Đồ án điều khiển logic

thiết hệ thống điều khiển logic, Khảo sát công nghệ cân băng định lượng , • PLC S7200, CPU 226, DCDCDC, 24DI, 16DO, Giới thiệu PLC S7200, Lập trình điều khiển cho hệ thống cân băng định lượng, ai trò của cân băng đinh lượng trong các nhà máy xí nghiệp là vô cùng quan trọng, điều này thể hiện rõ nét trong các nhà máy xi măng, sản xuất thức ăn gia súc, xây dựng….. Cân băng định lượng có vai trò sản xuất ra sản phẩm cần thiết từ những nguyên liệu có sẵn ban đâu mà không cần sử dụng nhiều sức lao động của con người.

MỤC LỤC

Trang

Chương 1 Khảo sát công nghệ cân băng định lượng 3

 Đặt vấn đề 3

 Sơ đồ công nghệ 3

 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cân băng định lượng 5

 Yêu cầu công nghệ 6

 Sơ đồ khôi 6

Chương 2 Giới thiệu chung thiết bị phần cứng 8

 PLC S7-200, CPU 226, DC/DC/DC, 24DI, 16DO 8

 Module đầu vào/ra tương tự S7 200 EM235 4 AI/1AO 9

 Loadcell (cảm biến lực) UDA UTE Taiwan 11

 Loadcell tổng 1250 12

 Mô tơ 14

 Thiết bị khí nén cho sơ đồ mạch lực 16

 Van khí nén 5/2 18

 Rơ le 18

 Công tắc tơ 19

Chương 3 Giới thiệu PLC S7-200 20

 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC S7-200 20

 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA S7-200 21

 CẤU TRÚC BỘ NHỚ 23

 MỞ RỘNG CỔNG VÀO RA 26

 THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH 26

 CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH 26

 KIỂU DỮ LIỆU 27

 THIẾT BỊ LẬP TRÌNH 27

 CÁC TẬP LỆNH LẬP TRÌNH SỬ DỤNG 32

Chương 4 Lập trình điều khiển cho hệ thống cân băng định lượng 37

 Sơ đồ công nghệ 37

 Phân công vào ra và chọn CPU 37

 Sơ đồ nguyên lý đấu dây vào ra PLC 39

 Giản đồ thời gian 40

 Lưu đồ thuật toán 41

 Chương trình LAD 43

Chương 5 Kết luận 55

CHƯƠNG I KHẢO SÁT CÔNG NGHỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

1 : Đặt vấn đề

Vai trò của cân băng đinh lượng trong các nhà máy xí nghiệp là vô cùng quan trọng, điều này thể hiện rõ nét trong các nhà máy xi măng, sản xuất thức ăn gia súc, xây dựng… Cân băng định lượng có vai trò sản xuất ra sản phẩm cần thiết từ những nguyên liệu có sẵn ban đâu mà không cần sử dụng nhiều sức lao động của con người

Vấn đề đặt ra là trong quá trinh sản xuất đòi hỏi tính liên tục, pha trộn nguyên liệu có tính chính xác cao, phải thấy và cân được khối lượng nguyên vật liệu đã được vận chuyển theo yêu cầu của sản phẩm Từ các yêu cầu trên thì hệ thông cân băng định lượng là giải pháp tốt nhất Hệthống cân bằng định lượng là một trong những khâu quan trọng giúp nhà máy hoạt động một cách liên tục Cân băng định lượng là một khâu trong dây chuyên công nghệ nhằm cung cấp lượng nguyên liệu chính xác cho nhà máy, lượng nguyên liệu này đã được người lập trình cài đặt một giá trị trước Khi mà lượng nguyên liệu trên băng tải ít đi thì cần điều khiển hệ thông cung cấp nguyên liệu nhiều hơn và ngược lại

2: Sơ đồ công nghê

Chú thích :

- NL1, NL2, NL3 các bình chứa nguyên liệu

- A,B,C các phễu chứa nguyên liệu để cân

- 1,2,3,4,5,6,7 các van dùng để đóng mở các bình chứa và phễu chứa

3 2

1

- Lc1,lc2,lc3,lc4, các cảm biến loadcell đo khối lượng nguyên liệu

- M1,M2,M3,M4,M5 mô tơ băng tải va mô tơ máy trộn

- G bình trộn nguyên liệu

3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cân bằng định lượng

Cân định luợng là một loại cân được điều khiển tự động dùng trong nhiều ngành công

nghiệp Cân định luợng dung để pha chế các loại vật liệu khác nhau với liều lượng được đặt truớc, sau đó được trộn đều để tiếp tục cho khâu kế tiếp

Ở sơ đồ công nghệ trên ta sử dụng các phễu và bình chứa tạo thành các tầng có nhiệm vụ khác nhau

Tầng thứ nhất chứa vật liệu, tầng thứ hai sử dụng để cân định lượng vật liệu, tầng thứ ba là bằng tải dùng để vận chuyển nguyên liệu đến bình trộn, tầng thứ tư có nhiệm vụ trộn đều các vật liệu.Trên thực tế quy trình trên có thể mở rộng cho hệ thống không chỉ với 3 bình chứa vật liệu

Đóng van xả NL Ngừng M1,M2,M3

M5 hoạt động 20s

Mở van xả máy trộn

LC4=0

Đóng van xả máy trộn

4 Yêu cầu công nghệ

Tùy theo yêu cầu của lượng sản phẩm cần thiết và các thành phần có trong sản phẩm mà ta điều khiển các bình chứa nguyên liệu cho phu hợp Ví dụ lượng sản phẩm yêu cầu là 1 tấn Trong đó nguyên liệu 1 là 60%, nguyên liệu 2 là 30 %, nguyên liệu 3 là 10% từ đó suy ra khối lượng cần thiết cho từng nguyên liệu là :

Khi một trong các loadcell phễu cân lc1,lc2,lc3 không đủ khối lượng nhập ban đầu trong khoảngthời gian 10 phút hay một trong các bình nguyên liệu đã hết thi còi báo sẽ kêu và dừng hệ thống Đến khi được cung cấp nguyên liệu và ấn nút start hệ thông mới làm việc lại

Ðể đơn giản trong quá trình xây dựng hàm logic điều khiển ở phần sau, và do 3 quá

trình NL1-A-G, NL2-B-G, NL3-C-G là dộc lập nhau nên ta chỉ xét hàm điều khiển cho 1 nhánhNL1-A-G, các nhánh còn lại tương tự

5 Sơ đồ khối

 Sơ đồ 1 nhánh NL1-A-G

NGUỒN ĐIỆN

CƠ CẤU CHẤP HÀNHPLC

CẢM BIẾN

ĐIỀU KHIỂN

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CHUNG THIẾT BỊ PHẦN CỨNG

1: PLC S7-200, CPU 226, DC/DC/DC, 24DI, 16DO

Số đầu vào/ra có sẵn: 24 DI / 16DO

Số đầu vào / ra số cực đại ( nhờ lắp ghép thêm Modul số mở rộng: DI/DO/MAX: 128 / 120 / 248

Số đầu vào / ra tương tự ( nhờ lắp ghép thêm Modul Analog mở rộng: AI/AO/MAX: 28 / 7/ 35 hoặc 0 / 14 / 14

IP 20

Kích thước: Rộng x Cao x Sâu : 196 x 80 x 62.

2 : Module đầu vào/ra tương tự S7 200 EM235 4 AI/1AO

EM 235 là một module tương tự gồm có 4AI và 1AO 12bit (có tích hợp các bộ

chuyển đổi A/D và D/A 12bit ở bên trong)

Thông số kỹ thuật:

Dải điện áp vào 0 đến 50 mV; 0 đến 100 mV; 0 đến 500 mV; 0 đến 1V

0 đến 5 V; 0 đến 10 V; +/- 25 mV; +/- 50 mV; +/- 100 mV; +/- 200 mV; +/- 500 mV; +/- 1 V; +/- 2.5 V;

+/-5 V; +/- 10V

Dải số chuyển đổi(đơn

Chế độ điện áp Tín hiệu áp + điện áp chung≤12V

*Điều chỉnh độ phân giải

*Sơ đồ đấu dây

Module EM235

A+, A-, RA Đầu vào tương tựB+, B-, RB Đầu vào tương tựC+, C-, RC Đầu vào tương tựD+, D-, RC Đầu vào tương tựM0, V0, I0 Đầu ra tương tựGain Chỉnh hệ số khuyếch đạiOffset Chỉnh trôi điểm khôngSwitch cấu hình(configuration) Chọn dải tín hiệu và độ phân giải

3 : Loadcell (cảm biến lực) UDA UTE Taiwan

Loadcell điểm đơn UDA (UTE - Taiwan).

- Capacity (kg): 60, 100, 150, 200, 300, 500, 750, 1000

- Vật liệu: nhôm hợp kim cao cấp

- Dùng cho cân bàn, cân đóng bao, cân đóng gói

- Kích thước bàn cân lớn nhất (mm): 800 x 800

Thông số kỹ thuật

Accuracy Class C3 Temperature effect on span (%FS/10oC) 0.014 Rated output (mV/V) 2.0 ± 0.2 Temperature effect on zero (%FS/10 o C) 0.017 Combined Error (%FS) 0.02 Temperature, compensated (oC) -10 ~+40 Non-linearity (%FS) 0.017 Temperature, operating ( o C) -35 ~+65 Non-repeatability (%FS) 0.01 Excitation, recommended (V) 5~12(DC) Creep (%FS/30min) 0.015 Excitation, Max (V) 18(DC) Input Resistance ( Ω ) 414 ± 3 Safe Overload (%FS) 150 Output Resistance ( Ω ) 350 ± 3 Ultimate Overload (%FS) 300 Insulation Resistance (M Ω ) ≥5000(50VDC) Protection Class IP 67 Zero Balance (%FS) 2.0 Cable length (m) 2

Off center load error(% per R76) 0.02 Cable Spec 4-wire shielded cable 6mm

** Ở đồ án này ta dùng điện áp kích thích là 5 v, nên điện áp ra khi loadcell đạt khôi lượng cực đại 1000kg la 10 mv Sau đó đưa qua bộ khuếch đại với hệ số khuếch đai k=5 ta có điện áp ra là50mv phù hợp với đầu vào Modul EM 235

4 : Loadcell tổng 1250

Thông số kỹ thuật

** Ở đồ án này ta dùng điện áp kích thích là 5 v, nên điện áp ra khi loadcell đạt khôi lượng cực đại 1500kg la 10 mv Sau đó đưa qua bộ khuếch đại với hệ số khuếch đai k=5 ta có điện áp ra là50mv phù hợp với đầu vào Modul EM 235

5 : Mô tơ

a) Mô tơ băng tải

Mô tơ xoay chiều có phanh 5.5 kw 7.5 hp

Dùng để giảm tốc độ đột ngột hoặc dừng trục motor đang chạy ngay lập tức ( không có quán tính), dùng cho rất nhiều nhà máy sản xuất

Khi đấu điện phanh tách rời ra khỏi trục motor và động cơ chạy bình thường, khi tắt điện phanh giữ trục motor lại Nếu mất điện khi vận hành, chế độ ngừng phanh bằng tay vẫn cho phép người

sử dụng đưa hệ thống về vị trí cần thiết

Tốc độ motordien (mô tơ điện) 1440 vòng/phút (4 cực điện- 4 poles), điện áp 380 vôn

Ký hiệu sản phẩm Y3EJ-132S- 4P (khoảng cách từ tâm trục xuống mặt đất là 132 mm)

Đường kính trục (cốt) của motor: 38 mm

Cường độ dòng điện định mức khi đấu điện là 11.6 (A)

Motor kín với hệ số bảo vệ bụi và nước IP 55

Nguyên liệu: tôn silic xanh cán nguội, dây đồng tiết kiệm điện năng, vỏ gang hoặc vỏ hợp kim nhôm

Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ chân đế dọc trục 140 mm

Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ chân đế ngang trục 216 mm

Tổng chiều cao thân moto (mô tơ) 345 mm

b) Mô tơ máy trộn và băng tải tổng

Mô tơ xoay chiều có phanh 7.5 kw 10 hp

Dùng để giảm tốc độ đột ngột hoặc dừng trục motor đang chạy ngay lập tức ( không có quán tính), dùng cho rất nhiều nhà máy sản xuất

Khi đấu điện phanh tách rời ra khỏi trục motor và động cơ chạy bình thường, khi tắt điện phanh giữ trục motor lại Nếu mất điện khi vận hành, chế độ ngừng phanh bằng tay vẫn cho phép người sử dụng đưa hệ thống về vị trí cần thiết

Tốc độ motordien (mô tơ điện) 1440 vòng/phút (4 cực điện- 4 poles), điện áp 380 vôn

Ký hiệu sản phẩm Y3EJ-132M – 4P (khoảng cách từ tâm trục xuống mặt đất là 132 mm)

Đường kính trục (cốt) của motor: 38 mm

Cường độ dòng điện định mức khi đấu điện là 15.4 (A)

Motor kín với hệ số bảo vệ bụi và nước IP 55

Nguyên liệu: tôn silic xanh cán nguội, dây đồng tiết kiệm điện năng, vỏ gang hoặc vỏ hợp kim nhôm

Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ chân đế dọc trục 178 mm

Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ chân đế ngang trục 216 mm

Tổng chiều cao thân moto (mô tơ) 345 mm

6: Chọn thiết bị khí nén cho sơ đồ mạch lực

a) Chọn nguồn cung cấp khí nén

Chọn nguồn cung cấp khí nén là máy nén khí TA-12015HP của hãng FUSHENG

Model Mô tơ

(KW)

Số vòng quay

Mô tơ (Rpm)

Công suất làm việc (Mpa)

Công suất cực đại (Mpa)

Lưu lượngkhí (m3 /min)

Thùngkhí (L)

Kích thước (mm)

Trọnglượng (Kg)

TA-

12015H 11 800 0.7 0.8 1.5 300 1825*700*1220 441

b) Chọn xylanh

Một số thông số cần quan tâm để chọn xylanh:

 Lực của pittong xylanh phải đủ cung cấp cho tải

 Chiều dài tối đa của một hành trình xylanh

 Độ lớn xung lực ban đầu tạo ra ở pittong khi pittong bắt đầu hành trình, nếu quá lớn có thể làm gãy hoặc bẻ cong thanh truyền pittong

 Dải nhiệt độ của môi trường làm việc bình thường của xylanh trong khoảng nào Thông thường các xy lanh được chọn trong khoảng 5 -60oC Nếu quá dải nhiệt độ làm việc bình thường của xylanh cần tư vấn của chuyên gia thiết kế

 Cần bảo vệ xylanh khỏi bụi bẩn bằng các tấm che chắn, đồng thời xem môi trường làm việc có xảy ra ăn mòn không để bảo vệ hợp lý

Trong công nghệ của hệ thống cân băng định lượng, xylanh có nhiệm vụ đóng mở các bình chưa nguyên liệu nên chọn loại xylanh phù hợp loại DNU -100-500PPV–A của hãng

FESTO có các thông số quan tâm sau:

Dải áp suất làm việc 0,2 ÷ 12Bar

Dải nhiệt độ xung quanh cho phép -20 ÷ 80oC

Lực hiệu dụng ở áp suất 6Bar khi chạy thuận 4496N

Lực hiệu dụng ở áp suất 6Bar khi chạy ngược 4221N

Lượng khí tiêu tốn trong chu trình thuận 29,5 L

Lượng khí tiêu tốn trong chu trình ngược 28,15 L

7: Van khí nén 5/2

Mô tả : Là van điều khiển đóng-mở bằng điện 24VDC

Ứng dụng: Sử dụng trong hệ thống tự động cung cấp khí cho xylanh dung để mở binh chứa nguyên liệu và bình cân

*Thông số kỹ thuật

-Van điện từ 5/2 Airtac 4V220-08

-Port size: In=1/4'', Out=1/8''

-Áp suất hoạt động: 0.15 - 0.8 MPa

-Loại van 5 cửa 2 vị trí

-Nhiệt độ hoạt động: 5~50oC

-Điện Áp: 110V, 220V, 24V

8 : Rơ le

Chọn rơ-le loại MY4N DC24 của hãng MORON có các thông số quan tâm sau:

Số pha 3 Pha

Điện áp 380V

Điện áp cuộn coil 24VDC

CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU PLC S7-200 I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC S7-200

PLC, viết tắt của programable logic controler là thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay thiết

bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Như vậy với chương trình điều khiển trong PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn có thể dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài ( PLC khác hoặc máy tính ) S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens( CHLB Đức ), có cấu trúc kiểu module và có các module mở rộng Các module này được sử dụng với những mục đích khác nhau Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu (Catridge ) Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X ( loại cũ ) và 22X ( loại mới ), trong đó họ 21X không còn sản xuất nữa Họ 21X có các đời sau: 210, 212, 214, 215-2DP,216; họ 22X có các đời sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM

* Thông số và các đặc điểm kỹ thuật của series 22X :

* Giới thiệu về module mở rộng:

- Module đầu vào số: EM221, có nhiều loại bao gồm 8/16 đầu vào và điện áp 24VDC/120- 230VAC

- Module đầu ra số: EM222 bao gồm 4/8 đầu ra 24VDC/RELAY/230VAC

- Module vào/ra số: EM223 bao gồm 4/8/16 đầu vào 24VDC và 4/8/16 đầu ra 24VDC

/RELAY/230VAC

- Module đầu vào tương tự: EM231 từ 2/4 đầu vào với các loại tín hiệu 0-10V,4-20mA…

- Module đầu ra tương tự: EM232 có 2 đầu ra

- Module vào ra tương tự: EM235 gồm 4 đầu vào và 1 đầu ra

- Ngoài ra còn có các loại module thích hợp cho những ứng dụng khác như module điều khiển vị trí, module truyền thông

II CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA S7-200:

1 Hình dáng và cấu trúc bên ngoài:

1.1 Các đầu vào/ra số:

- Đầu vào (Ix.x ): kết nối với nút bấm, công tắc, sensor…với điện áp vào tiêu chuẩn 24VDC - Đầu ra (Qx.x): kết nối với thiết bị điều khiển với các điện áp 24VDC/220VAC ( tùy theo loại CPU ) - Đầu vào nguồn: 24VDC/220VAC ( tùy theo loại CPU)

- Đèn SF/DIAG: Chỉ báo hệ thống bị hỏng tức do lỗi phần cứng hoặc hệ điều hành - Đèn

Ix.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu vào số(ON/OFF)

- Đèn Qx.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu ra số(ON/OFF)

1.3 Port truyền thông:

- Port truyền thông nối tiếp RS485: Giao tiếp với PC, PG, TD200, OP, mạng biến tần…

- Port cho module mở rộng: Kết nối với module mở rộng

1.4 Công tắc chuyển chế độ:

- RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC tự động chuyển sang chế độ STOP mặc dù công tắc vẫn ở vị trí RUN ( quan sát đèn trạng thái )

- STOP: Dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các đầu ra chuyển về OFF - TERM: Cho phép người dùng chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài ra còn được dùng để

download chương trình người dùng

- Module nguồn

- Module đầu vào

- Module đầu ra

- Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU)

- Module bộ nhớ

- Module quản lý phối ghép vào ra

Hình 2: Mô hình tổng quát của một PLC

2.1 Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Processing Unit):

CPU dùng để xử lý, thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan trọng của PLC Mỗi PLC thường có từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm

CPU thường được chia làm hai loại: đơn vị xử lý “một bit” và đơn vị xử lý “từ ngữ”:

- Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn giản, chỉ đơn thuần xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dài

- Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép toán, đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều tuy nhiên thời gian xử lý được cải thiện nhanh hơn

Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện

2.3 Khối vào/ra:

Khối vào ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp 5/15VDC) với mạch công suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC)

Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệu tiêu chuẩn để đưa vào bộ xử lý

Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ ra và cách ly quang

2.4 Bộ nguồn:

Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC

2.5 Khối quản lý ghép nối:

Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận hành, mạng truyền thông công nghiệp

- Vùng nhớ chương trình: Là miền nhớ được dùng để lưu trữ các lệnh được dùng trong chương

trình.Vùng này thuộc kiểu non-volatile có thể đọc và ghi được

- Vùng nhớ tham số: Dùng để lưu giữ các tham số như từ khóa, địa chỉ trạm… Vùng này thuộc

kiểu non-volatile có thể đọc và ghi được

DỮ LIỆUTHAM SỐCHƯƠNG TRÌNH