng VOLT

LAB-Đề tài giới thiệu cho sinh viên các thiết bị và các thức hoạt động của các thiết bị, tự động điều khiển các thiết bị bằng PLC Giúp sinh viên có kiến

Với quĩ thời gian 7 tuần lễ và đây là một đề tài mới mẻ đối với em Trong quá trình nghiên cứu xây dựng bài thực tập do kiến thức còn hạn chế chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, kính mong quí Thầy Cô cùng các bạn sinh viên đóng góp ý kiến để xây dựng đề tài tốt hơn.

CHƯƠNG II

GIỚI THIỆU VỀKHÍ NÉN

A Máy nén khí – Thiết bị phân phối khí nén:

I Máy nén khí:

1. Khái niệm:

Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng

2 Phân loại:

a Theo áp suất:

• Máy nén khí áp suất thấp: p ≤ 15 bar

• Máy nén khí áp suất cao: p ≥ 15 bar

• Máy nén khí áp suất rất cao: p ≥ 300bar

b Theo nguyên lý hoạt động:

• Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu pittông, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít

• Máy nén khí tuabin: máy nén khí ly tâm và máy nén khí theo chiều trục

II Bình trích chứa khí nén:

Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộ phận lưu trữ để sử dụng Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước

Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng: ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn

Ký hiệu :

III Mạng đường ống dẫn khí nén:

Mạng đường ống dẫn khí nén là thiết bị truyền dẫn khí nén từ máy nén khí đến bình trích chứa rồi đến các phần tử trong hệ thống điều khiển và cơ cấu chấp hành

Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân thành 2 loại:

• Mạng đường ống được lắp ráp cố định (mạng đường ống trong nhà máy)

• Mạng đường ống được lắp ráp di động (mạng đường ống trong dây chuyền hoặc trong máy móc thiết bị)

Trong bộ thí nghiệm, đường ống dẫn khí nén được trang bị cho phép tháo lắp dễ dàng và nhanh chóng Nối hệ thống đến các thiết bị bằng cách đơn giản là đẩy ống vào cổng vào (in-let) hay cổng ra (out-let) Tháo ống ra bằng cách một tay đè vào vành tỳ, tay kia kéo ống ra

B CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN:

 Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic nhất định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển Ví dụ: van đảo chiều, van tiết lưu, van logic OR hoặc AND

 Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lương ra của mạch điều khiển Ví dụ: xilanh, động cơ khí nén

II Van đảo chiều:

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở hay thay đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén

1) Ký hiệu của van đảo chiều:

Vị trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái o,a ,b ,c ,… hay các chữ số 0, 1, 2, …

Vị trí ‘không’ là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu bên ngoài vào Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí ở giữa, ký hiệu ‘o’ là vị trí ‘không’ Đối với van có 2 vị trí thì vị trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường vị trí bên phải ‘b’ là vị trí ‘không’

Cửa nối van được ký hiệu như sau: ISO 5599 ISO 1219

Cửa nối với nguồn(từ bộ lọc khí) 1 P

Cửa nối làm việc 2 , 4, 6, … A , B , C, …

Cửa nối tín hiệu điều khiển 12 , 14… X , Y …

Trường hợp a là cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn, còn cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn khí là trường hợp b

Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường mũi tên biểu diễn hướng

chuyển động của dòng khí nén qua van Khi dòng bị chặn thì được biểu diễn bằng dấu gạch ngang

Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều:

Hình trên là ký hiệu của van đảo chiều 5/2 trong đó:

5 : chỉ số cửa

2 : chỉ số vị trí

Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều:

Van đảo chiều 2/2

Kí hiệu cửa xả khí

1 0

Cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn

2(A) 4(B)

5(S)

1(P)

3(R)

Nối với nguồn khí nén

Cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn

14(Z)

Cửa nối điều khiển 12(Y)Cửa nối điều khiển

Cửa 1nối với cửa 2 Cửa 1nối với cửa 4

Van đảo chiều 4/2

Van đảo chiều 5/2

2) Tín hiệu tác động:

Tín hiệu tác động vào van đảo chiều có 4 loại là: tác động bằng tay, tác động bằng cơ học, tác động bằng khí nén và tác động bằng nam châm điện Tín hiệu tác động từ 2 phía ( đối với van đảo chiều không có vị trí

‘không’) hay chỉ từ 1 phía (đối với van đảo chiều có vị trí ‘không’)

a Tác động bằng tay:

Kí hiệu nút nhấn tổng quát

Nút bấm

Tay gạt

Bàn đạp

b Tác động bằng khí nén:

Trực tiếp bằng dòng khí nén vào

Trực tiếp bằng dòng khí nén ra

Trực tiếp bằng dòng khí nén vào với

đường kính 2 đầu nòng van khác nhau

Gián tiếp bằng dòng khí nén ra qua van

phụ trợ

c Tác động bằng cơ:

Đầu dò

Cữ chặn bằng con lăn , tác động 2 chiều

Cữ chặn bằng con lăn , tác động 1 chiều

Lò xo

Nút nhấn có rãnh định vị

d Tác động bằng nam châm điện:

Trực tiếp

Bằng nam châm điện và van phụ trợ

Tác động theo cách hướng dẫn cụ thể

3) Van đảo chiều có vị trí ‘không’:

Van đảo chiều có vị trí ‘không’ là loại van tác động bằng cơ – lò xo và ký hiệu lò xo nằm ngay vị trí bên cạnh ô vuông phía bên phải của ký hiệu van Tác động lên phía đối diện nòng van là tín hiệu tác động bằng cơ, khí nén hay bằng điện Khi chưa có tín hiệu tác động, vị trí của các cửa nối được biểu diễn trong ô vuông phía

*

bên phải đối với van đảo chiều 2 vị trí Còn đối với van đảo chiều 3 vị trí thì vị trí

‘không’ nằm ở giữa

Ví dụ : Van đảo chiều 2/2 tác động bằng nam châm điện:

Van có 2 cửa P và R, 2 vị trí 0 và 1 Tại vị trí 0, cửa P và R bị chặn Khi cuộn Y có điện, từ vị trí 0 van chuyển sang vị trí 1, cửa P nối với cửa R Khi cuộn Y mất điện, do tác động của lò xo phía đối diện, van sẽ quay trở về vị trí ban đầu

4) Van đảo chiều không có vị trí ‘không’:

Khi không có tín hiệu tác động lên đầu nòng van nữa, thì vị trí của van vẫn được giữ nguyên đợi tín hiệu tác động từ phía nòng van đối diện

Vị trí tác động kí hiệu a , b, c, …

Tín hiệu tác động có thể là:

_ tác động bằng tay hay bàn đạp

_ tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hay ra từ 2 phía nòng van_ tác động trực tiềp bằng điện từ hay gián tiếp bằng dòng khí nén đi qua van phụ trợ

Ví dụ: Van trượt đảo chiều 3/2 tác động bằng nam châm điện

Khi cuộn Y1 có điện thì cửa P nối với cửa A, cửa R bị chặn Khi cuộn Y2 có điện thì cửa A nối với cửa R còn cửa P bị chặn

III Van chắn:

Van chắn là loại van chỉ cho dòng khí nén đi qua một chiều, chiều còn lại bị chặn Van chắn gồm có các loại sau:

_ Van 1 chiều

_ Van Logic (OR , AND )

_ Van xả khí nhanh

A

R

1 0

P Y

R

P

TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆUVan một chiều:

Van một chiều có tác dụng chỉ cho

dòng khí nén đi qua một chiều( từ A qua

B) , chiều ngược lại bị chặn

Van logic OR:

Khi có dòng khí nén vào từ P1 thì

cửa P2 bị chặn và cửa P1 nối với cửa A

Ngược lại khi dòng khí nén vào P2 thì

cửa P1 bị chặn, cửa P2 nối với cửa A

Van logic AND:

Khi có dòng khí nén vào P1 thì P1

bị chặn, và ngược lại khi có dòng khí nén

vào P2 thì P2 bị chặn Chỉ khi nào cả P1

và P2 có dòng khí nén vào thì mới có

khí nén qua cửa A

Van xả khí nhanh:

Khi dòng khí nén vào cửa P, chắn

cửa R, cửa P nối với cửa A Khi dòng khí

nén vào từ A, cửa P bị chặn, cửa A nối

với cửa R, khí được xả nhanh ra ngoài

IV Van tiết lưu:

Van tiết lưu có nhiệm vụ thay đổi lưu lượng dòng khí nén, có nghĩa là thay đổi vận tốc của cơ cấu chấp hành

Van tiết lưu có tiết diện không đổi:

Khe hở của van có tiết diện không

thay đổi, do đó lưu lượng dòng chảy

không thay đổi

Van tiết lưu có tiết diện thay đổi:

Lưu lượng dòng chảy qua van thay

đổi được nhờ vào một vít điều chỉnh làm

thay đổi tiết diện của khe hở

Ký hiệu chung:

Có mối nối ren:

Không có mối nối ren:

Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng

tay:

Nguyên lý hoạt động tương tự như

van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng

tay, tuy nhiên dòng khí nén chỉ có thể đi

một chiều từ A qua B , chiều ngược lại bị

chặn

Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cữ

chặn:

Dòng khí nén chỉ có thể đi một

chiều từ A sang B, tùy vào vị trí của cữ

chặn mà tiết diện của khe hở của van

thay đổi, làm cho lưu lượng dòng chảy

thay đổi

IV Van áp suất:

Van an toàn:

Bình thường khi áp suất nhỏ hơn

hoặc bằng áp suất cho phép, cửa R bị

chặn, nhưng khi áp suất lớn hơn áp suất

cho phép, cửa R mở ra, khí nén từ cửa P

theo cửa R thoát ra ngoài

Van tràn:

Nguyên tắc họat động tương tự

như áp suất, nhưng khi áp suất bằng

hoặc lớn hơn áp suất cho phép thì cửa

P nối với cửa A

Van áp suất điều chỉnh từ xa :

Nguyên lý hoạt động của van áp

suất điều chỉnh từ xa: khi có tín hiệu áp

suất Z tác động gián tiếp qua van tràn,

cửa P nối với cửa A

V Van chân không:

Van chân không là bộ phận có nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực hút chân không Chân không được tạo ra bằng bơm chân không hay bằng nguyên lý ống

Ventury Khí nén với áp suất p trong khoảng từ 1,5bar – 10bar sẽ theo ống Ventury theo cửa R thoát ra ngoài Tại phần cuối ống Ventury, chân không sẽ được tạo thành (cửa nối U)

Ký hiệu :

Cửa nối U sẽ nối với một đĩa hút làm bằng nhựa tổng hợp hoặc bằng cao su

Lực hút chân không:

u

a P P

Trong đó : F : lực hút chân không (N)

D : Đường kính đĩa hút (m)

Pa : áp suất không khí ở đktc (N/m2)

Pu : áp suất không khí tại cửa U (N/m2)

VI Cảm biến bằng tia:

Cảm biến bằng tia thuộc loại cảm biến không tiếp xúc, nguyên tắc hoạt động dựa vào dòng khí nén Có 3 loại:

Cảm biến bằng tia rẽ nhánh:

Dòng khí nén vào cửa P, nếu

không có vật cản thì áp suất sẽ đi

thẳng, nếu có vật cản thì dòng khí nén

sẽ rẽ nhánh qua cửa X

Cảm biến bằng tia phản hồi:

Dòng khí nén đi vào cửa P, nếu

không có vật cản, tín hiệu phản hồi

X=0, nếu có vật cản, X=1

Cảm biến bằng tia qua khe hở:

Cảm biến bằng tia qua khe hở gồm

2 bộ phận: bộ phận phát và bộ phận

nhận Bộ phận phát và bộ phận nhận có

cùng áp suất p khoảng 150 mbar

Nhưng trong một số ứng dụng, áp suất

của bộ phận phát có thể là 4 bar và áp

suất của bộ phận nhận là 0,5 bar Trục

của cơ cấu phát và cơ cấu nhận phải lắp

ráp thật đồng tâm

VII Thiết kế – Biểu diễn biểu đồ trạng thái:

Để biểu diễn chi tiết chu trình hoạt động của các nhóm trong hệ thống điều khiển điện – khí nén người ta thường sử dụng biểu đồ trạng thái Thông qua biểu đồ trạng thái, chúng ta hình dung rõ ràng và hình tượng hơn chuyển động của từng nhóm và mối quan hệ giữa chúng với nhau qua từng bước họat động

Biểu đồ trạng thái biểu diễn các phần tử trong mạch, mối liên hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử

Trục tọa độ thẳng đứng biểu diễn trạng thái Trục tọa độ nằm ngang biểu diễn các bước thực hiện hoặc thời gian hành trình Hành trình làm việc được chia thành các bước Sự thay đổi trạng thái trong các bước thực hiện biểu diễn bằng nét đậm Sự liên kết các tín hiệu được biểu diễn bằng các đường nét nhỏ

Ký hiệu biểu diễn trong biểu đồ trạng thái:

Công tắc ngắt khi nguy hiểm

Nút đóng

Nút đóng & ngắt

Nút ngắt

Công tắc chọn chế độ làm việc

(bằng tay hoặc tự động)

Nút tự động

Nút ấn

Đèn báo hiệu

Nút ấn tác động đồng thời

Phần tử áp suất

A T

T T

p

Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 19

Phần tử thời gian

Tín hiệu rẽ nhánh

Liên kết OR

Liên kết AND

Phần tử tín hiệu tác động bằng cơ

Liên kết OR có một nhánh phủ định

C Cơ cấu chấp hành:

I Yêu cầu:

Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén)

II Xilanh:

Xilanh tác dụng đơn (xilanh tác dụng một

chiều) :

Áp lực khí nén chỉ tác dụng vào một

phía của xilanh, phía còn lại là do ngoại

lực hay lò xo tác dụng

a Chiều tác dụng ngược lại do ngoại

lực

b Chiều tác dụng ngược lại do lò xo

Xilanh tác dụng 2 chiều (xilanh tác dụng

kép):

Áp suất khí nén được dẫn vào 2

phía của xilanh, do yêu cầu điều khiển

-mà xilanh sẽ đi vào hay đi ra tùy thuộc

vào áp lực khí nén vào phía nào

Xilanh quay :

Hình biểu diễn biểu tượng của

xilanh quay Hai ngõ vào điều khiển để

điều khiển piston có răng di chuyển qua

lại Khi cần piston di

chuyển sẽ ăn khớp với một bánh răng

làm bánh răng quay Trục bánh răng sẽ

được dùng để gắn cơ cấu chuyển động

Xilanh trượt:

Xilanh trượt là loại xilanh không có cần

piston, có chiều dài chỉ bằng một nửa so

với xilanh có cần piston

III Động cơ khí nén:

Động cơ khí nén có nhiệm vụ biến đổi năng lượng của khí nén thành năng lượng cơ học (chuyển động quay)

Động cơ khí nén có những ưu điểm sau:

_ Điều chỉnh được momen quay và số vòng quay_ Số vòng quay cao và điều chỉnh vô cấp

_ Không hư hỏng khi quá tải_ Giá thành bảo dưỡng thấpNhược điểm:

_ Giá thành năng lượng cao_ Số vòng quay thay đổi theo tải trọng

b

Kí hiệu chung

Kí hiệu theo yêu cầu đặc biệt

_ Gây tiếng ồn lớn khi xả khí

Ký hiệu:

a Động cơ quay một chiều

b Động cơ quay hai chiềuĐộng cơ khí nén trong thực tế có các loại sau đây:

_ Động cơ bánh răng_ Động cơ trục vít_ Động cơ cánh gạt_ Động cơ piston hướng kính_ Động cơ dọc trục

_ Động cơ tuabin_ Động cơ màng

THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN BẰNG BIỂU ĐỒ KARNAUGH:

Đối với sinh viên ngành điện, trong môn học kỹ thuật số, phương pháp bìa Karnaugh là một phương pháp rất quen thuộc

Trong lĩnh vực điều khiển bằng khí nén, phương pháp bìa Karnaugh cũng được sử dụng để thiết kế mạch điều khiển Nhìn chung, cách thức sử dụng bìa Karnaugh để đơn giản hàm hoàn toàn tương tự như trong kỹ thuật số Tuy nhiên để thiết kế được một mạch khí nén bằng phương pháp bìa Karnaugh cần phải tuân thủ những bước sau đây:

1) Xác định biến:

Từ yêu cầu điều khiển cụ thể, ta liệt kê tất cả các cơ cấu chấp hành sẽ được sử dụng Với mỗi cơ cấu chấp hành, ta gán cho chúng những biến, đó chính là các công tắc cuối hành trình của cơ cấu chấp hành đó Các công tắc hành trình này sẽ tác động cho cơ cấu chấp hành hoạt động

Ví dụ: Trong một hệ thống điều khiển có 2 cơ cấu chấp hành A và B như hình vẽ:

Như vậy ta có 4 biến như sau : a1 , a2 , b1 , b2 là các tiếp điểm hành trình

2) Thiết lập biểu đồ trạng thái:

Dựa vào biểu đồ trạng thái ta sẽ liệt kê các bước thực hiện và ứng với từng bước là các biến tác động Từ đó ta xây dựng các hàm chuyển động của cơ cấu chấp hành

Ví dụ :

3) Thiết lập phương trình logic và các điều kiện thực hiện:

Sau khi đã liệt kê các biến, ta viết hàm chuyển động cho các cơ cấu chấp hành bằng cách lấy tích các biến gây nên chuyển động đó

4) Thiết lập biểu đồ Karnaugh và đơn giản hàm:

Phương pháp thiết lập biểu đồ Karnaugh và đơn giản hàm hoàn toàn tương tự như trong kỹ thuật số

Sau khi đã có hàm điều khiển, ta sử dụng các van chức năng cũng như van logic để thành lập mạch điều khiển cho cơ cấp chấp hành

CHƯƠNG III

GIỚI THIỆU VỀĐIỆN - KHÍ NÉNKẾT HỢP PLC

I KHÁI NIỆM:

Điều khiển là quá trình của một hệ thống, trong đó dưới tác dụng của một hay nhiều đại lượng vào, các đại lượng ra thay đổi theo một quy luật nhất định của hệ thống đó

Một hệ thống điều khiển bao gồm:

_ Công tắc , nút bấm _ Van đảo chiều _ Xilanh

_ Công tắc hành trình _ Van chắn _ Động cơ khí nén

_ Cảm biến bằng tia _ Van tiết lưu _ Bộ biến đổi áp lực

_ Van áp suất_ Phần tử khuếch đại

Hệ thống điện khí nén được biểu diễn một cách tổng quát theo hình dưới đây Mạch điều khiển thông thường là điện một chiều 24VDC

Mạch điện điều khiển

Phần tử điều khiển (van đảo chiều)

Cơ cấu chấp hành

Rơle Nam châm điện Tiếp điểm

II CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN – KHÍ NÉN:

1) Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện:

Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng

nam châm điện và lò xo

Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng

nam châm điện cả hai phía

Van đảo chiều điều khiển gián tiếp bằng

nam châm điện và khí nén

Van đảo chiều điều khiển gián tiếp bằng

nam châm điện cả hai phía

Van đảo chiều điều khiển gián tiếp bằng

nam châm điện và khí nén

2) Các phần tử điện:

Công tắc:

Trong điều khiển, công tắc, nút

nhấn là các phần tử đưa tín hiệu Phần

này giới thiệu 2 loại công tắc thông

dụng là công tắc đóng mở và công tắc

chuyển mạch

Nút nhấn:

_ Nút nhấn đóng mở: bình thường 3 và

4 không nối với nhau, khi nhấn nút, 3

nối với 4

_ Nút nhấn chuyển mạch: thường có 2

tiếp điểm thường kín và thường hở Khi

nhấn nút, tiếp điểm thường kín sẽ hở ra

và tiếp điểm thường hở sẽ kín lại

1

2 4 2

2 4

3 1

Công tắc đóng mở

Công tắc chuyển mạch

Nút nhấn đóng mở

Nút nhấn chuyển mạch

Rơle:

Rơle được sử dụng như phần tử xử lý

tín hiệu Có nhiều loại rơle khác nhau tùy

theo công dụng

_ Rơle đóng mạch:

Khi dòng điện vào cuộn dây cảm

ứng, lực từ trường xuất hiện sẽ hút lõi

sắt, trên đó có lắp các tiếp điểm Các tiếp

điểm chính để đóng mở mạch chính, các

tiếp điểm phụ để đóng mở các mạch điều

khiển

_ Rơle điều khiển:

Rơle điều khiển khác rơle đóng

mạch ở chỗ là rơle điều khiển đóng mở

cho mạch công suất nhỏ và thời gian

đóng mở rất nhỏ

_ Rơle tác động muộn:

Khi cấp nguồn điện vào cuộn K,

thì sau một khoảng thời gian ∆t, các tiếp

điểm K1 mới được tác động

_ Rơle thời gian nhả muộn:

Khi ngừng cấp điện cho cuộn hút

K thì sau một thời gian ∆t các tiếp điểm

K1 mới trở lại vị trí ban đầu

A 1 K

∆

t K

B 1 B 2 K

Công tắc hành trình điện - cơ:

Bình thường tiếp điểm 1 nối với 2,

khi con lăn chạm cữ hành trình, tiếp điểm

1 nối với 4

a Khi không tác động:

b Khi có sự tác động:

Công tắc hành trình nam châm:

Công tắc hành trình nam châm

thuộc lọai công tắc hành trình không tiếp

xúc

Cảm biến cảm ứng từ:

Cảm biến cảm ứng từ hoạt động dựa trên

nguyên tắc cảm ứng điện từ Với sự thay

đổi khoảng cách giữa cảm biến và vật sẽ

làm độ rộng xung của tín hiệu tại ngõ ra

thay đổi

Cảm biến điện dung:

Khi có vật cản sẽ làm điện dung

của cảm biến thay đổi dẫn đến tần số

riêng của bộ dao động bên trong cảm

biến thay đổi,làm cho tần số tín hiệu ngõ

ra của cảm biến thay đổi

Cảm biến quang:

Cảm biến quang gồm 2 bộ phận:

_ Bộ phận phát quang

_ Bộ phận nhận quang

Do sự bố trí của 2 bộ phận này

mà ta có 2 dạng cảm biến quang: cảm

biến quang 1 chiều và cảm biến quang

phản hồi Bộ phận nhận quang sẽ nhận

tín hiệu quang từ bộ phận phát gửi về

điều khiển

•S

1

2 4

•S

1

•S

1

2 4

4

1 B

Fe

Chinh sua boi:Nguyenvanbientbd47@gmail.com 31

3) Phần tử chuyển đổi tín hiệu:

Phần tử chuyển đổi tín hiệu

khí nén – điện:

Nguyên lý họat động

của phần tử chuyển đổi tín

hiệu khí nén điện: áp suất p

vào cửa Z sẽ điều khiển đóng

mở công tắc để điều khiển tiếp

điểm 1 nối với tiếp điểm 2

Trong điều khiển, tín hiệu

điều khiển (áp suất khí nén) có

thể tác động trực tiếp lên

màng để đóng mở tiếp điểm

Tín hiệu khí nén X tác

động lên màng làm thay đổi

tiếp điểm

Hay kết hợp với phần tử

khuếch đại để thay đổi tiếp

điểm

Phần tử chuyển đổi tín hiệu điện – khí nén:

Nguyên lý cơ bản của chuyển đổi tín hiệu điện khí nén là nam châm điện Khi cấp điện cho cuộn dây nam châm, lõi từ dịch chuyển sẽ làm thay đổi vị trí của nòng van, thực hiện chức năng điều khiển

III THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN:

1) Nguyên tắc thiết kế:

Một sơ đồ điều khiển điện - khí nén bao gồm 2 phần:

_ Sơ đồ mạch điện điều khiển

_ Sơ đồ mạch khí nén

Khi biểu diễn trên sơ đồ mạch điện điều khiển, các phần tử phải ở trạng thái chưa có tín hiệu tác động vào

• Sự liên hệ giữa 2 sơ đồ:

Trên sơ đồ mạch điện và sơ đồ mạch khí nén được ghi chú bằng các ký hiệu số tương ứng của rơle trong mạch điều khiển và nam châm điện của van đảo chiều hoặc rơle áp suất điện trong mạch khí nén.

2) Sơ đồ mạch điện điều khiển:

2 1 Mạch điều khiển điện - khí nén với một xi lanh:

a/ Đối với những mạch khí nén sử dụng van điện từ không có vị trí

‘không’, ta sử dụng mạch điều khiển với tiếp điểm không cần duy trì

Khi nhấn b2 cuộn K có điện, khi nhả b2 cuộn K mất điện nhưng trạng thái của van vẫn được nhớ

b/ Đối với những mạch khí nén sử dụng van điện từ có vị trí ‘không’, người ta sử dụng mạch điều khiển với tiếp điểm tự duy trì Bao gồm 2 loại:

• Mạch tự duy trì có Reset trội hơn:

Khi tác động b2 , cuộn K1 có điện làm tiếp điểm K1 đóng, khi ngừng tác động b2, mạch vẫn tiếp tục được duy trì nhờ K1

Khi tác động b1, cuộn K1 bị mất điện đồng thời tiếp điểm K1 cũng hở ra, mạch trở về trạng thái ban đầu

Nếu cả b1 và b2 cùng bị tác động thì cuộn K1 không có điện

Mạch tự duy trì có Set trội hơn:

•

•

K b2

•

•

K1

K1 b1 b2

Khi tác động b2, cuộn K1 có điện làm tiếp điểm K1 đóng, khi ngừng tác động b2, mạch vẫn tiếp tục được duy trì nhờ K1.

Khi tác động b1, cuộn K1 bị mất điện đồng thời tiếp điểm K1 cũng hở ra, mạch trở về trạng thái ban đầu

Nếu cả b1 và b2 cùng bị tác động thì cuộn K1 có điện

2 2 Mạch điều khiển điện - khí nén với nhiều xi lanh:

Đối với mạch điện khí nén có từ 2 xilanh trở lên, người ta thường sử dụng mạch điều khiển theo nhịp Các bước thực hiện xảy ra tuần tự Có nghĩa là khi các lệnh trong một nhịp thực hiện xong thì sẽ báo cho nhịp tiếp theo đồng thời xóa lệnh nhịp thực hiện trước đó

• Nếu dùng van điện từ có vị trí ‘không’ thì ta dùng mạch điều khiển theo nhịp, trong mỗi nhịp có mạch tự duy trì Sau khi nhấn nút khởi động, các tiếp điểm từ nhịp 1 đến nhịp cuối cùng sẽ đóng mạch Như vậy, tại các tiếp điểm chính, ta sử dụng mạch khóa lẫn để nhịp sau Reset nhịp trước đồng thời báo cho nhịp kế tiếp

• Ngược lại, nếu dùng van điện từ không có vị trí ‘không’, ta sử dụng các mạch khóa lẫn tại các tiếp điểm phụ (tiếp điểm đóng mở mạch điều khiển)

Mặt khác, trong sơ đồ điện của một hệ thống, có khi bao gồm đến hàng trăm bộ phận khác nhau Do đó không những có nhiều khó khăn trong việc bố trí sơ đồ, mà còn khó khăn trong việc đọc và tìm hiểu sơ đồ Vì thế để dễ dàng cho việc thành lập và đọc một sơ đồ điện, cần phải tiến hành theo các nguyên tắc sau đây:

• Tất cả các bộ phận của khí cụ điện, ví dụ như: cuộn dây, điện trở, tiếp điểm … cần được biểu thị trong dạng sơ đồ, ký hiệu:

• Các thành phần của thiết bị và khí cụ điện đặt trong sơ đồ điện, cần phải thể hiện rõ ràng nhất chức năng và tuần tự tác động Sơ đồ cần có số lượng dây dẫn cắt chéo nhau ít nhất

• Tất cả các tiếp điểm của các khí cụ điện đều phải thể hiện trên sơ đồ ở trạng thái bình thường, không có tín hiệu tác động bên ngoài

• Cùng một bộ phận của một thiết bị nhưng phải thể hiện ở nhiều vị trí khác nhau trên sơ đồ, thì bộ phận đó cần phải ký hiệu cùng một chữ số hay chỉ số

3) Sơ đồ mạch điện khí nén:

a./ Phần mạch khí nén:

• Trình bày mạch theo dòng tín hiệu từ dưới lên trên

• Các xilanh và các van sẽ được vẽ nằm ngang.

• Xilanh thực hiện hành trình từ trái sang phải

b./ Phần mạch điện:

• Trình bày mạch điện theo dòng tín hiệu từ trái qua phải

• Mạch điện được giới hạn bằng 2 đường thẳng song song đặc trưng cho nguồn, các phần tử, các khí cụ điện được biểu diễn bên trong 2 đường đường này.

• Phần mạch điện được chia làm 2 phần: phần bên trái biểu diễn mạch điều khiển (control section), phần bên phải biểu diễn mạch động lực (power section)

c./ Cấu trúc chung của một sơ đồ mạch điện khí nén:

• Phần mạch điều khiển, phần mạch động lực được trình bày thành các nhóm phân biệt nhưng có quan hệ với nhau

• Phần khí nén được trình bày theo dòng tín hiệu từ dưới lên trên

• Phần điện được trình bày theo dòng tín hiệu từ trên xuống dưới

• Đường nằm ngang bên trên của phần mạch điện đặc trưng cho cực 24VDC được đánh số từ trái sang phải cho các điểm nối

• Sự giao tiếp giữa các phần mạch điện và phần mạch khí nén được thể hiện ở các phần tử chung như các cuộn dây điện từ, các công tắc hành trình

IV ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN:

1) Giới thiệu:

Thành phần cơ bản của S7-200 là khối xử lý trung tâm CPU-12 hoặc CPU-14 Ở đây xin chỉ đề cập đến CPU-14

a) Mô tả:

Có 14 ngõ vào: từ I0.0 đến I0.7 và từ I1.0 đến I1.5

Có 10 ngõ ra : từ Q0.0 đến Q0.7 và từ Q1.0 đến Q1.1

Có 14 led báo trạng thái các ngõ vào, 10 led báo trạng thái các ngõ ra

Có 03 led báo trạng thái của CPU:

_ Led SF : Báo trạng thái CPU còn tốt hay bị hỏng

_ Led RUN: Báo trạng thái CPU đang hoạt động

_ Led STOP: Báo trạng thái CPU đang ngưng hoạt động

Ngoài ra, khi có yêu cầu giao tiếp lớn, S7-200 cho phép ta kết nối thêm các modul mở rộng Số modul mở rộng tối đa là 7, tương ứng với số ngõ vào cực đại là 64, số ngõ ra cực đại là:

Các ngõ vào, ra đều có mức điện áp tác động là 24VDC

Các cổng ra

RUN SF STOP

I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7

I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5

Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7

Q1.0 Q1.1

SIMATIC

S7-200

Các cổng vào

Cổng truyền thông

Tính năng của CPU-14 DC/DC/DC:

Tải ngõ ra phải làm việc ở 24VDC và dòng tối đa là 50mA

- Có 2048 từ nhớ chương trình chứa trong ROM

- Có 2048 từ nhớ dữ liệu, trong đó 512 từ đầu tiên thuộc ROM

- Có 128 timer, tùy theo độ phân giải mà chia làm 3 loại:

+ 04 timer 01ms

+ 16 timer 10ms

+ 108 timer 100ms

- Có 128 bộ đếm – Counter, tùy vào cách đếm mà chia làm 2 loại:

+ Đếm lên : Count up

+ Đếm lên xuống : Count up-down

- Có 688 bit nhớ đặt biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc

- Các chế độ ngắt và xử lý ngắt gồm:

+ Ngắt truyền thông

+ Ngắt sườn lên

+ Ngắt sườn xuống

+ Ngắt thời gian

+ Ngắt của bộ đếm tốc độ cao

+ Ngắt truyền xung

- Có 03 bộ đếm tốc độ cao với tần số: 2KHz và 7KHz

- Có 02 bộ phát xung kiểu POT hoặc kiểu PWM

- Có 02 bộ điều chỉnh tương tự

- Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi

b) Cấu trúc bộ nhớ:

Bộ nhớ của S7-200 được chia làm 4 vùng:

_ Vùng chương trình

_ Vùng tham số

_ Vùng dữ liệu

Trong đó hai vùng nhớ dữ liệu và đối tượng có vai trò quan trọng trong việc thực hiện một chương trình.

 Vùng dữ liệu:

V - Variable memory : Vùng nhớ biến

I - Input image register : Vùng đệm ngõ vào

Q - Output image register : Vùng đệm ngõ ra

M – Internal memory bits : Vùng nhớ trong

SM – Special memory bits : Vùng nhớ đặc biệt

- Các vùng nhớ này đều có thể truy cập được theo bit, byte, word hay double word: + Truy suất theo bit: Một lần một bit

Cú pháp: Tên vùng nhớ (+) địa chỉ byte (+) (+) địa chỉ bit

Ví dụ: I0.0 : chỉ bit 0 của byte 0 của vùng I

+Truy suất theo byte: mỗi lần 1 byte

Cú pháp: Tên vùng nhớ (+) B (+) địa chỉ byte

Ví dụ: VB1 : chỉ byte 1 của vùng V

+Truy suất theo word:

Cú pháp: tên vùng nhớ (+) W (+) địa chỉ byte cao

Ví dụ: VW100: chỉ word 100 gồm 2 byte 100 và 101 thuộc vùng V +Truy suất theo Double word:

Cú pháp: Tên vùng nhớ (+) D (+) địa chỉ byte cao

Ví dụ: VD150 : chỉ double word gồm 4 byte: 150, 151, 152, 153

 Vùng đối tượng: Được phân chia như sau:

-Timer: từ T0 đến T127

-Bộ đếm: từ C0 đến C127

-Bộ đệm cổng vào tương tự: từ AW0 đến AW30

-Bộ đệm cổng ra tương tự: từ AQW0 đến AQW30

-Thanh ghi Acumulator: từ AC0 đến AC3, trong đó thanh ghi AC) không có khả năng làm con trỏ

-Bộ đếm tốc độ : từ HSC0 đến HSC2

c) Cách thực hiện một chương trình:

PLC làm việc theo nguyên tắc thực hiện các vòng lặp Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét Mỗi vòng quét hoàn chỉnh gồm các bước như sau:

1 Nhập dữ liệu từ ngoại vi vào bộ đệm ảo.

2 Thực hiện chương trình.

3 Truyền thông và tự kiểm tra lỗi.

4 Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi.

Bước 1: Nhập dữ liệu từ thiết bị ngoại vi vào bộ đệm.

Bước 2: Thực hiện chương trình

Bước 3: Truyền thông và tự kiểm tra lỗi

Bước 4: Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoài

d) Cấu trúc một chương trình:

_ Một chương trình điều khiển có thể được viết trên phần mềm STEP7-MICRO/Dos hay STEP7-MICRO/Win

_ Có thể nạp chương trình vào cho CPU nhờ máy tính cá nhân hoặc thiết bị lập trình bằng tay PG702

_ Một chương trình của S7200 gồm các phần sau:

 Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh MEND

 Các chương trình con và chương trình xử lý ngắt phải được viết sau lệnh MEND

 Một chương trình con được bắt đầu bằng lệnh SBR và kết thúc bằng lệnh RET

 Một chương trình xử lý ngắt được bắt đầu bằng lệnh INT và kết thúc bằng lệnh RETI

e) Các chế độ làm việc: STOP/TERN/RUN:

Ta chọn chế độ làm việc của PLC bằng cách tác động vào công tắc

ba vị trí Stop/Tern/Run Khi nạp chương trình vào PLC phải để công tắc

ở vị trí Stop

f) Soạn thảo một chương trình trong S7-200:

_ Dạng LADer _ Dạng STatement Listg) Qui trình thiết kế hệ điều khiển dùng PLC:

Để thiết kế một hệ điều khiển dùng PLC ta thực hiện các bước sau:

 Xác định yêu cầu điều khiển:

Nắm rõ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị, yêu cầu điều khiển là gì

 Vẽ lưu đồ:

Bước vẽ lưu đồ giúp ta có thể nhìn một cách tổng quan về yêu cầu điều khiển và kết nối giữa hệ thống với thiết bị

 Xác định I/O:

Ngõ vào thường là các tiếp điểm, rơle, … Ngõ ra thường là các cuộn dây, motor, contactor…

 Viết chương trình:

Khi xây dựng lưu đồ đúng,ta sẽ chuyển được sang sơ đồ LAD một cách dễ dàng

 Nạp chương trình vào PLC:

Để mô phỏng chương trình, cần thiết phải nạp vào PLC

 Kiểm tra:

Trong quá trính mô phỏng, nếu phát hiện sai sót, lỗi, ta sẽ thoát

ra ngoài để sửa lại chương trình Nếu chương trình chạy tốt, ta kết nối PLC với các thiết bị

 Kết thúc: Kết nối PLC với các thiết bị và chấm dứt

2) Tập lệnh S7-200:

Tập lệnh trong S7-200 được biểu diễn dưới hai dạng: LAD và STL: _ LAD – Ladder logic – Gọi là phương pháp hình thang: là một ngôn ngữ viết dưới dạng đồ họa, dễ quan sát, dễ kiểm tra

_ STL – Statement list – Phương pháp liệt kê: Ngôn ngữ thể hiện dưới dạng những câu lệnh

Phần lớn những câu lệnh dưới dạng LAD đều có thể chuyển sang STL và ngược lại

Các lệnh xuất/nhập:

Lệnh nhập: Nạp giá trị logic của tiếp điểm vào bit đầu tiên trong ngăn xếp

DẠNG LAD MÔ TẢ TOÁN

HẠNGTiếp điểm thường mở – sẽ được đóng khi

n=1Tiếp điểm thường đóng – sẽ được mở khi n=1

LD n Nạp giá trị logic của n vào bit đầu tiên

trong ngăn xếp

LDN n Nạp giá trị nghịch đảo của n vào bit đầu

tiên trong ngăn xếp

n(bit): I, Q, M,

SM, T, C, V

LDI n Nạp tức thời giá trị logic của n vào bit đầu

tiên trong ngăn xếp

LDNI Nạp tức thời giá trị nghịch đảo của n vào

bit dầu tiên trong ngăn xếp

n(bit): I

Lệnh xuất: Sao chép nội dung của bit đầù tiên trong ngăn xếp vào bit được chỉ định trong lệnh Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi

Cuộn dây đầu ra ở trạng thái kích thích khi có dòng điều khiển đi qua n(bit): I, Q, M, SM, T, C, V,

Cuộn dây đầu ra được kích thích tức thời khi có dòng điều khiển đi qua n(bit): Q.

= n Lệnh =sao chép giá trị của đỉnh ngăn xếp tới

tiếp điểm n được chỉ dẫn trong lệnh n(bit): I, Q, M, SM, T, C, V

= I n Lệnh =I sao chép tức thời giá trị cuả đỉnh

ngăn xếp tới tiếp điểm n được chỉ dẫn trong n(bit): Q.

n

n

n

n