nghiên cứu ,tìm hiểu ,ứng dụng bộ điều khiển khả lập trình plc vào sản suất tự động chi tiết vành xe máy

Nội dung: Phần I: Tổng quan về máy đột dập vành xe máy , thiết lập các bản vẽ lắp của máy Phần II:Điều khiển :ứng dụng hệ thống điều khiển điện tử bao gồm các phần tử trong điều khiển

Lời nói đầu

Trong thời gian gần đây, nền kinh tế của đất nước ta đang trong thời kỳ phát triểnrất mạnh mẽ Vấn đề hội nhập của nước ta đang được dư luận cả trong nước cũng

nh trên thế giới đặc biệt quan tâm Việt Nam đang nỗ lực cố gắng để được gia nhập tổchức thương mại thế giới WTO Để đạt được điều đó đòi hỏi Việt Nam phải tận dụngđựơc tối đa các nguồn lực hiện có cũng nh các cơ hội của việc mở cửa để có thể cạnhtranh với các cường quốc trên thế giới Chính vì vậy tất cả các nghành của nước takhông những phải tiếp tục phát huy những điểm mạnh của mình mà còn phải luônluôn cập nhật, tiếp thu những công nghệ mới, hiện đại Nghành Cơ Khí của chúng takhông phải là một ngoại lệ

Phát triển công nghệ chế tạo máy phải được tiến hành đồng thời với việc phát triểnnguồn nhân lực và đầu tư trang bị hiện đại Hiện nay trong các nghành kinh tế nóichung và nghành cơ khí nói riêng đòi hỏi kỹ sư cơ khí và cán bộ kỹ thuật cơ khí đượcđào tạo ra phải có kiến thức cơ bản sâu và rộng ,đồng thời phải biết vận dụng nhữngkiến thức đó để giải quyết những vấn đề thường gặp trong sản suất

Công nghệ phát triển, việc chỉ sử dụng các máy công cụ truyền thống để gia côngcác chi tiết Cơ khí đã không đáp ứng đựơc nhu cầu của sản xuất Việc kết hợp giữacông nghệ cổ điển với công nghệ hiện đại sẽ tạo ra được khối lượng hành hoá và năngsuất tăng lên rất nhiều lần so với chỉ sử dụng công nghệ cổ điển Do đó đòi hỏi chúng

ta phải nghiên cứu, ứng dụng những công nghệ tiên tiến hơn Một trong số nhữngcông nghệ đó là các sản phẩm cơ điện tử Có thể ví dụ một số sản phẩm cơ điện tử nh- : máy điều khiển số CNC, các loại máy dập tự động, máy hàn tự động, các loại Robotcông nghiệp ,các hệ thống sản suất linh hoạt FMS, hệ thống CIM (Computerintegrated Manufacturing System)…

Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp này bọn em nghiên cứu ,tìm hiểu ,ứng dụng bộ

điều khiển khả lập trình PLC vào sản suất tự động chi tiết vành xe máy Đó là máy

tự động đột dập vành xe máy điều khiển bằng PLC.

Trong thời gian làm đồ án chúng em có tham khảo thực tế về máy đột dập vành xemáy tại nhà máy GOSHI THĂNG LONG AUTOPART, cùng với sự chỉ bảo nhiệt tình

của thầy giáo Nguyễn Huy Ninh đến nay chóng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp

công nghệ chế tạo máy Trong quá trình thiết kế và tính toán, chắc còn có những saisót do thiếu thực tế và kinh nghiệm chóng em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy

cô trong bộ môn và sự đóng góp ý kiến của các bạn để đồ án của chúng em đượchoàn thiện hơn

Chóng em xin chân thành cảm ơn!

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ MÁY TỰ ĐỘNG ĐỘT LỖ VÀNH

XE MÁY ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC.

Nội dung:

Phần I: Tổng quan về máy đột dập vành xe máy , thiết lập các bản vẽ lắp của máy Phần II:Điều khiển :ứng dụng hệ thống điều khiển điện tử (bao gồm các phần tử trong điều khiển nh cảm biến , bộ điều khiển khả lập trình PLC…) để điều khiển quá trình làm việc của máy

Phần III: Hệ thống thủy lực trong máy.

Phần IV: Thiết kế qui trình chế tạo một số chi tiết trong máy.

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐỘT DẬP VÀNH XE MÁY

1 Phân tích chức năng làm việc, yêu cầu kỹ thuật và kết cấu của chi tiết

Chi tiết vành là một chi tiết quan trọng trong xe gắn máy Đây là bộ phận chịu tác độngcủa nhiều lực như trọng lực của xe, trọng lực của người trên xe, mômem xoắn do động cơgây ra, các phản lực và các lực ma sát…(như hình 1.1).Chính vì vậy chi tiết vành cần được chế tạo với độ cứng vững cao, độ đồng tâm cao Để chi tiết vành không bị biến dạng cong vênh , hóp…, luôn đạt độ đồng tâm và độ cứng vững khi sử dụng và chế tạo tacần phải thiết kế sao cho phù hợp với điều kiện làm việc của máy ,ở đây phương án thiết

kế là các lỗ lắp nan hoa chính xác và có độ xiên so với tâm vành( trên thực tế thường là 6o so với phương ngang và 15,5o so với phương dọc là tốt nhất ) (như hình 1.2)

1 5 °

.5°

H×nh 1.2 : ®uêng t©m c¸c lç l¾p nan hoa nghiªng 15,5 so víi t©m vµnh o

2 Quy trình công nghệ chế tạo vành xe máy

3 Phân tích tổng quan về máy thiết kế

Đây là một máy đột cơ điện tử , được kết hợp từ hai phần chính là phần Cơ Khí ,và phần Điện tử Phần Cơ Khí bao gồm hệ thống Cơ Khí , hệ thống thủy lực và hệ thống khí nén, phần này tạo nên các chuyển động , vận tốc, gia tốc và lực cần thiết để có thể giacông được chi tiết Phần điện tử có nhiệm vụ nhận biết, thông báo, điều khiển và điều chỉnh các qúa trình trên của phần Cơ Khí Máy thiết kế cần phải được điều khiển tự động,đạt được độ chính xác, năng suất và hiệu suất cao

Dưới đây là sơ đồ tổng quan về hệ thống máy (hình 1.3) :

Hệ thống cơ khí (chày đột đe, thân máy )

+Cảm biến +Cữ hành trình

Bộ điều khiển khả lập trình PLC

Hệ thống thuỷ lực khí nén

Dưới đõy là phương ỏn gỏ đặt chi tiết vành :

-Ta dựng ba quả lụ nằm trờn mặt phẳng ngang khống chế ba bậc tự do ,-Sỏu mỏ kẹp cỏch đều và đối xứng nhau khi bung ra vừa kẹp chặt vừa định

vị hai bậc tự do ở mặt trong của vành

-Lỗ chõn van định vị một bậc tự do +Kẹp chặt :

-Để chi tiết khụng bị biến dạng ta dựng 6 mỏ gắn trờn cỏc càng đặt cỏch nhau60o, khi banh cỏc càng ra thỡ vừa cú thể định vị, vừa kẹp chặt Cơ cấu gỏ đặt phải được thiết kế sao cho cú thể gỏ đặt được cỏc loại vành cú đường kớnh khỏc nhau

160S-1R6SD50N50BF2 (TAIYO)

90°

,5°

1 ,5 °

b) Phương án phân độ :Để có thể đột được 36 lỗ với 4 mũi đột một lần đột thì

ta phải phân độ mỗi lần là 40o ( đột 9 lần) Để phân độ được chính xác và nhanh chóng ta dùng một cảm biến vị trí,kết hợp với động cơ nối qua hộp giảm tốc ,(trục động cơ có cơ cấu phanh siêu nhạy để có thể dừng ngay khi

có tín hiệu của cảm biến vị trí ) Nh hình 1.5

C¶m biÕn vÞ trÝ

§éng c¬ g¾n liÒn hép gi¶m tèc

G¾n 9 ®iÓm

Hình 1.5

c) Phương án đột : để đột được lỗ chính xác ta chia ra làm hai bước là đột lồi

và đột thủng Bước đột lồi được thực hiện bằng mũi đột lồi, tiếp sau đó là bước đục thủng được thực hiện bằng mũi đục thủng đều dùng thuỷ lực Để điều khiển được các quá trình này ta dùng các cữ hành trình và các van điều khiển bằng các cuộn hút Nh hình 1.6

d) Phương án điều khiển :để cho máy có thể hoạt động một cách tự động ,ở

đây ta dùng bộ điều khiển khả lập trình PLC để điều khiển phối hợp các hoạt động của máy

Hiện nay có nhiều loại PLC của các hãng khác nhau:

Bộ PLC ALLEN-BRADLEY SLC500 của hãng AMATROL Mỹ.

Họ các bộ PLC Simatic S5, Simatic S7 của hãng Siemens, cộng hoà liên bang Đức.

Các họ PLC Series 90 TM của hãng Fanme, Nhật Bản.

Các họ PLC CQM1, CPM1, CPM1A và SRM1 của hãng OMRON, Nhật Bản.

Trong đồ án này ta dùng bộ PLC S7200(hiện có trong phòng thí nghiêm FMS &CIM bộ môn công nghệ chế tạo máy )

5 Phân tích nguyên lý làm việc và điều khiển của máy:

Nguyên lý làm việc của máy nh sau : Trước tiên người công nhân đặt vành lên máy Chú ý là khi đó lỗ chân van cần được lắp đúng vào chốt định vị ở trên máy Sau đó người công nhân sẽ Ên nút phát tín hiệu cho máy tự động hoạt động theo từng bước như sau:

_Trục kẹp đi xuống do xi lanh khí nén được bơm khí nén vào, làm cho các má kẹp sẽ văng ra kẹp chặt chi tiết Do cơ cấu kẹp là tự lựa nên chi tiết được kẹp vừa đủ lực, vành không bị biết dạng.( Nh hình 1.7)

Trôc kÑp ®i xuèng

M¸ kÑp bung ra M¸ kÑp bung ra

Hình 1.7

- Sau đó cảm biến đặt ở cuối trục sẽ phát tín hiệu cho PLC biết là quá trình kẹp đã xong Tiếp đó PLC sẽ phát ra tín hiệu để cho máy nén khí bơm khí vào làm cho định vị lỗ chânvan lùi vào ( hình 1.8)

3 Qu¶ l«

6 M¸ kÑp

§Þnh vÞ lç ch©n van

Xi lanh khÝ nÐn

Chi tiÕt

Lïi vµo

Trôc kÑp ®i xuèng

M¸ kÑp bung ra M¸ kÑp bung ra

C¶m biÕn vÞ trÝ

Trôc kÑp ®i xuèng

Hình 1.8

-Sau khi định vị lỗ chân van đã lùi vào, chạm phải cữ hành trình của xi lanh khí nén sẽ báo cho PLC biết để PLC phát tín hiệu mở van thuỷ lực của các đe làm cho cả 4 đe đi vào để định vị lên vành (hình 1.9)

§e ®i vµo

160S-1R6SD50N50BF2 (TAIYO)

§e ®i vµo

§e ®i vµo

160S-1R6SD50N50BF2 (TAIYO)

Hình 1.9_Đe đi vào định vị sẽ gặp cữ hành trình của nó ,báo cho PLC phát lệnh mở xi lanh thuỷ lực của các chày đột lồi để các chày đột này vào đột lồi vành (hình 1.10)

§ét låi tiÕn vµo

§ét låi tiÕn vµo

§ét låi tiÕn vµo

§ét låi tiÕn vµo

160S-1R6SD50N50BF2 (TAIYO)

160S-1R6SD50N50BF2 (TAIYO)

Hình 1.10-Sau khi đột lồi xong chày đột lồi sẽ gặp phải cữ hành trình của nó , phát tín hiệu báo choPLC đÓ PLC phát lệnh mở xi lanh thuỷ lực của các chày đột thủng làm cả 4 chày này cùng vào đột thủng vành một lúc (hình 1.11)

Chi tiết

Chày đột thủng

hỡnh 1.11_Sau khi đột thủng sau ,chày đột thủng sẽ gặp phải cữ hành trỡnh của nú , bỏo cho PLC

để PLC phỏt tớn hiệu đúng van thuỷ lực của xi lanh đột thủng Xi lanh này loại cú khả năng tự hồi về (hồi về bằng lũ xo ) sẽ làm cho chày đột thủng rỳt về ngay lập tức

-Khi chày đột thủng rỳt về nú sẽ gặp cữ hành trỡnh của nú ,bỏo cho PLC biết để PLC phỏt tớn hiệu mở van thuỷ lực của xi lanh đột lồi làm cho chày đột lồi lựi ra

- Khi đột lồi lựi ra nú sẽ bỏo cho PLC biết để PLC phỏt tớn hiệu mở van thuỷ lực của xi lanh đe làm cho đe lựi ra vị trớ ban đầu

-Khi đe lựi ra nú sẽ gặp phải cữ hành trỡnh của nú , bỏo cho PLC biết để PLC phỏt tớn hiệu cho động cơ phõn độ quay (hỡnh 1.12)

-Sau khi thực hiện được 9 lần thì báo cho PLC biết đÓ PLC phát tín hiệu làm cho định vị

lỗ chân van lùi ra

-xi lanh định lỗ chân van lùi ra sẽ gặp cữ hành trình của nó ,báo cho PLC để PLC phát tínhiệu làm cho xi lanh của trục kẹp mở để trục kẹp đi lên ,các má kẹp nhả chi tiết ra

Hình 1.13

Trôc kÑp ®i lªn

Chi tiÕt

Xi lanh khÝ nÐn

§Þnh vÞ lç ch©n van

PHẦN II: PHẦN ĐIỀU KHIỂN

Ứng dụng hệ thống điều khiển điện tử (bao gồm các phần tử trong điều khiển nh cảm biến , bộ điều khiển khả lập trình PLC…) để điều khiển quá trình làm việc của máy

I Chuyên đề : Giới thiệu một số thiết bị trong phòng thí nghiệm

1- Một Số loại cảm biến (Sensors)

 Trong một hệ thống điều khiển tự động hay trong các thiết bị đo cảm biến là một thành phần quan trọng nhất

 Cảm biến ( sensor ) được định nghĩa là một thiết bị cảm nhận và đáp ứng các tín hiệu và các kích thích

 Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến là biến đổi các đại lựơng vật lý và các đại lượng không điện thành các đại lựơng điện

 Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến với những công dụng , nguyên lý cấu tạo cũng

nh nguyên tắc vật lý khác nhau Dưới đây chỉ xin gới thiệu một số loại cảm biến

có trong phòng thí nghiệm , còn phần nguyên tắc vật lý và cấu tạo có thể xem trongcác tài liệu về cảm biến

1.1 Cảm biến quang (Photo sensor )

Cảm biến quang là loại cảm biến mà dạng kích thích là các nguồn sáng ( đèn sợi đốt , điôt phát quang , laser … ) còn cảm biến là các linh kiện có thể biến đổi tín hiệu quang

1.1.1Cảm biến kiểu phản xạ gương : là loại cảm biến gồm nguồn phát , cảm biến và

gương Ví dụ loại kí hiệu BEN5M-MDT :

• Nguyên lý hoạt động : nguồn phát phát ra tín hiệu quang phản chiếu qua gương đến cảm biến

• Các đặc tính kỹ thuật :

– Có sẵn bộ khuyếch đại

– Chức năng tự động cảm nhận vật thể

– Khoảng cách nhận 0,1 đến 5m

– Nguồn cấp 12 đến 24VDC

– Hoạt động đèn sáng hoặc tắt

– Ngõ ra điều khiển 2 đầu ra collector hở NPN/PNP

• NPN :điện áp tảI tối đa 30VDC,dòng tảI tối đa 200mA,điện áp tối đa 1V

• PNP:điện áp tải đầu ra nhỏ nhất (khả năng cung cấp) 2,5V, dòng tải tối

đa 200mA– Có mạch bảo vệ chống ngược cực tính và quá dòng

–

1.1.2 Cảm biến kiểu phản xạ khuyếch tán: Cảm biến gồm nguồn phát và cảm biến Ví

dụ loại kí hiệu BEN300-DDT

– Ngõ ra điều khiển 2 đầu ra collector hở NPN/PNP

• NPN :điện áp tảI tối đa 30VDC ,dòng tảI tối đa 200mA,điện áp tối đa1V

• PNP:điện áp tảI đầu ra nhỏ nhất (khả năng cung cấp) 2,5V, dòng tảI tối đa 200mA

– Có mạch bảo vệ chống ngược cực tính và quá dòng

• Phương pháp kết nối(giống của BEN5M-MDT)

– Dây xanh nối vào cực âm của nguồn , dây nâu nối vào cực dương của nguồn(12-24V)

_ Tuỳ thuộc vào đầu vào của các thiết bị kết nối với cảm biến ta có thể chọn dây trắng (đầu ra PNP) dây đen ( đầu ra NPN ) kết hợp với mạch giao diện sao cho phù hợp với các chỉ tiêu về điện áp , công suất , dòng điện …

• Các ứng dụng

– Phát hiện ra các vật với kích thớc 100x100mm ở cự ly là 300mm

– Kết nối với bộ xử lý ( ví dụ nh PLC hay các vi mạch ) , để điều khiển các cơcấu chấp hành trong các hệ thống tự động thông qua các chơng trình đã đượclập sẵn

1.1.3 Cảm biến kiểu thu phát : là loại cảm biến gồm nguồn phát và cảm biến ví dụ loại

– Ngõ ra điều khiển 1 đầu ra collector hở NPN

• NPN :điện áp tảI tối đa 30VDC ,dòng tảI tối đa 200mA,điện áp d tối

đa 1V– Có mạch bảo vệ chống ngợc cực tính và quá dòng

– Có thể phát hiện được mục tiêu là các vật thể đục có đờng kính nhỏ nhất là 6mm

6mm

• Phương pháp kết nối

– Dây xanh nối (của cả đầu thu và đầu phát) vào cực âm của nguồn , dây nâu (của cả đầu thu và đầu phát) nối vào cực dơng của nguồn (12-24V)

– Dây đen ( đầu ra NPN ) kết hợp với mạch giao diện sao cho phù hợp với cácchỉ tiêu về điện áp , công suất , dòng điện …

1.1.4 Cảm biến quang loại nhỏ ( photo micro sensor )

• Đây là loại cảm biến quang có kích thước nhỏ gọn , có nhiều kiểu lựa chọn tuỳ theo việc lắp đặt ( kiểu K , T , L ) Nhuyên lý hoạt động theo kiểu thu phát

• các đặc tính kỹ thuật sau :

– Nguồn cấp 5 đến 24VDC

– Thuận tiện nối kết mạch IC , Rơle , PLC

– Có thể lựa chọn chế độ mở sáng / mở tối ( linght ON / Dark ON )

– Loại dòng ampe nhá ( micro ampe )

• Ngõ ra Tran-si-to cực thu mở mức logic 0V ( NPN open collector )– Thuận tiện kiểm tra tình trạng hoạt động bằng LED đỏ

1.2 Cảm biến từ (Pro cimity sensor)

• Cảm biến từ là loại cảm biến mà dạng kích thích đựơc tạo nên bởi các hiệu ứng từ (hiệu ứng Hall, định luật Faraday, hiệu ứng GMS …) còn cảm biến là các linh kiện

có thể biến đổi từ thành tín hiệu điện Dưới đây là một số loại cảm biến từ :

1.2.1 Cảm biến từ sử dụng dòng 1 chiều 2 dây (ví dụ loại có kí hiệu PRCMT12-2DO)

• Các đặc tính kỹ thuật sau :

– Chuẩn mục tiêu vật kích thước 12x12x1mm ( vật liệu sắt)

– Khoảng cách nhận 2mm

– Nguồn cấp (điện áp hoạt động cho phép ) 24VDC (10- 30VDC)

– Ngõ ra điều khiển 1 đầu ra dòng tảI ra 2-50mA

– Có mạch bảo vệ chống ngựơc cực tính và quá dòng

• Phương pháp kết nối

– Đầu 4 ( Dây xanh ) nối vào cực âm của nguồn , đầu1 ( dây nâu ) nối vào cực dơng của nguồn (12-24V)

• Các ứng dụng

– Phát hiện ra các vật có tính từ Phân biệt được kim loại và phi kim

– Kết nối với bộ xử lý ( ví dụ nh PLC hay các vi mạch ) , để điều khiển các cơcấu chấp hành trong các hệ thống tự động thông qua các chương trình đã được lập sẵn

Test sensor

• §Ó thö t¸c dông cña c¸c c¶m biÕn ta lµm c¸c bµI

thÝ nghiÖm sau ®©y:

BµI 1 : thö kh¶ n¨ng ph¸t hiÖn c¸c vËt thÓ cña sensor

Nhận xét sau khi thí nghiệm

• Sau khi thử các loại sensor với các vật ta thấy rõ đ ợc một

–Với các vật phản xạ tốt ta dùng phản xạ khuyếch tán với khoảng

cách trung bình Nếu cần khoảng cách xa ta dùng sensor thu phát

–Với những vật khác có thể dùng sensor g ơng hoặc thu phát

–Phân biệt vật có từ tính và không có từ tính ta dùng sensor từ

BàI 2 : xác định vận tốc của động cơ bằng sensor

Sử dụng sensor từ

Nguyên lý cho động sơ quay , khi miếng bìa đến vị trí

miếng thép nằm ở d ới sensor từ sẽ phát ra một xung Xung

này đ a vào PLC ( đã kết nối với máy tính) kết hợp với một

Sử dụng micro sensor

Nguyên lý hoạt động

 khi miếng lỗ thủng đến vị trí

chỗ micro sensor sẽ phát ra

một xung Xung này đ a vào

PLC ( đã kết nối với máy tính)

2- Một Số loại bộ mó hoỏ vũng quay (encoders)

• Bộ mó vũng quay ( Encoder ) thực chất là một thiết bị dựng để chuyển đổi chuyển động gúc hoặc chuyển động thẳng thành tớn hiệu nhị phõn , từ đú cú thể xỏc định được số vũng quay hoặc dịch chuyển ,tức là nú cú thể đo đợc dịch chuyển gúc và dịch chuyển thẳng

• Cụng dụng của bộ mó vũng quay :

– Đo lờng dịch chuyển thẳng hoặc gúc

– Xỏc định vị trớ của trục hoặc bàn mỏy

– Cú thể kết nối với cỏc bộ vi xử lý để điều khiển cỏc cơ cấu cụng tỏc

• Phõn loại :

– Theo thước đo cú encoder thẳng và encoder trũn

• Encoder thẳng cần đo cỏc chuyển động dài bao nhiờu thỡ thứơc đo phải dài bằng đú

• Encoder trũn cú thước đo trũn cú thể đo trực tiếp cỏc chuyển động quay ,cũn khi đo cỏc chuyển động thẳng thỡ cần chuyển chuyển động

thẳng thành chuyển động quay ( ví dụ nh bằng cơ cấu thanh răng-bánhrăng)

– Theo cách đếm xung có encoder tuyệt đối và encoder tơng đối

• Encoder tuyệt đối đếm xung theo giải pháp tuyệt đối

• Encoder tương đối đếm xung theo giải pháp tương đối _Dưới đây là một số loại encoder phổ biến:

• Ngõ ra pha : pha A, pha B, pha Z

• Cách biệt pha ngõ ra : ngõ ra gữa chu kỳ A và chu kỳ

B : T/4+T/8 ( T = 1 vòng của chu kỳ pha A )

• Ngõ ra : đầu ra Line Driver :–Mức thấp : dòng ra lớn nhất 20mA , điện thế d lớn nhất 0,5V

–Mức cao : dòng ra lớn nhất -20mA, điện thế ra nhỏ nhất 2,5V

• Nguồn cấp 5-24VDC ,tần số đáp ứng lớn nhất 180kHz

Enh-25-2-1 loại quay tay

• Xung /vòng : 25 xung/vòng , 100 xung/vòng

• Ngõ ra pha : pha A , pha B

• Cách biệt pha ngõ ra : ngõ ra gữa chu kỳ A và chu kỳ

B : T/8+T/4 ( T = 1 vòng của chu kỳ pha A )

• Ngõ ra : đầu ra Totem Pole :–Mức thấp : dòng ra lớn nhất 30mA , điện thế d lớn nhất 0,4V

–Mức cao : dòng ra lớn nhất 10mA, điện thế ra nhỏ nhất 1,5V

• Nguồn cấp 12-24VDC

Autonics

0 10 2

70

KÕt nèi

• §Çu 1 nèi vµo cùc d ¬ng cña nguån (12-24VDC), ®Çu 2 nèi

vµo cùc ©m cña nguån

• §Çu 3 lµ ngâ ra pha cña pha A , ®Çu 4 lµ ngâ ra pha cña pha

II.Bộ điều khiển khả lập trình :

Bộ điều khiển lập trình ( PLC – Programmable logic Controler) được sáng tạo từ ýtưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motors vào năm 1968 Trongnhững năm gần đây bộ điều khiển lập trình được sử dụng ngày càng rộng rãi trong côngnghiệp ở nước ta như là một giải pháp điều khiển lý tưởng cho việc tự động hoá các quátrình sản xuất Cùng với sự phát triển của công nghệ máy tính , đến hiện nay bộ điềukhiển lập trình đạt được những ưu thế cơ bản trong ứng dụng điều khiển công nghiệp , đó

là dễ dàng trong lập trình và lập trình lại - Cho phép nhanh chóng thay đổi chương trìnhđiều khiển – Có chức năng truyền thông cho phép nối mạng ở nhiều cấp độ nhằm đáp

ứng yêu cầu điều khiển và giám sát hệ thống sản xuất - đơn giản trong bảo dưỡng và sửachữa – độ tin cậy cao trong môi trường công nghiệp – cấu tạo nhỏ gọn so với mạch điềukhiển tương đương dùng rơle và giá thành ngày càng thấp Nhờ những ưu điểm nêu trên ,

bộ điều khiển lập trình có thể được sử dụng trong điều khiển từng máy hay thiết bị sảnxuất độc lập hoặc nối ghép thành các mạng mini trong điều khiển hoạt động của các tếbào sản xuất tự động hoặc của cả một xưởng sản xuất nhờ hệ thống mạng cục bộ Trongnhững nhà máy sản xuất tự động hiện nay , ở nhiều cấp độ khác , phương thức điều khiểngiám sát được áp dụng dễ dàng với các phần tử điều chấp hành gồm toàn các bộ điềukhiển lập trình

Trong khuôn khổ nội dung của đề tài chúng em tìm hiểu về khả năng điêù khiểncủa nó trong hoạt động tự động của nó trong các nhà máy

Trong đợt thực tập tốt nghiệp chúng em đã tìm hiểu về hoạt động tự động của máyđột dập vành xe máy của công ty GOSHI-THĂNG LONG AUTO-PART được điềukhiển bằng bộ khả lập trình PLC của hãng MISUBISHI ELECTRIC

Nhưng do điều kiện nên không thể làm việc nhiều tại công ty do vậy mà khônglàm việc với bộ điều khiển PLC của hãng MISUBISHI ELECTRIC

Trong đồ án này chúng em tìm hiểu bộ PLC S7-200 của hãng SIEMENS hiện cótrong phòng thí nghiệm FMS-CIM của bộ môn công nghệ chế tạo máy

1.Thiết bị điều khiển logic khả trình S7-200

1.1 Cấu hình phần cứng

PLC viết tắt của Programmable Logic Control , là thiết bị diều khiển logic lập trìnhđược , hay khả trình , cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thôngqua một ngôn ngữ lập trình

S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng SIEMENS (CHLBĐức) , có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng Các modul này được sửdụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau Thành phần cơ bản của S7-200 làkhối vi xử lý CPU 212 hoặc CPU 214 Về hình thức bên ngoài , sự khác nhau của hailoại CPU này nhận biết được nhờ số dầu vào / ra và nguồn cung cấp

CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra và có khả năng được mở rộng thêm bằng haimodul mở rộng

CPU 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng được mở rộng thêm bằng 7modul mở rộng

S7-200 có nhiều loại modul mở rộng khác nhau

CPU 214 bao gồm

- 2048 từ đơn ( 4K byte ) thuộc miền nhớ đọc / ghi non – volatile để lưuchương trình ( vùng nhớ có giao đIện với EEPROM)

- 2048 từ đơn (4K byte ) kiểu đọc /ghi để kưu giữ liệu , trong đó 512 từ đầuthuộc miền non – volatile

- 14 cổng vào có 10 cổng ra lôgic

- có 7 modul để mở cổng thêm cổng vào / ra bao gồm cả modul analog

- Tổng số cổng vào /ra cực đạI là 64 cổng vào và 64 cổng ra

- 128 timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau : 4timer 1ms ,16 timer10ms , và 108 timer 100 ms

- 128 bộ đếm chia làm hai loại : chỉ đếm tiến và vừa đếm vừa đếm lùi

- 688 bít nhớ đặt biệt dùng để thông báo trạng tháI và đặt chế độ làm việc

- Các chế độ ngắt và xử lí ngắt gồm : ngắt truyền thông , ngắt theo sườn lênhoặc sườn xuống , ngắt thời gian , ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung

- Ba bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2KHz và 7KHz

- Hai bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM

- Hai bộ điều chỉnh tương tự

- Toàn bộ vùng nhớ không bị mất giữ liệu tronh khoảng thời gian 190 giê khiPLC bị mất nguồn nuôi

Mô tả các đèn báo trên S7 – 200 , CPU 214

SF đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng Đèn SF sáng lên khi PLC

( đèn đỏ ) có hỏng hóc

RUN đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực

(đèn xanh ) thực hiện chương trình được nạp vào trong máy

STOP đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng Dừng

( đèn vàng ) chương trình đang thực hiện lại

Ix.x đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng Ix.x

(đèn xanh ) ( x.x= 0.0:1.5)đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị lôgiccủa cổng

Qy.y đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qy.y

(đèn xanh ) (y.y= 0.0:1.1) đèn này báo hiệu trạng thía của tín hiệu theo giá trị lôgiccủa cổng

Cổng truyền thông

S7 -200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụcho việc ghép nối với chế độ lập trình hoặc với các trạm PLC khác Tốc độ truyền thôngcho máy lập trình kiểu PPI là 9600 band Tốc độ truyền thông của PLC theo kiểu tự do là

từ 300 đế 38.400

Chân Giải thích

Sơ đồ chân của cổng truyền thông.

Để ghép nối tiếp với máy lập trình PG702 hoặc các loại máy lập trình thuộc họPG7xx có thể sử dụng một cáp nối tiếp thông qua MPI Cáp đó đi kèm theo máy lập trình

Ghép nối tiếp S7-200 với máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối tiếp PC/PPIvới bộ chuyển đổi RS 232/RS 485

Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC

Công tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên , bên cạnh các cổng ra của S7-200 có

ba vị trí ghép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC

RUN cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ PLC S7-200 sẽ rời khỏichế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chươngtrình STOP , thậm chí ngay khi công tắc ở chế độ RUN Nên quan sát trạng thái thực tạicủa PLC theo đèn báo

STOP cưỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chương trình đang chạy và chuyểnsang chế độ STOP ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạpmột chương trình mới

TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong chế độ làm việc cho PLChoặc ở RUN hoặc ở STOP

Chỉnh định tương tự

Điều chỉnh tương tự ( 1 bé trong CPU 242 và 2 bé trong CPU 244 ) cho phép điềuchỉnh các biên cần phải thay đổi và sử dụng trong chương trình Núm chỉnh analog đượclắp đặt dưới nắp đậy bên cạnh các cổng ra Thiết bị chỉnh định có thể quay 270 độ

Pin và nguồn nuôi bộ nhớ

Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình hoặc nạp một chương trình mới

Nguồn pin có thể được sử dụng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu cótrong bộ nhớ Nguồn pin được tự động chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dunglượng tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế và vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ đó không

bị mất đi

5 4 3 2 1

9 8 7 6

1.2 Mở rộng cổng vào ra

CPU 212 cho phép mở rộng nhiều nhất 2 modul và CPU 214 nhiều nhất 7modul Các modul mở rộng tương tự và số đều có trong S7-200

Có thể mở rộng cổng vào /ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các modul

mở rộng về phía bên phải CPU , làm thành một móc xích Địa chỉ của các vị trí củamodul được xác định bằng kiểu vào /ra và vị trí của modul trong móc xích , bao gồm cácmodul có cùng kiểu Ví dụ như một modul cổng ra không thể gắn địa chỉ của một modulcổng vào , cũng như một modul tương tự không thể có địa chỉ như một modul số vàngược lại

Các modul mở rộng số hay rời rạc đều chiếm chỗ trong bộ đệm , tương ứng với sốdầu vào / ra của modul

Sau đây là một ví dụ về cách đặt địa chỉ cho các modul mở rộng trên CPU 214 : CPU214 Modul 0 Modul 1 Modul 2 Modul 3 Modul 4

I3.0 I3.1 I3 2 I3.3 I3.4 I3.5 I3 6 I3.7

AIW0 AIW2 AIW4 AQW0

Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 Q3.4 Q3.5 Q3.6 Q3.7

AIW8 AIW10 AIW12 AQW4

1.3 Thực hiện chương trình

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét(scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộđệm ảo , tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vùng quét chươngtrìng được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và lệnh kết thúc tại lệnh kết thúc ( MEND) Saugiai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi Vòng quétđựoc kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra

Nh vậy , tại thời điểm thực hiện lệnh vào / ra , thông thường lệnh không làm việctrực tiếp với cổng vào / ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham

số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 do CPUquản lí Khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng công việc khác , ngay

cả chương trình xử lí ngắt , để thực hiện lệnh này mội cách trực tiếp với cồng vào / ra Nếu sử dụng các chế độ ngắt , chương trình con tương ứng với từng tín hiệu ngắtđược soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình Chương trình xử lý ngắtchỉ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất

cứ điểm nào trong vòng quét

1.4 Cấu trúc chương trình của S7-200.

Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách xử dụng một trong các phần mềm sauđây:

STEP 7 Micro/DOSSTEP 7 Micro/WINNhữnh phần mềm này đều có thể cài đặt được trên các máy lập trình máytính cá nhân ( PC)

Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính ( main

program) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt được chỉ ra

sau đây :

Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND)

Chương trình con là một bộ phận của chươnh trình Các chương trình con phải đượcviết sau lệnh kết thúc chương trình chính đó là lệnh MEND

Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình Nếu cần sử dụngchương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính MEND

Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính Sau đó đến ngay các chương trình xử lý ngắt Bằng cách viết như vậy , cấu trúc chươngtrình rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình sau này Có thể tự do chộnlẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính

Thực hiện khi được chương trình chính gọi

Thực hiện khi có tín hiệu báo ngắt

II Phương pháp lập trình PLC Bao g ồm 7 bước

Các chức năng của 7 bước lập trình PLC : Đối với các ứng dụng PLC phức tạp,

một điều quan trọng để thiết kế một chương trình PLC là tuân theo một tiến trình lập trình có cấu trúc với các bước rõ ràng và tuần tự Điều này sẽ làm cho công việc lập trình trở nên đơn giản và nhanh hơn cũng như giúp ta tránh được những sai sót không đáng có Sau đây là một tiến trình gồm 7 bước để thiết kế một chương trình PLC:

1) Thiết lập sơ lược dóy cỏc bước hoạt động: Dóy các bước hoạt động ở đây là

một danh sách các hoạt động đầu ra diễn ra đối với mỗi bước và các hoạt động đầu vào như là điều kiện để thực hiện các hoạt động đầu ra đó Ở bước này ta không cần phải viết ra rừ tờn của các sensor đầu vào và các đầu ra mà chỉ cần đưa ra dạng hoạt động.

2) Vẽ ra giản đồ năng lượng (power diagram): Ở bước này yêu cầu ta phải xác

định dạng thiết bị mà ta sử dụng trong ứng dụng, đó là các động cơ điện hay các van khí nén, hay các xi lanh , điều này tuỳ thuộc vào điều kiện của từng ứng dụng mà ta lập Giản đồ năng lượng nên cho thấy tất cả các thiết bị năng lượng nếu có, cỏc cỏch nối dây từ đầu ra của PLC đến các thiết bị này cũng nên được xác định rừ trờn giản đồ năng lượng, các thiết bị đầu vào phải được đánh số

3) Vẽ ra giản đồ vào ra (I/O diagram): Giản đồ vào ra cho biết thiết bị đầu vào,

đầu ra nào được nối với PLC Mỗi một đầu vào được xác định trên giản đồ bằng một hình chữ nhật với kí hiệu đầu vào tương ứng ở trong hình chữ nhật

và mỗi một đầu ra được xác định bằng một hình thoi

4) bảng “chõn lý” (Truth) : Bảng Truth là một dạng chi tiết hơn của dóy cỏc

hoạt động lập ở bước 1 Nó cho biết trạng thái on/off của tất cả các đầu vào và đầu ra của mỗi bước trong dãy hoạt động Bảng Truth có thể rất rườm rà nhưng nó sẽ rất hiệu quả đối với những chương trình PLC phức tạp với rất nhiều các đầu vào, đầu ra, khi đó bảng “chõn lý” sẽ cho phép ta quản lớ cỏc trạng thái của các đầu vào, ra một cách dễ dàng.

5) Thiết kế giản đồ logic của chương trình PLC: Dựa trên trạng thái các đầu

vào/ra ở bảng “chõn lý”, và cỏc cõu lệnh của PLC ta lập chương trình PLC theo từng dòng lệnh ứng với từng bước trong dãy hoạt động Trong quá trình lập chương trình ta chú ý đến các kĩ thuật thường được sử dụng sau đây:

6) Xác định những điều kiện đặc biệt: Những điều kiện đặc biệt ở đây là

những chức năng không nằm trong dãy tiến trình cơ sở của ứng dụng Đó có thể là :

Những điều kiện này nên được liệt kê ra một cách đầy đủ các đầu vào và các hoạt động của chương trình sẽ thực hiện để thoó món cỏc điều kiện này

7) Thêm vào logic của chương trình các điều kiện đặc biệt: Sau khi tiến trình cơ

sở của ứng dụng đã được thiết kế, ta có thể thêm vào giản đồ logic các chức năng đã được liệt kê ở bước (6) Ví dụ như ta có thể thêm vào các rung để khởi động và dừng chu trình một cách tự động

Xây dựng chương trình điều khiển hoạt động của máy đột dập vành xe máy

1.S đ v o ra c a h th ng máy đ t d p v nh xe máy ơ đồ vào ra của hệ thống máy đột dập vành xe máy ồ vào ra của hệ thống máy đột dập vành xe máy ào ra của hệ thống máy đột dập vành xe máy ủa hệ thống máy đột dập vành xe máy ệ thống máy đột dập vành xe máy ống máy đột dập vành xe máy ột dập vành xe máy ập vành xe máy ào ra của hệ thống máy đột dập vành xe máy

1 Đặt vành lên quả lô định vị 3

bậc tự do ngườ công nhân Ên

3 Pítông của xy lanh định vị co

lai găp công tăc hành trình

I0.5( của chân van )

Cuộn hút của xylanh đe đóng lại Q0.5 (đe tiến vào định vị )

4 Có tín hiệu của cảm biến của

xy lanh đe I 0.7(công tăc hành

trình )

Khi đó xy lanh đột lồi tiến vào đột lồi ,Q0.7

5 Có tín hiệu của cảm biến vị trí

tại chỗ xy lanh đột lồi I 1.2

Chày đột thủng tiến vào đột.Q1.2

6 Có tín hiệu của cảm biến vị trí

tại cữ hành trình của xylanh đột

thủng I 1.4

Xy lanh chày đột lồi lùi lại Q1.1

7 Có cảm biến tại cữ hành trình

Của xy lanh đột lồi I 1.3

Cuộn hút của xy lanh đe đóng lại làm cho xy lanh đe lùi lại Q0.6

8 Pittong của xy lanh đe gặp cữ

Sử dông bộ counter C30với tín

hiệu để reset lại là I0.1

Khi giá trị C30=1 sẽ kích hoạt cho

xy lanh của kẹp chặt co lại để nhả kẹp Q0.2

10 Gặp cữ hành trình của nó I 0.4 Phát tín hiệu cho cuộn cảm của xy

lanh định vị lỗ chân van tiến vào định vị

2 Vẽ ra giản đồ năng lượng (power diagram)

Start kÑp chÆt

nh¶ kÑp chÆt Stop