Tiểu luận Mô hình điều khiển một số dây chuyền sản xuất của công ty kính Đáp Cầu

hành công hộp thoại “Download Successful” xuất hiện. - Chuyển trạng thái của PLC từ STOP sang RUN tr−ớc khi chạy ch−ơng trình trên PLC. - Nếu Download không thành công ta phải thiết lập lại truyền thông giữa PLC và PC và thực hiện lại các b−ớc nh− trên. 3.2. Chọn thiết bị điều khiển [7] 3.2.1. Yêu cầu thiết bị cho việc điều khiển Từ việc nghiên cứu, tìm hiểu và khảo s tá dây chuyền công nghệ, nhận thấy ngoài việc lựa chọn phần mềm ứng dụng chính là Simatic S7 - 200 chúng ta cần có những thiết bị trợ giúp cho nó để có đ−ợc giải pháp kinh tế tối −u. Đó là sử dụng PLC S7 - 200 CPU224 và các module nhập/xuất trong khu vực có các thiết bị nhập và thiết bị xuất, sử dụng cáp nối kết các module này đến PLC và kết nối máy tính với PLC qua cổng COM với dao diện truyền thông RS232 và RS485. 3.2.2. Thiết bị điều khiển PLC S7 - 200 CPU224 [4] 1. Cấu trúc phần cứng S7 - 200 là thế hệ PLC cỡ nhỏ do hãng Siemens (CHLB Đức) sáng chế ra, nó có cấu trúc kiểu module và các module mở rộng. Các module này sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau, phù hợp với các ứng dụng tự động ho ámà dòi hỏi chi phí thấp. Thế hệ Simatic S7 - 200 ngày nay rất linh hoạt và hiệu quả sử dụng cao. CPU S7 - 200 sử dụng nguồn nuôi 24V DC hay 100 - 230V AC (dòng điện tiêu Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 49 - Khoa Cơ - Điện thụ lớn nhất là từ 110 - 700mA) tuỳ thuộc cấu tạo từng loại CPU riêng biệt, t−ơng ứng với các nguồn nuôi đó thì đầu ra của nó có thể là 24V DC hay đầu ra rơle Đầu vào của PLC là điện áp 24V DC với dòng từ 80mA tới 900mA. Số đầu vào ra tuỳ thuộc từng loại CPU nó xê dịch từ 6/4 tới 24/16 đầu vào/ra. Khả năng ghép nối module mở rộng phụ thuộc từng loại CPU, nhiều nhất là 7 module. Cho phép l−u ch−ơng trình trong một thời gian nhất định từ 50 giờ tới 190 giờ, còn khi có pin có thể l−u ch−ơng trình tới 200 ngày. CPU của Simatic S7 - 200 có hai thế hệ, thế hệ ban đầu khi mới xuất hiện SIMENS có dòng CPU 21x gồm có bốn loại CPU với tính năng riêng biệt. Sau này SIMENS đ−a ra thế hệ CPU mới 22x cũng có bốn loại gần t−ơng tự với thế hệ đầu nh−ng có bổ sung một số tính năng mới. Vì vậy để đáp ứng mục đích của việc điều khiển, ở đây chúng tôi chọn loại CPU 224. ắ Mô tả các đèn báo trên CPU: Hình3.9: Mô hình phần cứng CPU224 Đèn báo Cổng truyền thông Đầu ra Đầu vào Nối Modul mở rộng Nguồn vào Hộp công tắc Hình3.10: Sơ đồ nối I/O đối với CPU 224 AC/DC/Relay Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 50 - Khoa Cơ - Điện - I 0.0 ữ I 1.5: Đèn xanh ở cổng vào chỉ trạng thái tức thời của cổng - Q 0.0 ữ Q1.1: Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Các đèn SF, RUN, STOP là các đèn báo chế độ làm việc của PLC: - Đèn đỏ SF: báo hiệu hệ thống PLC có h− hỏng - Đèn xanh RUN: báo hiệu PLC đang làm việc - Đèn vàng STOP: chỉ định PLC đang ở chế độ dừng ắ Đặc điểm của CPU 224 hiệu năng cao: - Bộ nhớ ch−ơng trình: 8Kb - Bộ nhớ dữ liệu: 5Kb - Tốc độ xử lý logic 0,37μs - Ngôn ngữ ch−ơng trình: LAD, FBD, STL - Bảo vệ ch−ơng trình: 3 mức password bảo vệ - 256 bộ đếm: 6 bộ đếm tốc độ cao (30khz), bộ đếm A/B, có thể sử dụng đếm tiến, đếm lùi hoặc cả đếm tiến và đếm lùi. - 128 bộ Timer chia làm 3 loại có độ phân giải khác nhau: 4 bộ timer 1ms, 16 bộ timer 10ms, 236 bộ timer 100ms. - Với kích th−ớc nhỏ gọn dài x rộng x cao = 120,5 x 80 x 62mm với trọng l−ợng 360g tiết kiệm không gian tủ. Dùng để kết nối trực tiếp với cảm biến và bộ mã hoá với dòng điện 280mA có thể đ−ợc sử dụng nh− một dòng điện tải. - Tích hợp đầu vào/ra số: 14 đầu vào và 10 đầu ra - Có tối đa 94 đầu vào số, 74 đầu ra số, 28 đầu vào t−ơng tự, 7 đầu ra t−ơng tự với 7 module mở rộng t−ơng tự và số. - Chế độ ngắt và xử lý ngắt: Ngắt truyền thông và ngắt theo s−ờn lên hoặc s−ờn xuống của xung, ngắt của bộ đếm tốc độ cao. - Giao diện có khả năng lập trình sử dụng (Free Port) với khả năng xử lý ngắt đối với việc trao đổi chuỗi dữ liệu với các thiết bị không phải của Siemens. Cáp PC/PPI có thể đ−ợc sử dụng nh− một chuẩn nối tiếp RS232/RS485 - Kết nối với bus mở rộng của thiết bị mở rộng ( chỉ có EMs của chuẩn 22x Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 51 - Khoa Cơ - Điện có thể đ−ợc sử dụng). Các đầu vào ngắt, cho phép PLC phản ứng với tốc độ cao đối với các biến tăng hoặc giảm của các tín hiệu xử lý - Hai xung đầu ra tần số cao (max, 20KHz) sử dụng trong việc xác định vị trí và kiểm soát tốc độ mô tơ điều chỉnh theo tần số và mô tơ b−ớc thông qua các mạch điện - Chức năng kiểm tra và chuẩn đoán: Chức năng này hỗ trợ cho việc kiểm tra và chuẩn đoán để dễ sử dụng. Ch−ơng trình đầy đủ đ−ợc chạy theo số l−ợng chu kỳ xác định tr−ớc và đ−ợc phân tích. Thiết bị bên trong nh− bit nhớ, bộ định thời, bộ đếm, đ−ợc ghi cùng một lúc tối đa là 124 chu kỳ. Các đầu vào/ra có thể đ−ợc cài đặt độc lập theo chu kỳ và vì thế th−ờng xuyên kiểm tra ch−ơng trình của ng−ời sử dụng. - Các ch−ơng trình có thể đ−ợc biên tập, sửa đổi có thể tải vào CPU chỉ bằng một cái kích chuột, mà ch−ơng trình đang sử dụng không bị ngắt - CPU 224 không thể lập trình bằng việc sử dụng Step7- Micro/Dos. Để lập trình thông qua bộ giao diện nối tiếp của thiết bị lập trình/PC, đòi hỏi một cáp PC/PPI Khi sử dụng phần mềm lập trình STEP7- Micro/Win32, việc lập trình có thể thông qua SIMATIC CPs CP551 hoặc CP5611 (see SIMATIC NET) hoặc giao diện MPI của thiết bị lập trình. Điều này làm tăng tối đa tốc độ truyền chấp nhận đ−ợc lên đến 187,5Kbit/s. 2. Cấu trúc bộ nhớ Toàn bộ ch−ơng trình điều khiển đ−ợc l−u vào bộ nhớ của S7 - 200. Bộ nhớ S7 -200 đ−ợc chia làm bốn vùng và đ−ợc ghép nối với một tụ điện có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7 - 200 có tính năng động cao, đọc và ghi đ−ợc trong toàn vùng trừ vùng nhớ đặc biệt đ−ợc ký hiệu là SM (Special Memory) có thể truy nhập để đọc. ắ Vùng ch−ơng trình: Là miền bộ nhớ đ−ợc sử dụng để l−u giữ các lệnh trong ch−ơng trình chính. Vùng này thuộc kiểu non-volanle (là vùng nhớ để l−u ch−ơng trình thuộc miền nhớ đọc/ghi đ−ợc mà không bị mất dữ liệu nhờ có giao Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 52 - Khoa Cơ - Điện diện EEPROM) đọc ghi đ−ợc. ắ Vùng tham số: Là vùng l−u giữ các tham số nh− địa chỉ trạm, từ khoá… vùng này thuộc kiểu non - volatile đọc ghi đ−ợc. ắ Vùng dữ liệu: Đ−ợc sử dụng để cất giữ các dữ liệu của ch−ơng trình bao gồm kết qủa, các phép tính, hằng số đ−ợc định nghĩa trong ch−ơng trình, bộ đệm trong truyền thông… nó là miền nhớ động có thể đ−ợc truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn hoặc từ kép. Vùng dữ liệu đ−ợc chia làm những miền nhớ nhỏ với những công cụ khác nhau. Chúng đ−ợc ký hiệu bằng các chữ cái đầu tiên của tiếng Anh đặc cho công dụng của chúng. V - Variable memory (miền nhớ) I - Input image register (bộ đệm cổng vào) O - output image register (bộ đệm cổng ra) M - Internal memory bits (vùng nhớ nội) SM - Special memory bits (vùng nhớ đặc biệt) ắ Vùng đối t−ợng: Đ−ợc sử dụng để l−u giữ dữ liệu cho các đối t−ợng lập trình nh− các giá trị tức thời, gi á trị đặt tr−ớc bộ đệm, hay timer. Dữ liệu kiểu đối t−ợng bao gồm các thanh ghi của timer, bộ đếm, các bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra t−ơng tự và các thanh ghi Accumunlator (AC). Vùng này không thuộc kiểu non - volatile nh−ng đọc/ghi đ−ợc và chúng có thể đ−ợc truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn hoặc từ kép. 3. Thực hiện ch−ơng trình PLC thực hiện ch−ơng trình theo một chu trình lặp mỗi vòng lặp là một vòng quét (Scan cycle). Mỗi vòng quét đ−ợc bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đếm ảo, tiếp đến là giai đoạn thực hiện ch−ơng trình sau đó là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi, kết thúc vòng quét là giai đoạn chuyển nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng. Trong từng vòng quét ch−ơng trình đ−ợc thực hiện bằng lệnh đầu tiên và lệnh kết thúc tại Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 53 - Khoa Cơ - Điện lệnh kết thúc (MEND). Thời gian quét phụ thuộc độ dài của ch−ơng trình, không phải vòng quét nào thời gian quét cũng bằng nhau mà nó phụ thuộc các lệnh thoả mãn trong ch−ơng trình. Trong thời gian thực hiện vòng quét nếu có tín hiệu báo ngắt ch−ơng trình sẽ dừng lại để thực hiện xử lý ngắt, tín hiệu báo ngắt có thể thực hiện ở bất kỳ giai đoạn nào. Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra. Thông th−ờng các lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua các bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong giai đoạn đầu và cuối do CPU đảm đ−ơng. 3.2.3. Module mở rộng EM231, EM235 [7] Để tăng khả năng của bộ điều khiển trong các ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối t−ợng điều khiển có số l−ợng đầu vào/ra cũng nh− chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ PLC đ−ợc thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình, vì vậy chúng bị chia nhỏ thành các module. PLC S7 - 200 có nhiều loại module mở rộng khác nhau. Các module mở rộng vào/ra số hoặc các cổng vào ra t−ơng tự, các tín hiệu đầu ra có thể là điện áp 24VDC hoặc rơle. 2. Thực hiện ch−ơng trình 1. Nhập dữ liệu từ ngoại vi vào bộ đệm ảo 3. Truyền thông và tự kiểm tra lỗi 4. Truyền dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 54 - Khoa Cơ - Điện Bảng 3.2: Một số loại module mở rộng của S7 - 200 Loại Module Số l−ợng đầu vào Số l−ợng đầu ra Tín hiệu đầu vào Tín hiệu đầu ra Kích th−ớc Rộng x cao x sâu (mm) EM221 8 0 24VDC 0 EM222 8 0 0 24VDC 46 x 80 x62 EM223 4 ữ 16 4 ữ 16 24VDC 24VDC (46 ữ 173,3) x 80 x 62 EM231 4 0 Analog 0 71,2 x 80 x62 EM232 0 2 Analog Analog 46 x 80 x 62 EM235 4 1 Analog Analog 71,2 x 80 x62 Hình 3.11: Sơ đồ nối thiết bị vào/ra Module EM231 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 55 - Khoa Cơ - Điện ắ Module đầu vào/ra analog EM231 RTD - Kích th−ớc (dài x rộng x cao): 90 x 80 x 62mm - Khối l−ợng: 0,2kg - Công suất: 2W - 3 đầu vào analog - EM231 RTD thu nhận tín hiệu nhiệt độ d−ới dạng analog dễ dàng với tính chính xác cao bằng việc sử dụng cặp nhiệt ngẫu chuẩn. Đ−ợc thiết kế giống nh− những thiết bị khác của dòng S7 - 22x, chúng đ−ợc liên kết với nhau qua các Bus dữ liệu và đ−ợc đặt trên một giá treo DIN phía bên phải CPU - Kết nối module EM231TC, EM231 RTD: Có thể mắc trực tiếp với S7- 200 hoặc có thể sử dụng dây dẫn phụ có bảo vệ để hạn chế tiếng ồn một cách tốt nhất. Có thể mắc thiết bị EM231 RTD với cảm biến theo 3 cách: 4 dây, 3 dây và 2 dây. Cách chính xác nhất là sử dụng 4 dây, cách ít chính xác nhất là sử dụng 2 dây chỉ đ−ợc sử dụng nếu sai số do mắc dây đ−ợc bỏ qua trong các ứng dụng. ắ Module đầu vào/ra analog EM235 - Đặc tính vật lý: Hình 3.12: Sơ đồ nối thiết bị vào/ra Module EM235 EM235 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 56 - Khoa Cơ - Điện Kích th−ớc (dài x rộng x cao): 90 x 80 x 62mm Khối l−ợng: 0,2kg Công suất tiêu thụ: 2W Số dầu vào/ra: 3 đầu vào analog, 1 đầu ra analog - Đặc tính đầu ra: Dải tín hiệu ra: Điện áp ±10V, dòng điện 0 ữ 20mA Kiểu dữ liệu: L−ỡng cực: - 32000 ữ 32000 và đơn cực: 0 ữ 32000 Thời gian ổn định: Điện áp 100μs, dòng điện 2μs - Đặc tính đầu vào: Dạng đầu vào kiểu vi phân Điện trở vào 100MΩ Điện áp vào cực đại: 30V Dòng điện vào cực đại: 32mA Dòng điện nguồn 5VDC, 70mA từ khối cơ sở Nguồn cung cấp mở rộng: 60mA, cộng với dòng điện ra 20mA từ khối cơ sở hay nguồn mở rộng. ắ Cách sử dụng EM235: - Đảm bảo nguồn cung cấp 24VDC không có nhiễu và ổn định - Điều chỉnh Module - Sử dụng dây cảm biến càng ngắn càng tốt - Nối ngắn mạch những đầu vào không sử dụng - Tránh làm ngập dây - Sử dụng cùng loại cho một tuyến dây Thiết bị RTD cung cấp tín hiệu vào PLC với những giữ liệu cho biết nhiệt độ hoặc điều kiện sai số. Các bit trạng thái cho biết khoảng sai số và tình trạng không hoạt động của thiết bị/nguồn cung cấp đang sử dụng. LEDs cho biết tình trạng của thiết bị. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 57 - Khoa Cơ - Điện ắ Định cấu hình cho EM231: Để định cấu hình cho module EM231 RTD sử dụng công tắc DIP, các công tắc (SW1…SW3) dùng để xác định độ lớn tín hiệu đầu vào Analog. Nên nạp điện theo chu kỳ cho PLC hoặc sử dụng nguồn nuôi 24V Trung tâm nghiên cứu Bò và Đòng cỏ BA Vì Bảng 3.3: Định cấu hình cho Module EM 231 Nguồn đơn cực SW1 SW2 SW3 Độ lớn tín hiệu vào Độ phân giải OFF ON 0 ữ10V 2,5mV 0 ữ 5V 1,25mV ON ON OFF 0ữ 20mA 5μA ắ Định cấu hình cho EM235: Sử dụng công tắc DIP (SW1…SW6) đế xác định các giải pháp tín hiệu vào Analog. Tất cả các đầu vào đ−ợc đặt ở cùng một phạm vi tín hiệu đầu vào Analog. Hình 3.13: Sơ đồ nối thiết bị vào Module EM231TC, Hình 3.14: Sơ đồ nối dây cảm biến RTD Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 58 - Khoa Cơ - Điện Bảng 3.4: Định cấu hình cho Module EM235 Nguồn đơn cực SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 Độ lớn tín hiệu vào Độ phân giải ON OFF OFF ON OFF ON 0 - 50mV 12,5μV OFF ON OFF ON OFF ON 0 - 100mV 25μV ON OFF OFF OFF ON ON 0 - 500mV 125μV OFF ON OFF OFF ON ON 0 - 1V 250μV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 - 5V 1,25 mV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 - 20mA 5μV OFF ON OFF OFF OFF ON 0 - 10V 2,5 mV Các module EM231 & EM235 có chi phí thấp tốc độ cao 12 bit. Chúng có khả năng chuyển đổi đầu vào analog thành tín hiệu digital t−ơng ứng với 149μs. Quá trình chuyển đổi tín hiệu đầu vào analog đ−ợc thực hiện mỗi khi tín hiệu analog đ−ợc truy cập bởi ch−ơng trình của ng−ời sử dụng. EM231 & EM235 cung cấp tín hiệu digital ch−a đ−ợc xử lý (không lọc hoặc tuyến tính hoá) đúng với điện áp analog hay giá trị thực đ−ợc thể hiện ở các cực đầu vào của thiết bị. Vì là thiết bị tốc độ cao nên chúng có thể thay đổi nhanh chóng theo tín hiệu đầu vào analog. Hình3.15: Bộ định cấu hình DIP cho module EM231, EM235 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 59 - Khoa Cơ - Điện 3.3. Thiết bị nhập - xuất [8] Thiết bị - xuất phổ biến đ−ợc sử dụng trong PLC. Các thiết bị nhập đ−ợc đề cập gồm cả Digital va Analog, chẳng hạn công tắc dò tìm vị trí, các công tắc Proximity, các công tắc quang điện, các bộ mã hoá, các công tắc nhiệt và áp suất, các đồng hồ điện áp, các biến áp vi sai tuyến tính, cá đồng hồ biến dạng, các Tranzistor nhiệt, các cặp nhiệt điện. Các thiết bị xuất gồm rơle thiết bị tiếp xúc, các van Solenoid, và các động cơ. Cảm biến đóng vai trò quạn trọng trong bất kỳ hệ thống điều khiển nào. Nó là cơ quan cảm nhận của bộ điều khiển, cung cấp thông tin về tình trạng của đối t−ợng tới bộ điều khiển để bộ điều khiển có quyết định phù hợp với thực tế. Các bộ cảm biến cung cấp tín hiệu Digital/rời rạc (có - không), các ngõ ra có thể đ−ợc kết nối dễ dàng với cổng nhập của PLC. Bộ cảm biến là thiết bị biến đổi đại l−ợng không điện cần đo thành đại l−ợng điện tỷ lệ với nó. Bất kỳ bộ cảm biến nào đều có tín hiệu vào là một hàm liên tục có tín hiệu vào X, Y = F(x). Trong thực tế để có đ−ợc đặc tính ấy ng−ời ta phải làm thực nghiện để tìm ra mỗi quan hệ giữa X và Y. Mỗi quan hệ này là phi tuyến, nh−ng để nâng cao độ chính xác cho thiết bị đo các nhà sản xuất đã đ−a ra nhiều ph−ơng pháp để phần nào làm giảm các sai số đó. Chúng ta cần l−u ý rằng trong thực tế tín hiệu ra của bộ cảm biến không những phụ thuộc vào X mà còn phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài Z khi đó hàm phi tuyến trở thành Y = F(x,z). ắ Đặc tính của bộ cảm biến - Phải xét đến khả năng thay thế cho các bộ cảm biến. Nghĩa là cảm biến cùng loại có cùng đặc tính nh− nhau, nh− thế mới có khả năng thay thế khi bị h− hỏng và không mắc phải sai số. - Cảm biến phải có đặc tính đơn trị, nghĩa là với hàm Y = F(x), ứng với một giá trị X thì có một giá trị Y t−ơng ứng. Đ−ơng cong bộ cảm biến phải ổn định nghĩa là không thay đổi theo thời gian. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 60 - Khoa Cơ - Điện - Tín hiệu ra của bộ cảm biến th−ờng rất nhỏ, và vậy để tiện cho việc ghép nối dụng cụ đo, hệ thống đo… tín hiệu ra th−ờng phải đ−ợc chuẩn hoá. - Đặc tính quan trọng của bộ cảm biến là sai số. Sai số của bộ cảm biến gồm hai thành phần: + Sai số cơ bản: là sai số gây ra do nguyên tắc cảm biến, từ không hoàn thiện cấu trúc và yếu kém của công nghệ chế tạo. + Sai số phụ: là sai số gây ra do sai số bên ngoài khác với điều kiện tiêu chuẩn. Ví dụ nh− nhiệt độ môi tr−ờng thay đổi sẽ gây ra sai số của cảm biến điện cảm . Vậy để nâng cao độ tin cậy của cảm biến chúng ta cần hiệu chỉnh và thay đổi các thông số sao cho phù hợp với thực tế. - Độ nhạy của cảm biến cũng là một công cụ quan trọng. Nó có tác dụng quyết định đến cấu trúc của mạch, để đảm bảo cho phép đo độ nhạy của những biến động nhỏ của đại l−ợng đo. - Đặc tính động của cảm biến: Khi đại l−ợng đo tác động vào bộ cảm biến th−ờng xuất hiện quá độ. Quá trình này có thể nhanh hay chậm phụ thuộc vào loại cảm biến. Đặc tính này là độ tác động nhanh, nếu độ tác động nhanh chậm tức là phản ứng của tín hiệu ra trễ so với sự thay đổi của tín hiệu vào. Vì vậy, khi lựa chọn cảm biến ta phải l−u ý đến độ tác động nhanh của nó sao cho phù hợp với sự thay đổi với các yêu cầu kỹ thuật của bài toán đặt ra. nếu không giải quyết đ−ợc thì phải có sự tính toán để bù lại những ảnh h−ởng do sự chênh lệch đó gây ra. - Sự tác động ng−ợc lại của cảm biến lên đại l−ợng đo và tiếp đến gây ra sự thay đổi tín hiệu ở đầu ra của cảm biến. Vì vậy khi lắp đặt cảm biến phải tính đến điều này. - Kích th−ớc của cảm biến càng nhỏ càng tốt có nh− vậy mới đ−a cảm biến vào đ−ợc những nơi chật hẹp để đảm đ−ơng đ−ợc những công việc mà con ng−ời không thể thực hiện đ−ợc, hơn thế với kích th−ớc nhỏ độ chính xác càng tốt. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 61 - Khoa Cơ - Điện Ngày nay kỹ thuật cảm biến phát triển rất mạnh có rất nhiều cảm biến đ−ợc sản xuất ra. Để sản xuất ra đ−ợc cảm biến phải có một trình độ cao, nó là sự kết hợp giữa khoa học vật lý, điện tử, hoá học và vật liệu… Tóm lại trong một hệ thống tự động hoá, phần tử cảm biến đóng vai trò quan trọng nó là tai mắt cảm nhận sự thay đổi của đối t−ợng. Nhờ đó mà thực hiện quá trình tự động điều khiển các thông số theo yêu cầu của công nghệ. 3.3.1. Cảm biến nhiệt độ [9] Từ xa x−a con ng−ời đã nhận thức đ−ợc hiện t−ợng nhiệt độ và đánh giá c−ờng độ của nó bằng cách đo nhiệt độ, trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay, nhất là ngành công nghiệp nhiệt luyện, chế biến thực phẩm… Vấn đề đo và khống chế nhiệt độ đ−ợc đặc biệt chú trọng vì nó là yếu tố quyết định đến chất l−ợng sản phẩm. Với mục đích thiết kế mô hình điều khiển trong đó có sử dụng hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung thuỷ tinh, chúng tôi tiến hành tìm hiểu và thiết kế cảm biến đo nhiệt độ. - Đối t−ợng cần đo: Nhiệt độ lò nung thuỷ tinh - Nhiệm vụ của cảm biến: Đo và khống chế nhiệt độ trong một khoảng xác định - Cảm biến nhiệt sử dụng ghép nối với PLC S7 – 200 Hoạt động của hệ thống: Đối t−ợng nhiệt độ của lò nung thuỷ tinh đ−ợc thu nhận qua cảm biến nhiệt độ chuyển đổi thành tín hiệu điện là tín hiệu Analog và đ−ợc đ−a tới cổng nhập của PLC. Tại đây tín hiệu đ−ợc đọc vào và xử lý để điều khiển, tác động lên đối t−ợng thông qua mạch điều khiển và cơ cấu chấp hành. Nhiệt độ Cảm biến PLC Cơ cấu chấp hành Mạch động lực Hình 3.16: Sơ đồ khối của hệ thống thiết kế Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 62 - Khoa Cơ - Điện Bảng 3.5: Bảng trạng thái của hệ thống điều khiển nhiệt độ Cơ cấu chấp hành Trạng thái đối t−ợng nhiệt độ Loại Trạng thái Nguồn nhiệt Tắt Trạng thái ban đầu của hệ thống Nguồn mát Tắt Nguồn nhiệt Mở TO < = 1100 ± 50C Nguồn mát Tắt Nguồn nhiệt Mở TO >= 1100 ± 5OC Nguồn mát Tắt Cảm biến LM335 là linh kiện để giao tiếp giữa nhiệt độ phòng va PLC. Là cảm biến nhiệt độ loại điốt. Sau đây là thông số kỹ thuật của LM335: - Định thang trực tiếp theo độ Kevil, với độ chính xác 1oC - Điện áp nguồn nuôi 5V - 18V - Dải làm việc ở chế độ liên tục là -40oC - 100oC và ở chế độ không liên tục là 100oC - 125oC. Tại 25oC, IR = 1mA thì Vo = 2,98V ta có: R 98,25 − = 1mA t R = 2,02k, chọn R = 2k ắ Khối biến đổi chuẩn hoá dùng khuyếch đại thuật toán LM358 Ta chọn khoảng làm việc từ 20oC đến 50oC. Đặt mức 0V tại 20oC bằng cách đặt vào đầu trừ của LM 358 một điện áp V1 = (273 + 20).10mV = 2,93V (với 20 ở đây là 20oC phải chuyển sang độ Kevil và nhân với hệ số 10mV/K). Mạch LM 33 5/ TO 92 1.82K +5VDC 10K Vo Hình3.17: Sơ đồ nguyên lý LM335 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 63 - Khoa Cơ - Điện khuyếch đại thuật toán trên có hệ số khuyếch đại K = 1 2 R R = 10 100 = 10 lần. Nh− vậy tín hiệu vào t−ơng tự t−ơng ứng với khoảng nhiệt độ từ 20oC – 50oC thì t−ơng ứng với giá trị điện áp từ 0V đến 3V. ắ Mạch lặp: Mạch lặp có tác dụng chuẩn hoá, phối hợp trở kháng giữa đầu ra và đầu vào. Với điện áp đàu ra và đầu vào luôn bằng nhau, chỉ khác ở chỗ trở kháng vào lớn trở kháng ra rất nhỏ. Tóm lại mạch lặp có tác dụng ổn định (chuẩn hoá và phối hợp trở kháng). ắ Sơ đồ mạch điện nguyên lý: R2 R1 - + B2 5 6 7 8 4 Vo=R2/R1(V2-V1) R2 V2 V1 +5VDC R1 Hình3.18: Khối biến đổi chuẩn hoá Hình3.19: Sơ đồ nguyên lý LM358 Hình3.20: Sơ đồ mạch nguyên lý cảm biến nhiệt Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 64 - Khoa Cơ - Điện Nh− đã phân tích từng khối ở trên. Đầu tiên Sensor LM 335 cảm biến nhiệt độ phòng chuyển thành mức điện áp và đ−a vào đầu vào cảu mạch lặp. Sau đó nó đ−ợc đ−a vào mạch biến đối chuẩn hoá có ph−ơng trình V = 1 2 R R . (V2 - V1) = 10. (V2 - V1), với V1 = 2,93V. Từ đây mạch điện luôn có đáp ứng ra t−ơng ứng với đầu vào là nhiệt độ môi tr−ờng cần đo. Do ta đã biến đổi chuẩn hoá nên chỉ đo nhiệt độ trong khoảng nhiệt độ từ 20oC đến 50oC t−ơng ứng với mức điện áp 0V đến 3V. Nghĩa là có sự t−ơng ứng cứ 1oC thì ứng với 0,1V từ đầu ra này ta đ−a vào PLC. ắ L−u đồ thuật toán mô phỏng hoạt động 3.3.2. Cảm biến đo mức [10] Ng−ời ta gọi mức là chiều cao điền đầy các chất lỏng hay các hạt trong thiết bị công nghệ. Mức của môi tr−ờng làm việc là một tham số công nghệ, thông tin về nó dùng để kiểm tra chế độ làm việc của các thiết bị công nghệ, trong một số tr−ờng hợp dùng để điều khiển quá trình sản xuất. Bằng phép đo mức có thể nhận đ−ợc thông tin về mức, khối l−ợng chất lỏng chứa trong bể. T0 > 1100±50C T0 < 1100±50C Bắt đầu T0 = 1100±50C Tắt quạt, bật đèn Bật quạt, bật đèn Nhiệt độ chuẩn Hình3.21: Sơ đồ thuật toán mô phỏng hệ thống làm mát Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 65 - Khoa Cơ - Điện Các thông tin Analog hoặc có thể Digital dùng để đóng mở van đ−ợc sử dụng rộng rãi trong quá trình điều khiển. Thực tế dây chuyền sản xuất sử dụng hệ thống đo và điều khiển mức thuỷ tinh bằng Lazes. Song do yêu cầu điều khiển mô hình nên em sử dụng cảm biến đo mức thuỷ tinh bằng phao. Hoạt động của hệ thống: Mức thuỷ tinh lỏng đ−ợc xác định thông qua cảm biến đo mức kiểu phao chuyển thành tín hiệu rời rạc d−ới dạng Digital, tín hiệu đ−ợc đ−a tới đầu vào của PLC. Tại đây tín hiệu đ−ợc đọc và xử lý để điều khiển thông qua phần mềm điều khiển và cơ cấu chấp hành. Bảng 3.6: Bảng trạng thái hệ thống đo mức thuỷ tinh Cơ cấu chấp hành Trạng thái đối t−ợng mức thuỷ tinh Loại Trạng thái Trạng thái ban đầu của hệ thống Máy nạp phối liệu Tắt H < = 0,7 ± 0,002m Máy nạp phối liệu Mở H > = 0,7 ± 0,002m Máy nạp phối liệu Tắt ắ Thiết kế Thiết bị đo và điều khiển mức thuỷ tinh lỏng trong phạm vi hẹp nên dùng phao hình cầu đ−ờng kính 40mm bằng thép không gỉ. Phao nổi trên mặt Mức thuỷ tinh Cảm biến PLC Mạch động lực Cơ cấu chấp hành Hình3.22: Sơ đồ khối của hệ thống Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 66 - Khoa Cơ - Điện chất lỏng và qua một thanh nối, rồi đ−ợc nối với công tắc hành trình có một tiếp điểm th−ờng mở và một tiếp điểm th−ờng đóng để biến đổi thành tín hiệu rời rạc ON/OFF ắ Cơ cấu chấp hành - Động cơ máy nạp liệu sử dụng nguồn nuôi 9DCV ắ L−u đồ thuật toán mô phỏng 3.3.3. Cảm biến quang điện [11] Một dây chuyền sản xuất công nghiệp sử dụng nhiều loại cảm biến tại nhiều điểm khác nhau để giám sát dòng sản phẩm. Trong đó cảm biến quang điện th−ờng đ−ợc lắp đặt ở các dây chuyền làm nhiệm vụ phát hiện, kiểm tra và đếm sản phẩm trên các băng chuyền. ở công đoạn này cảm biến quang điện đã chứng tỏ đ−ợc những tính năng −u việt của mình. Cảm biến quang điện thế hệ đầu tiên gồm có nguồn sáng và g−ơng phản xạ. Qua năm tháng, cảm biến quang điện nổi lên với nhiều hình dáng thiết kế đặc biệt, mỗi loại phục vụ một công việc chuyên biệt nhất định. Ngày nay một bộ cảm biến quang điện tiêu chuẩn đ−ợc cải tiến gồm có một cực phát và một cực thu riêng biệt, một vài loại đ−ợc trang bị cáp quang không phân nhánh và bộ khuyếch đại. Nắn đ−ợc mục đích của vấn đề trên và để áp dụng cho việc thiết kế hệ thống mô phỏng em đã tiến hành tìm hiểu thiết kế mạch cảm biến quang H 0,7±0,002m Bắt đầu H = 0,7±0,002m Mở máy nạp liệu Tắt máy nạp liệu Kết thúc Hình3.23: Sơ đồ thuật toán mô phỏng hệ thống nạp liệu Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 67 - Khoa Cơ - Điện Hoạt động của hệ thống: đối t−ợng cảm nhận là băng kính đ−ợc thu nhận qua cảm biến (Sensor) quang d−ới dạng ON/OFF và đ−ợc đ−a tới cổng nhập của PLC. Tại đây tín hiệu đ−ợc đọc và xử lý để điều khiển và tác động lên cơ cấu chấp hành ắ Sơ đồ mạch nguyên lý cảm biến quang điện ắ Chọn linh kiện - Điện trở - Tranzitor C828 - Tế bào quang điện Cds ắ Nguyên lý hoạt động Dựa trên nguyên lý hoạt động của tế bào quang điện. Quang điện trở hoạt động theo hiệu ứng quang nội, giả sử có một tấm bán dẫn phẳng có thể tích V đ−ợc Cds C828 C828 10k220k +9VDC Hình 3.25: Sơ đồ mạch nguyên lý cảm biến quang Đối t−ợng băng kính Cảm biến PLC Cơ cấu Chấp hành Mạch động lực Hình3.24: Sơ đồ khối của hệ thống Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 68 - Khoa Cơ - Điện pha tạp chất loại n với nồng độ donor Nd và có mức năng l−ợng Wd. Khi bị chiếu sáng các Photon ion hoá nguyên tử donor và giải phóng điện tử làm cho độ dẫn thay đổi. Độ dẫn điện của cảm biến quang điện tử sẽ phụ thuộc thông l−ợng ánh sáng chiếu vào theo một hàm phi tuyến. Cực phát bức xạ là Diode (LED) phát quang. Khi ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện làm cho T1 đóng, T2 mở ứng với tiếp điểm th−ờng đóng của PLC đ−ợc mở ra ngắt mạch điều khiển. Ng−ợc lại khi có vật thể đi qua chắn chùm sáng chiếu tới tế bào quang điện làm cho T1 mở, T2 đóng ứng với tiếp điểm th−ờng đóng của PLC đ−ợc đóng cung cấp ngõ ra cho PLC. 3.3.4. Rơle 24VDC Các cổng ra của PLC là các Rơle và hệ thống đèn LED. Rơle dùng để đóng mạch cung cấp nguồn một chiều cho các động cơ điện, rơle đ−ợc sử dụng cho thiết bị chuyển mạch có dòng điện nhỏ, thấp hơn 10A 3.4. Sơ đồ kết nối của hệ thống điều khiển 3.4.1. Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi Sau khi nghiên cứu phần mềm Step7 - micro/Win 32 và chọn thiết bị điều khiển CPU 224 để điều khiển dây chuyền sản xuất kính thì việc lựa chọn các thiết bị khác để kết nối với dây chuyền cần điều khiển là công việc quan trọng. Sử dụng các thiết bị điều khiển quan trọng là: Máy tính PC, CPU, cáp PC/PPI và module mở rộng. Ghép nối máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485. Hình 3.26: Sơ đồ nguyên lý Rơ le24VDC Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 69 - Khoa Cơ - Điện Hình 3.28: Hệ thống điều khiển trong các dây chuyền sản xuất ` Ngoài ra trong một số dây chuyền sản xuất lớn ng−ời ta kết nối máy tính với nhiều CPU khác nhau và kết hợp với những phần mềm khác nh− protul… tạo thành một hệ thống điều khiển, hay còn gọi là mạng đa chủ. Trong đó: TD 200 và OP15 là hệ thống điều khiển, hiển thị, theo dõi, kiểm tra và l−u trữ quá trình sản xuất. 3.4.2. Thiết kế mô hình dây chuyền sản xuất kính Hình3.27: Sơ đồ kết nối tổng thể Module mở rộng Modul mở rộng RS-232 RS-485 Modul mở rộng I0.0 ữ I0.7 Q0.0 ữ Q2.7 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 70 - Khoa Cơ - Điện ắ Mô hình thiết kế (Hình 3.29 và hình 3.30) ắ Sơ đồ nối dây của hệ thống (Hình 3.31, 3.32, 3.33) Hình 3.29: Mô hình dây chuyền sản xuất kính ắ Nguyên lý làm việc Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 71 - Khoa Cơ - Điện Nhìn trên hình vẽ ta thấy rằng nguồn cung cấp cho PLC là 220V, đầu vào, đầu ra điện áp 24DCV. Mô hình dây chuyền sản xuất kính chúng tôi thiết kế có 10 đầu vào, gồm có tín hiệu khởi động, dừng hệ thống và đặc biệt là tín hiệu từ các cảm biến nhiệt, cảm biến quang. Mô hình dây chuyền sản xuất kính có 21 đầu ra, các đầu ra chúng tôi dùng hệ thống các motor một chiều và các đèn Led để thể hiện thông qua các rơ le 24DCV ứng với các nguồn cung cấp riêng. Chi tiết hơn về quá trình điều khiển đ−ợc chúng tôi trình bày trong mục yêu cầu tín hiệu điều khiển. module mở rộng mà chúng tôi nghiên cứu và sử dụng trong đề tài là EM231, nguồn cung cấp là 24DCV. Đầu vào có thể là dạng tín hiệu t−ơng tự Analog kiểu áp hoặc dòng hay dạng tín hiệu số Digital. Tín hiệu cảm biến nhiệt mà chúng tôi sử dụng trong mô hình thiết kế là AIW0 đầu vào Analog dạng điện áp, nên 2 đầu vào đ−ợc đ−a vào A+ và A- . Nh− đã phân tích trên phần thiết kế cảm biến nhiệt, nhiệt độ định mức là 500C, nhiệt độ trong khoảng từ 20oC đến 50oC t−ơng ứng với mức điện áp 0V đến 3V. Nghĩa là có sự t−ơng ứng cứ 1oC thì ứng với 0,1V, từ đầu ra này ta đ−a vào PLC. 3.5. Viết ch−ơng trình điều khiển Từ việc nghiên cứu dây chuyền công nghệ, xây dựng sơ đồ thuật toán ở ch−ơng 2. Chúng tôi tiến hành viết ch−ơng trình điều khiển. 3.5.1. Viết ch−ơng trình điều khiển cho lò nung thuỷ tinh Để thuận tiện cho việc viết ch−ơng trình điều khiển chúng tôi sử dụng các ký hiệu cho các phần tử và phân công tín hiệu vào / ra. Bảng 3.7: Phân công tín hiệu vào/ra cho lò nung thuỷ tinh Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 72 - Khoa Cơ - Điện Phân công tín hiệu vào Kí hiệu Địa chỉ Phần tử Start I 0.0 Nút khởi động hệ thống Stop I0.1 Nút dừng hệ thống S1 AIW0 Cảm biến nhiệt độ S2 I 0.2 Thiết bị đo mức thuỷ tinh Phân công tín hiệu ra Kí hiệu Địa chỉ Phần tử LĐ1 Q 0.0 - Hệ thống nạp phối liệu LĐ2 Q 0.1 - Hệ thống cấp nhiệt bên phải lò nung M1 Q 0.2 - Hệ thống cấp nhiệt bên trái lò nung M2 Q 0.3 - Hệ thống quạt gió làm mát Từ việc nghiên cứu sơ đồ công nghệ, phân công tín hiệu vào ra và mô phỏng quá trình chúng tôi viết ch−ơng trình điều khiển cho lò nấu thuỷ tinh. Ch−ơng trình đ−ợc viết trên phần mềm Step7.Micro/Win32. ắ Ch−ơng trình đ−ợc viết d−ới dạng Ladder logic: Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 73 - Khoa Cơ - Điện ắ Ch−ơng trình dịch sang dạng STL nh− sau: Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 74 - Khoa Cơ - Điện NETWORK 1 //ĐK LO NUNG THUY TINH - khoi dong he thong va nap phoi lieu // //NETWORK COMMENTS // LD SM0.0 A Start AN Stop LPS A Do_muc_thuy_tinh = Dong_co_1 LPP TON T37, W#+10 NETWORK 2 //Cap nhiet ben phai lo nung // LD SM0.0 A T37 TON T38, W#+80 NETWORK 3 LD T37 AN T38 = Bong_den_ben_phai NETWORK 4 //Cap nhiet ben trai lo nung // LD T38 LPS Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 75 - Khoa Cơ - Điện AN T39 = Bong_den_ben_trai LPP TON T39, W#+80 NETWORK 5 //Vong lap cap nhiet // LD T39 R T38, B#1 NETWORK 6 //Quat gio lam mat // LD SM0.0 AW>= AIW0, W#+8000 = Quat_gio_lam_mat 3.5.2. Viết ch−ơng trình điều khiển cho dây chuyền kính tấm kéo ngang Để thuận tiện cho việc viết ch−ơng trình điều khiển chúng tôi sử dụng các ký hiệu cho các phần tử và phân công tín hiệu vào / ra. Bảng 3.8: Phân công tín hiệu vào/ra cho dây chuyền kính tấm kéo ngang Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 76 - Khoa Cơ - Điện Phân công tín hiệu vào Kí hiệu Địa chỉ Phần tử Start I 0.0 Nút khởi động dây chuyền SX kính tấm Stop I 0.0 Nút dừng quá trình điều khiển S3 AIW0 Cảm biến quang điện Phân công tín hiệu ra Kí hiệu Địa chỉ Phần tử M3 Q 0.0 - Dàn con lăn truyền động chính M4 Q 0.1 - Dàn con lăn tăng tốc - Truyền động con lăn bẻ mép M5 LĐ3 Q 0.2 - Hệ thống cấp nhiệt lò ủ DCD1 Q 0.3 - Dàn dao cắt dọc băng kính DCN1 Q 0.4 - Dàn dao cắt ngang chuyển động từ trái sang phải DCN2 Q 0.5 - Dàn dao cắt ngang chuyển động từ phải sang trái M6 Q 0.6 - Tăng tốc dàn con lăn tăng tốc Từ việc nghiên cứu sơ đồ công nghệ, phân công tín hiệu vào ra và mô phỏng quá trình chúng tôi viết ch−ơng trình điều khiển cho dây chuyền sản xuất kính tấm kéo ngang. Ch−ơng trình đ−ợc viết trên phần mềm Step7.Micro/Win32. ắ Ch−ơng trình đ−ợc viết d−ới dạng Ladder logic: Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 77 - Khoa Cơ - Điện Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 78 - Khoa Cơ - Điện ắ Ch−ơng trình dịch sang dạng STL nh− sau: Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 79 - Khoa Cơ - Điện NETWORK 1 //DK DAY CHUYEN KINH TAM KEO NGANG - DK dan con lan truyen dong chinh // LD SM0.0 A Start AN Stop = Dong_co1 TON T37, W#+30 NETWORK 2 //Dieu khien con lan tang toc // LD T37 LPS AN Dong_co4 = Dong_co2 LPP TON T38, W#+30 NETWORK 3 //DK dong co truyen dong con lan keo mep // LD T38 = Keo_mep TON T39, W#+30 NETWORK 4 //DK cap nhiet lo u // LD T39 = D1 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 80 - Khoa Cơ - Điện TON T40, W#+60 NETWORK 5 //DK dan dao cat doc // LD T40 = Dao_cat1 NETWORK 6 //DK dan dao cat ngang bang kinh tu trai sang phai // LD SM0.0 AW>= Cam_bien, W#+100 LPS AN T41 = Dao_cat2 LPP TON T41, W#+50 NETWORK 7 //DK dan dao cat ngang bang kinh tu phai sang trai // LD T41 LPS AN T42 = Dong_co3 LPP TON T42, W#+50 NETWORK 8 //Dat thoi gian tang toc cho dan con lan tang toc // Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 81 - Khoa Cơ - Điện LD T42 TON T43, W#+50 NETWORK 9 //Tang toc dan con lan tang toc // //NETWORK COMMENTS // LD T43 LPS AN T36 = Dong_co4 LPP TON T36, W#+60 3.5.3. Viết ch−ơng trình điều khiển cho dây chuyền kính cán Để thuận tiện cho việc viết ch−ơng trình điều khiển chúng tôi sử dụng các ký hiệu cho các phần tử và phân công tín hiệu vào/ra. Bảng 3.9: Phân công tín hiệu vào ra cho dây chuyền kính cán Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 82 - Khoa Cơ - Điện Phân công tín hiệu vào Kí hiệu Địa chỉ Phần tử Start I 0.0 Nút khởi động dây chuyền SX kính cán Stop I 0.1 Nút dừng quá trình điều khiển S3 AIW0 Cảm biến quang điện Phân công tín hiệu ra Kí hiệu Địa chỉ Phần tử M7 Q 0.0 - Dàn con lăn truyền động chính M8 Q 0.1 - Dàn con lăn tăng tốc M9 Q 0.2 - Dàn con lăn chuyển tiếp M10,C1 Q 0.3 - Truyền động máy cán, cửa chảy tràn LĐ4 Q 0.4 - Cấp nhiệt lò ủ DCD2 Q 0.5 - Dàn dao cắt dọc DCN1 Q 0.6 - Dàn dao cắt ngang chuyển động từ trái sang phải DCN2 Q 0.7 - Dàn dao cắt ngang chuyển động từ phải sang trái M11 Q 1.0 - Thiết bị bẻ ngang và tăng tốc dàn con lăn tăng tốc Từ việc nghiên cứu sơ đồ công nghệ, phân công tín hiệu vào ra và mô phỏng quá trình chúng tôi viết ch−ơng trình điều khiển cho dây chuyền sản xuất kính cán. Ch−ơng trình đ−ợc viết trên phần mềm Step7.Micro/Win32. ắ Ch−ơng trình đ−ợc viết d−ới dạng Ladder logic: Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 83 - Khoa Cơ - Điện Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 84 - Khoa Cơ - Điện Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 85 - Khoa Cơ - Điện ắ Ch−ơng trình dịch sang dạng STL nh− sau: NETWORK 1 //DK DAY CHUYEN KINH CAN - DK dan con lan truyen dong chinh // LD SM0.0 A start AN stop = dong_co_1 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 86 - Khoa Cơ - Điện TON T37, W#+30 NETWORK 2 //DK dan con lan tang toc // LD T37 LPS AN Dong_co_5 = dong_co_2 LPP TON T38, W#+30 NETWORK 3 //DK dan con lan chuyen tiep // LD T38 = dong_co_3 TON T39, W#+40 NETWORK 4 //DK truyen dong may can va mo cua chay tran kinh can // LD T39 = dong_co_4 TON T40, W#+60 NETWORK 5 //DK cap nhiet lo u // LD T40 = Den_soi_dot TON T41, W#+60 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 87 - Khoa Cơ - Điện NETWORK 6 //DK dan dao cat doc bang kinh // LD T41 = Dao_cat_doc NETWORK 7 //DK dao cat ngang bang kinh tu trai sang phai // LD SM0.0 AW AIW0, W#+200 LPS AN T42 = Dao_cat_ngang1 LPP TON T42, W#+50 NETWORK 8 //DK dan dao cat ngang bang kinh tu phai sang trai // LD T42 LPS AN T43 = Dao_cat_ngang2 LPP TON T43, W#+50 NETWORK 9 //Dat thoi gian cho gian con lan tang toc // LD T43 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 88 - Khoa Cơ - Điện TON T44, W#+60 NETWORK 10 //DK dan con lan tang toc va co cau be ngang // LD T44 LPS AN T45 = Dong_co_5 LPP TON T45, W#+50 3.6. Kết luận ch−ơng 3 Trên cơ sở nghiên cứu dây chuyền và sơ đồ thuật toán điều khiển của dây chuyền công nghệ sản xuất kính cán và kính tấm xây dựng là tiền đề để viết ch−ơng trình điều khiển. Muốn vậy chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu và thiết kế các hệ thống cảm biến cho phù hợp với dây chuyền sản xuất. Đồng thời chúng tôi cũng đã tiến hành nghiên cứu phần cứng CPU224 và phần mềm Step7-Micro/Win32 của Simatic S7- 200 là thiết bị điều khiển quan trọng, có nhiều tính năng −u việt để điều khiển dây chuyền sản xuất trong các Nhà máy. Từ đó chúng tôi đã tiến hành xây dựng mô hình cho dây chuyền sản xuất kính và viết ch−ơng trình điều khiển cho từng giai đoạn điều khiển t−ơng ứng với các quá trình sản xuất trong dây chuyền để tiến hành tự động hoá hoàn toàn quá trình sản xuất. Ch−ơng trình đ−ợc chạy thành công trên môi tr−ờng Step7- Micro/Win32 và các module mở rộng của nó. Qua đây chúng ta cũng thấy đ−ợc giá trị to lớn và ý nghĩa của việc ứng dụng tự động hóa vào quá trình sản xuất kính trong tiến trình phát triển công nghiệp. Kết luận và đề nghị Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 89 - Khoa Cơ - Điện 1. Kết luận Sau một thời gian tiến hành nghiên cứu, tìm hiểu và thực hiện đề tài tốt nghiệp, mặc dù thời gian có hạn và gặp nhiều khó khăn nh−ng với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của quý Công ty cùng thầy cô, bạn bè, trong toàn khoa Cơ Điện đặc biệt là Thầy giáo ThS. Ngô Trí D−ơng cho đến nay đề tài của tôi cơ bản hoàn thành. Từ những kết quả nghiên cứu đạt đ−ợc trong đề tài: “Thiết kế mô hình điều khiển dây chuyền sản xuất kính cán và kính tấm kéo ngang” chúng tôi mạnh dạn đ−a ra những kết luận và đề nghị sau: ắ Mặt tích cực: - Đề tài đã nêu đ−ợc quá trình hình thành và phát triển của Công ty kính Đáp Cầu và việc áp dụng tự động hoá trong dây chuyền sản xuất kính. Vai trò của tự động hoá trong các xí nghiệp công nghiệp và ứng dụng của nó ở n−ớc ta hiện nay, từ đó nói lên ý nghĩa to lớn của việc áp dụng tự động hoá trong các xí nghiệp công nghiệp. - Nghiên cứu, tìm hiểu thiết bị lập trình PLC S7 - 200, đặc biệt là CPU 224 và các module mở rộng EM231, EM235. Tiến hành thiết kế lắp đặt đ−ợc một số mạch cảm biến nh−: cảm biến nhiệt, cảm biến quang, thiết bị đo mức. Từng b−ớc xây dựng hệ thống ph−ơng pháp lập trình trên môi tr−ờng Step 7 - Micro/Win 32, nhờ đó có thể lập ch−ơng trình điều khiển cho dây chuyền sản xuất kính. - Qua nghiên cứu, tìm hiểu dây chuyền công nghệ và hoạt động của nhà máy chúng tôi xây dựng sơ đồ thuật toán biểu diễn các quá trình sản xuất kính. Từ dây chuyền công nghệ và sơ đồ thuật toán xây dựng mô hình điều khiển. Với việc kết nối, chạy thử mô hình điều khiển có thể khẳng định rằng sơ đồ thuật toán là hoàn toàn đúng. ắ Mặt hạn chế: - Do không có đầy đủ hệ thống thiết bị lập trình PLC và hệ thống thiết bị cảm biến tiêu chuẩn nên ch−ơng trình điều khiển ch−a đ−ợc hoàn thiện các quá trình điều khiển còn gián đoạn. - Do điều kiện và khả năng còn hạn chế nên việc xây dựng mô hình ch−a đ−ợc hoàn thiện, một số khâu trong đó đ−ợc thay thế bằng các bộ thời gian Timer. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 90 - Khoa Cơ - Điện ắ Mặt nhận thức Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu các tài liệu để thực hiện đề tài ngoài những hiểu biết về sự phát triển của công nghệ tự động hoá và việc áp dụng nó ở n−ớc ta hiện nay… Đề tài còn giúp tôi tiếp cận với những kiến thức về điều khiển Logic và các phần mềm lập trình thông dụng hiện nay. Thấy rõ đ−ợc vị trí và tầm quan trọng của tự động hoá trong sản xuất công nghiệp cũng nh− trong các ngành sản xuất khác hiện nay. 2. Kiến nghị Trong quá trình thiết kế mô hình điều khiển do thời gian và nhận thức còn hạn chế nên việc tìm hiểu xây dựng mô hình, viết ch−ơng trình điều khiển ch−a đúng với dây chuyền sản xuất thực tế. Một số khâu trong đó đ−ợc mô hình hoá và cải biến một cách thuận tiện. Mong rằng có nhiều thời gian tìm hiểu tiếp cận với thực tế nhiều hơn nữa. Qua nghiên cứu thực nghiệm thấy rằng, để nâng cao năng suất, chất l−ợng sản phẩm Công ty cần tiến hành thay thế, cải tạo lại một số hệ thống cho phù hợp với qui trình công nghệ. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 91 - Khoa Cơ - Điện Tài liệu tham khảo [1] Tài liệu Công ty Kính Đáp Cầu [2] Tạp chí tự động hoá [3] Tự động điều khiển các quá trình công nghệ “Trần Doãn Tiến” NXB khoa học kỹ thuật, Hà Nội - 2000 [4] Bộ điều khiển lập trình vận hành và ứng dụng “Lê Hoài Quốc và Chung Tấn Lâm” NXB TPHCM [5] Điều khiển Logic lập trình PLC “Tăng Văn Mùi và T.S . Nguyễn Tiến Dũng” NXB khoa học và kỹ thuật [6] H−ớng dẫn lập trình S7 – 200 “Phan Xuân Minh” NXB Khoa học và kỹ thuật [7] S7 - 200 Specifications - Simens [8] Thế giới cảm biến trong đo l−ờng và điều khiển “Lê Văn Doanh và Đào Văn Tân” NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội - 2002 [9] [10] Các bộ cảm biến trong kỹ thuật đo l−ờng “Lê Văn Doanh và Phạm Th−ợng Hàn” Nxb Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội - 2000 [11] Tham khảo tài liệu Th.s. Nguyễn Văn Đ−ờng - ĐHNN I - Hà Nội [12] ứng dụng PLC SIEMENS Và MOELLER trong tự động hoá NXB Thành Phố Hồ Chí Minh Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 92 - Khoa Cơ - Điện Mục lục Mở đầu ...............................................................................................................................1 1. Đặt vấn đề .................................................................................................................1 2. Mục đích của đề tài ..................................................................................................2 3. Nội dung của đề tài...................................................................................................2 4. Ph−ơng pháp nghiên cứu..........................................................................................2 Ch−ơng 1: Tổng quan.......................................................................................................4 1.1. Sự hình thành và phát triển của Công ty kính Đáp Cầu - Bắc Ninh [1] .............4 1.2. Vai trò của ngành công nghiệp sản xuất kính [1]................................................6 1.3. Vai trò của ngành Tự động hoá [2] ......................................................................8 1.3.1. Sự hình thành và phát triển của ngành tự động hoá ................................ 8 1.3.2. Thành tựu và kết quả mang lại do áp dụng tự động hoá [3].................. 10 1.3.3. Công nghệ thông tin với tự động hoá [2] .............................................. 11 1.4. Mục đích và ý nghĩa của việc thiết kế mô hình điều khiển ..............................13 1.5. Kết luận ch−ơng 1 ...............................................................................................13 Ch−ơng 2: Xây dựng thuật toán điều khiển dây chuyền sản xuất kính ..................15 2.1. Công nghệ sản xuất kính [1]...............................................................................15 2.2. Công nghệ nấu thuỷ tinh (Giai đoạn 1)..............................................................18 2.2.1. Yêu cầu công nghệ [1] .......................................................................... 18 2.2.2. Xây dựng sơ đồ thuật toán..................................................................... 19 2.3. Công nghệ sản xuất kính tấm kéo ngang (Giai đoạn 2)...................................21 2.3.1. Yêu cầu công nghệ [1] .......................................................................... 21 2.3.2. Sơ đồ thuật toán ..................................................................................... 21 2.4. Công nghệ sản xuất kính cán (Giai đoạn 3).......................................................23 2.4.1. Yêu cầu công nghệ [1] .......................................................................... 23 2.4.2. Xây dựng sơ đồ thuật toán..................................................................... 24 2.5. Kết luận ch−ơng 2 ...............................................................................................25 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 93 - Khoa Cơ - Điện Ch−ơng 3: Thiết kế mô hình điều khiển dây chuyền sản xuất Kính cán và Kính tấm kéo ngang..................................................................................................................26 3.1. ứng dụng phần mềm Simatic S7 - 200 ...............................................................26 3.1.1. Giới thiệu chung về PLC [2] ................................................................. 26 3.1.2. Vai trò của PLC trong điều khiển tự động ............................................ 27 3.1.3. Ưu điểm của việc sử dụng PLC trong tự động hoá [2].......................... 28 3.1.4. Hiệu quả kinh tế của PLC [2].................................................................. 30 3.1.5. Khả năng và những ứng dụng của bộ điều khiển Logic khả trình PLC [4] .... 30 3.1.6. Cấu trúc cơ bản của bộ điều khiển lập trình PLC [5] ............................ 33 3.1.7. Trình tự thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng bộ điều khiển PLC ....... 36 3.1.8. Ngôn ngữ lập trình của Simatic S7 - 200 [6]......................................... 38 3.1.9. Ph−ơng pháp lập trình trên phần mềm Step7- Micro/Win32 ................ 41 3.2. Chọn thiết bị điều khiển [7] ................................................................................48 3.2.1. Yêu cầu thiết bị cho việc điều khiển ..................................................... 48 3.2.2. Thiết bị điều khiển PLC S7 - 200 CPU224 [4]...................................... 48 3.2.3. Module mở rộng EM231, EM235 [7] ................................................... 53 3.3. Thiết bị nhập - xuất [8]......................................................................................59 3.3.1. Cảm biến nhiệt độ [9]............................................................................ 61 3.3.2. Cảm biến đo mức [10]........................................................................... 64 3.3.3. Cảm biến quang điện [11] ..................................................................... 66 3.3.4. Rơle 24VDC.......................................................................................... 68 3.4. Sơ đồ kết nối của hệ thống điều khiển ...............................................................68 3.4.1. Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi.................................................. 68 3.4.2. Thiết kế mô hình dây chuyền sản xuất kính.......................................... 69 3.5. Viết ch−ơng trình điều khiển..............................................................................71 3.5.1. Viết ch−ơng trình điều khiển cho lò nung thuỷ tinh ............................. 71 3.5.2. Viết ch−ơng trình điều khiển cho dây chuyền kính tấm kéo ngang...... 75 3.5.3. Viết ch−ơng trình điều khiển cho dây chuyền kính cán........................ 81 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội - 94 - Khoa Cơ - Điện Kết luận và đề nghị.........................................................................................................88 1. Kết luận...................................................................................................................89 2. Kiến nghị.................................................................................................................90 Tài liệu tham khảo Mục lục.............................................................................................................................92