NGUYỄN NGỌC HƯNG ĐỒ ÁN PLC

LỜI NÓI ĐẦUTrong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, một trong những tiêu chí để đánh giá để đánh giá sự phát triển công nghiệp của mỗi quốc gia là mức độ tự động hóa trong

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, một trong những tiêu chí

để đánh giá để đánh giá sự phát triển công nghiệp của mỗi quốc gia là mức độ tự động hóa trong quá trình sản xuất Sự phát triển nhanh chóng của máy tính điện tử, công nghệ thông tin và những thành tựu của lý thuyết điều khiển tự động đã làm cơ

sở cho sự phát triển tương xứng của lĩnh vực tự động hóa.Ngày nay tự động hóa điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào nhiều lĩnh vực, trong tất cả các khâu của quá trình sản xuất.

Trong học kỳ này, để áp dụng lý thuyết với thực tế chúng em được giao đồ án môn học Điều khiển Logic và PLC với đề tài là:” Thiết kế hệ thống điều khiển logic sử dụng PLC để điều khiển hệ thống đóng gói sản phẩm trong công nghiệp” Với sự nỗ

lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn “TRẦN XUÂN

MINH” và các thầy cô giáo trong bộ môn, đến nay đồ án của em đã được hoàn

thành Bản đồ án em gồm 2 phần chính:

Phần thuyết minh gồm:

1 Phân tích yêu cầu và phương án thực hiện

2 Phân tích chọn biến vào/ra, mô tả hệ thống, thiết kế hàm logic

3 Phân tích chọn PLC, đặt địa chỉ, thiết kế sơ đồ nguyên lý

4 Lập trình điều khiển

5 Thuyết minh nguyên lý và kiểm tra kết quả

Phần bản vẽ gồm:

1 Sơ đồ mô tả hệ thống

2 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống

3 Chương trình điều khiển

Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, cảm ơn thầy giáo:

“TRẦN XUÂN MINH” đã giúp đỡ em để bản thiết kế hoàn thành đúng thời hạn.

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2021

Sinh viên thiết kế

NGUYỄN NGỌC HƯNG

PHẦN 1

PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

THỰC HIỆN

1 Phân tích yêu cầu công nghệ hệ thống

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống

Ngày nay trong công cuộc đổi mới khoa học kỹ thuật tiến bộ thì việc sửdụng các loại máy móc đang dần thay thế sức lao động của con người.Khoa học kỹ thuật áp dụng trong hầu hết các lĩnh vực từ sản xuất côngnghiệp, nông nghiệp, y tế, học đường…Trong đó công nghệ tự động hóađược chú trọng hàng đầu Qua quá trình nghiên cứu của các nhà khoahọc thì việc sản xuất ra những thiết bị hiện đại đem lại hiệu quả cao

Đối với ngành công nghiệp sản xuất, chế tạo ta có thể thấy rất rõ cácthành tựu đã đạt được của kho học kỹ thuật nói chung và tự động hóa nóiriêng

Trong các xí nghiệp sản xuất thì đều được chia ra làm nhiều công đoạn, dây truyền khác nhau Một trong những công đoạn đó là dây truyềnđóng gói sản phẩm, điều này thấy rất rõ trong công nghiệp sản xuất hàng hóa đóng thùng

Mục đích hàng đầu của các xí nghiệp, doanh nghiệp là đạt chỉ tiêu về sốlượng cũng như về chất lượng Vì vây, mỗi công đoạn cần tính toán thiết

kế đảm bảo năng suất, giảm thời gian quá độ giữa các công đoạn.Từ đótiết kiệm chị phí sản xuất, tăng năng suất, chất lượng sản phẩm Hànghóa chủ yếu được sản xuất dưới hình thức hàng loạt, vì vậy sản phẩmsản xuất ra cần được đóng gói theo hình thức

Do vậy, trong sản xuất công nghiệp nói chung và hàng hóa nói riêng thìcông đoạn đóng gói là rất quan trọng

1.2 Phân tích yêu cầu công nghệ

1.2.1.Yêu cầu công nghệ

Khi ấn nút start hệ thống làm việc, băng tải vận chuyển thùng chạy Khithùng vào vị trì nhận sản phẩm, băng tải vận chuyển thùng dừng và băngtải vận chuyển sản phẩm chạy Khi số sản phẩm trong thùng là 24 thìbăng tải vận chuyển sản phẩm dừng và băng tải vận chuyển thùng chạy

để đưa thùng khác vào vị trí nhận sản phẩm Muốn dừng hệ thống thì ấnnút STOP Động cơ băng tải vận chuyển thùng không đảo chiều, khởiđộng qua 2 cấp tốc độ, có bảo vệ qúa tải và ngắn mạch

1.2.2.Phân tích yêu cầu công nghệ:

Ta chia hệ thống ra làm 2 hệ thống nhỏ:

+ Hệ thống điều khiển 2 băng tải vận chuyển

+ Hệ thống khởi động động cơ băng tải vận chuyển thùng

 Hệ thống điều khiển 2 băng tải vận chuyển

Khi ấn nút start, băng tải vận chuyển thùng chạy (băng tải vận chuyển sản phầm dừng đợi tín hiệu từ cảm biến vị trí X1), khi thùng đến đúng vị trí nhận sản phẩm (có tín hiệu từ cảm biến vị trí X1), băng tải vận chuyển

thùng dừng, băng tải vận chuyển sản phẩm chạy Khi nhận đủ số lượng sảnphẩm trong thùng là 24 sản phẩm thì băng tải vận chuyển sản phẩm dừng, băng tải vận chuyển thùng chạy tiếp để đưa thùng trống tiếp theo vào vị trí nhận sản phẩm Quá trình được lặp đi lặp lại Khi ấn nút stop hoặc sự cố cả

2 băng tải dừng, khi ấn start cả 2 băng tải tiếp tục trạng thái cũ

- Các trang thái làm việc của hệ thống điều khiển 2 băng tải vận chuyển:+ T1: Trạng thái được cấp điện nhưng chưa ấn nút start và trạng thái khi

ấn nút stop cả 2 băng tải dừng

+ T2: Trạng thái băng tải chạy khi ấn Start băng tải vận chuyển thùng chạy, băng tải vận chuyển sản phẩm dừng.

+ T3: Trạng thái băng tải vận chuyển thùng dừng khi thùng đã vào vị trí nhận sản phẩm, băng tải vận chuyển sản phẩm bắt đầu chạy

+ T4: Trạng thái dừng khi nhấn nút stop hoặc xảy ra sự cố quá tải hoặc ngắn mạch

- Điều kiện chuyển từ trạng thái này sang trạng thái kia của hệ thống: T1 T2: Khi ấn nút start và không có bất kể sự cố nào

T2 T1: Khi ấn nút stop hoặc xảy ra 1 trong 2 sự cố quá tải hoặc ngắn mạch

T2 T3: Khi cảm biến vị trí X1 tác động

T3 T2: Khi couter đếm đủ 24 sản phẩm

T3 T4: Khi ấn stop hoặc có sự cố ngắn mạch hoặc quá tải

T4 T3: Khi sự cố được khắc phục và ấn nút Start

 Hệ thống khởi động động cơ vận chuyển băng tải vận chuyển thùng

- Các trạng thái làm việc của hệ thống khởi động động cơ vận chuyển băng tải vận chuyển thùng:

+ T1: Là trạng thái cấp điện nhưng chưa ấn Start hoặc khi ấn Stop+ T2: Là trạng thái nhấn nút Start tiếp điểm K đóng lại

+ T3: Là trạng thái tiếp điểm loại điện trở phụ 1G sau khi tiếp điểm K đóng được 10s

- Điều kiện chuyển từ trạng thái này sang trạng thái kia của hệ

1.3 Lựa chọn phương án thực hiện.

1.3.2 Động cơ truyền động cho các hệ thống.

Động cơ là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống, thường xuyênphải làm việc với nhiều trạng thái như là khởi động (quá trình quá độ),trạng thái quá tải, trạng thái hãm Hiện nay chia ra làm hai loại động cơchính là:

+ Động cơ điện xoay chiều

+ Động cơ điện 1 chiều

1.3.2.1 Động cơ điện xoay chiều.

-Động cơ không đồng bộ:

Động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỉ lệ rất lớn so vớiđộng cơ khác Sở dĩ như vậy: là do động cơ không đồng bộ có kết cấuđơn giản, dễ chế tạo, vật hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từlưới điện xoay chiều 3 pha, và về kinh tế giá thành nhỏ hơn so với động

cơ một chiều Động cơ không đồng bộ có hai loại chính là:

+ Động cơ rôto lồng sóc

+ Động cơ rô to dây quấn

U~

U~

a) Ký hiệu động cơ không b) Ký hiệu động cơ không

đồng bộ ba pha rôto lồng sóc đồng bộ ba pha rôto dây quấn.

- Động cơ đồng bộ:

Động cơ đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong những truyền động công suất trung bình và lớn, có yêu cầu ổn định tốc độ cao Động cơ đồng bộ thường dùng cho máy bơm quạt gió, hệ truyền động trong nhà máy luyệnkim và cũng thường dùng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát

- Động cơ công suất lớn Động cơ đồng bộ có độ ổn định tốc độ cao hệ sốcosφ và hiệu suất lớn, vận hành tin cậy

ckt rfĐ

c

truyền động từ công suất nhỏ đến công suất lớn Tùy thuộc vào yêu cầu

hệ truyền động mà động cơ một chiều có cuộn kích từ mắc nối tiếp haysong song với phần ứng nên chia làm hai loại động cơ một chiều:

+ Động cơ một chiều kích từ độc lập

+ Động cơ một chiều kích từ nối tiếp

+ Động cơ một chiều hỗn hợp

+ Động cơ một chiều kích từ nối tiếp

Sơ đồ nguyên lý và dạng đặc tính cơ như hình vẽ:

- Động cơ một chiều kích từ độc lập

Sơ đồ nguyên lý và dạng đặc tính cơ như hình vẽ:

nn

o

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ mắc vào nguồnmột chiều độc lập (đối nguồn có công suất không đủ lớn) và cũng có thểcuộn kích từ mắc song song với mạch phần ứng (đối nguồn một chiều cócông suất vô cùng lớn).

Đặc điểm: Đối với động cơ loại này cuộn kích từ mắc độc lập với phầnứng động cơ nên tiết diện dây nhỏ, điện trở lớn, dòng kích từ không phụthuộc vào tính chất của tải

- Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp

Loại động cơ này có 2 cuộn dây kích từ một cuộn mắc song song, mộtmắc nối tiếp với phần ứng động cơ vì vậy nó tận dụng được các ưu điểmcủa động cơ một chiều kích từ nối tiếp và kích từ độc lập

Kết luận:

Qua phân tích và các nhận xét về các loại động cơ ta thấy mỗi loại động cơ

có những ưu điểm riêng cho từng loại phụ tải giá thành và môi

1.3.3 Cảm biến

Hình ảnh một số loại cảm biến thông dụngCác cảm biến (Sensor) giúp cho PLC phát hiện các trạng thái và đolường các giá trị của một quá trình Cảm biến Logic chỉ xác định trạngthái đúng hay sai của một hiện tượng vật lý, còn cảm biến liên tục biếnđổi hiện tượng vật lý thành các tín hiệu đo lường được dưới dạng điện áphay dòng điện

Các loại cảm biến logic cơ bản thường gặp:

+ Cảm biến điện cảm (Inductive Sensor)

+ Cảm biến điện dung (Capacitive Sensor)

+ Cảm biến quang (Optical Sensor)

+ Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Sensor)

+ Cảm biến tiếp xúc cơ…

Các loại cảm biến tương tự cơ bản thường gặp:

+ Cảm biến góc quay/Cảm biến vị trí

+ Cảm biến gia tốc

+ Cảm biến nhiệt độ

+ Cảm biến áp suất/Cảm biến lưu lượng

+ Cảm biến ứng suất/biến dạng/lực

+ Cảm biến ánh sáng…

Trong đồ án này em chọn cảm biến làm cảm biến vị trí trong hệ thốngđiều khiển logic sử dụng PLC cho công đoạn đóng gói sản phẩm trongcông nghiệp 1 cảm biến vị trí đặt ở vị trí dừng thùng của băng tải 1(sensor 1), 1 cảm biến nhận biết sản phẩm đặt ở cuối băng tải 2 (sensor2)

1.3.4 Hệ thống băng tải.

Hiện nay băng tải thường sử dụng đẻ vận chuyển các sản phẩm, chi tiếttrong công nghiệp khai thác, chế biến, phân loại… Theo phương nganghoặc phương nghiêng

Trong các dây chuyền sản xuất băng tải được sử dụng khá phổ biến, nóđược dùng làm phương tiện di chuyển từ công đoạn này đến công đoạnkhác Nó giúp giảm thời gian di chuyển cũng như sức lao động của conngười

+Ưu điểm của băng tải:

Cấu tạo đơn giản, bền có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo phương ngang, phương nghiêng hoặc kết hợp cả phương ngang và phương nghiêng

Vốn đầu tư không cao, vận hành đơn giản, bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế dễ dàng Độ tin cậy cao nhất là khi vận chuyển sản phẩm theo chu

Chú thích:

1: Bộ phận kéo cùng các yếu tố trực tiếp mang vật

2: Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ

phận kéo

3: Bộ phận căng, tạo lực cần thiết cho bộ phận kéo

4: Hệ thống đỡ băng (con lăn, giá đỡ), làm phần

trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc

Một số loại băng tải thường sử dụng trong thực tế:

+Băng tải dây đai có tải trọng <50 kg

+ Băng tải thanh đẩy (50-250kg)

+ Băng tải lá (25-125kg)

- Chọn băng tải cho công đoạn phân loại sản phẩm

Do công đoạn là phân loại sản phẩm theo chiều cao nên yêu cầu băng tải phải bằng phẳng để đẩm bảo độ tin cậy cho cảm biến

Từ những yêu cầu thực tế của quá trình công nghệ ta chọn loại băng tảidây đai cỏ tải trọng nhỏ <50 kg có phạm vi ứng dụng rộng rãi để vậnchuyển sản phẩm đi đóng gói

-Đặc biệt băng tải dây đai còn có ưu điểm rất lớn

sau: Tải trọng băng tải nhỏ

Kết cấu cơ khí đơn giản

Dễ dàng hiệu chỉnh băng tải

+ Ứng dụng của băng tải:

- Ứng dụng trong ngành sản xuất, lắp ráp linh kiện, thiết bị điện tử, lắp ráp ô tô…

- Trong ngành sản xuất thực phẩm, y tế, dược phẩm, may mặc, dầy dép,…

- Dùng để vận chuyển hàng hoá, đóng gói sản phẩm,… Trong các nhà máy.

PHẦN 2 PHÂN TÍCH CHỌN BIẾN VÀO RA MÔ TẢ HỆ THỐNG THIẾT

 X2 = 0: không có sản phẩm đi qua

- Q: biến sự cố quá tải

2.1.2.Biến ra

- P1: biến ra của hệ thống điều khiển băng tải 1

 P1 = 1: Băng tải 1 làm việc

 P1 = 0: Băng tải 1 dừng

- P2: biến ra của hệ thống điều khiển băng tải 2

 P2 = 1: Băng tải 2 làm việc

 P2 = 0: Băng tải 2 dừng

- P3: biến điều khiển tiếp điểm điện trở phụ

 P3 = 1: Điện trở phụ đã được loại bỏ

 P3 = 0: Điện trở phụ chưa được loại bỏ

-P4: biến điều khiển tiếp điểm K

 P4 = 1: Tiếp điểm K đóng động cơ 1 hoạt động

 P4 = 0: Tiếp điểm K hở động cơ 1 dừng

2.2 Mô tả hệ thống và thiết kế hàm logic

2.2.1 Các phương pháp mô tả hệ thống

 Phương pháp bảng chuyển trạng thái:

Phương pháp này mô tả quá trình chuyển đổi trạng thái dưới hình thức bảng

+ Các cột của bảng ghi các biến vào và biến ra

+ Các hàng của bảng ghi các trạng thái trong của mạch (T1, T2, T3, …) Sốhàng của bảng chỉ rõ số trạng thái trong cần có của hệ

+ Các ô giao nhau của cột biến vào và các hàng trạng thái sẽ ghi trạng tháicủa mạch Nếu trạng thái mạch trùng với tên hàng thì đó là trạng thái “ổnđịnh”, nếu trạng thái mạch không trùng với tên hàng thì đó là trạng thái

“không ổn định”

+ Các ô giao nhau của cột tín hiệu ra và các hàng trạng thái sẽ ghi giá trị tín hiệu ra tương ứng

 Phương pháp đồ hình trạng thái:

Đồ hình trạng thái là hình vẽ mô tả các trạng thái chuyển của một mạchlogic trình tự, đồ hình gồm các đỉnh và các cung định hướng trên đó ghicác tín hiệu vào/ra và kết quả Phương pháp này thường chỉ dùng chohàm một đầu ra Ta sẽ xét hai loại: đồ hình Mealy và đồ hình Moore

 Đồ hình Mealy

Đồ hình Mealy gồm các đỉnh biểu diễn các trạng thái trong của mạch vàcác cung định hướng, trên các cung ghi biến tác động và kết quả hàm khichịu sự tác động của biến đó Đồ hình Mealy chính là chuyển bảng trạngthái thành dạng đồ hoạ

 Đồ hình Moore

Trong đồ hình Moore, các đỉnh là các trạng thái và giá trị của hàm, còn

các cung định hướng sẽ ghi biến tác động

 Phương pháp lưu đồ:

Đồ hình thuật toán là cách mô tả hệ thống một cách suy luận trực quan Các khối chính của lưu đồ và các khối được mô tả ở hình sau:

2.2.2 Hệ điều khiển băng tải vận chuyển thùng

- Dựa vào phân tích yêu cầu công nghệ hệ thống băng tải 1 trong mục 1.2 ta xây dựng được đồ hình Moore của hệ thống như sau:

- Do hệ thống có 4 trạng thái nên ta chọn 2 phần tử nhớ A, B loại SR để lưu các trạng thái trên Mã hóa các trạng thái như hình sau:

2.2.3.Hệ điều khiển khởi động động cơ băng tải 1.

- Dựa vào phân tích yêu cầu công nghệ hệ thống khởi động động cơ cho băng tải 1 trong mục 1.1.2 ta xây dựng được đồ hình Moore của hệ thốngnhư sau:

- Do hệ thống có 3 trạng thái nên ta chọn 2 phần tử nhớ X, Y loại SR để lưu các trạng thái trên Mã hóa các trạng thái như hình sau:

P3

Y X

2.2.4.Mạch khống chế khởi động động cơ

2.2.5.Xác định đầu vào kích thích và reset bộ đếm

- Counter là bộ đếm thực hiện chức năng đếm sườn lên của xung Trong S7-200 có 2 loại bộ đếm :

+ Khi cảm biến nhận biết sản phẩm tác động I0.3 = 1

- Tín hiệu reset: khi có tín hiệu sườn lên của cảm biến thùng vào vị trí I0.2=1

PHẦN 3 PHÂN TÍCH CHỌN PLC, ĐẶT ĐỊA CHỈ, THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN

LÝ

3 Phân tích chọn PLC, đặt địa chỉ, thiết kế sơ đồ nguyên lý.

3.1.Phân tích chọn PLC

3.1.1 Giới thiệu chung về PLC

- PLC viết tắt của progamable logic controller là thiết bị điều khiển logiclập trình được ( khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toánđiều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình

- PLC được cấu thành từ hai phần chính:

+ phần cứng: Được cấu tạo nên bởi vi xử lí, ROM, RAM

+ Phần mềm: thực chất là một ngôn ngữ dịch để tạo ra ngôn ngữ lậptrình gần con người nhất và tối giản nhất, nó có nhiệm vụ chỉ ra các thiết

bị được sử dụng với địa chỉ cụ thể và chức năng với thông số cụ thể cũngnhư cách nối các thiết bị với nhau Phần mềm này cho phép ta lập đượcchương trình điều khiển theo công nghệ có thể thực hiện trên máy tính

PC hoặc trên máy lập trình PG sau đó chuyển trương chình vào bộ nhớRAM

Thực tế trong công nghệ để đảm bảo độ tin cậy sau khi lập trình chươngtrình điều khiển chạy thử kiểm nghiệm đảm bảo thì chuyển chương trìnhvào EPROM khi đó trong quá trình sử dụng không sợ chương trình bịthay đổi