Ứng dụng PLC trong điều khiển băng tải

LỜI NÓI ĐẦU Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính, đã cho ra đời các thiết bị điều khiển số như: CNC, PLC .. . Các thiết bị này cho phép khắc phục được rất nhiều các nhược điểm của hệ thống điều khiển trước đó, và đáp ứng được yêu cầu kinh tế và kỹ thuật trong sản xuất. Với sự phát triển của khoa học công nghệ như hiện nay, thì việc ứng dụng thiết bị logic khả trình PLC để tự động hóa quá trình sản xuất, nhằm mục tiêu tăng năng xuất lao động, giảm sức người, nâng cao chất lượng sản phẩm đang là một vấn đề cấp thiết và có tính thời sự cao. Trong quá trình tiến hành làm báo cáo thực tập, bản thân em đã cố gắng tham khảo tài liệu và tìm hiểu thực tế , nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên bản báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và nhận xét đánh giá quí báu của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của giáo viên hướng dẫn Trần Thị Minh Phượng đã giúp đỡ em rất nhiều để em hoàn thành được đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn ! MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC Tổng quát về PLC.................................................................3 1.1) Vai trò của plc trong quá trình tự động hóa sản xuất....................3 1.2) Khả năng của plc..........................................................................3 1.3) Ưu điểm của plc...........................................................................3 1.4) Việc lập trình cho plc...................................................................4 Giới thiệu chung về thiết bị logic khả trình s7-300...............4 2.1) Cấu trúc plc s7-300.......................................................................4 2.2) Cấu hình cho CPU........................................................................7 2.3) Sử dụng simulation trong s7 – 300.............................................10 CHƯƠNG II: ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN BẰNG TẢI....14 CHƯƠNG III: KẾT LUẬN........................................................................19 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC TỔNG QUÁT VỀ PLC VAI TRÒ CỦA PLC TRONG QUÁ TRÌNH TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT Như đã biết, nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Vì thế, tự động hóa sản xuất đóng vai trò quan trọng, tự động hóa giúp tăng năng suất, tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả quá trình sản xuất. Để có thể thực hiện tự động hóa sản xuất, bên cạnh các máy móc cơ khí hay điện, các dây chuyền sản xuất…v.v, cũng cần thiết phải có các bộ điều khiển để điều khiển chúng. PLC là một trong các bộ điều khiển đáp ứng đươc yêu cầu đó. 1.2) KHẢ NĂNG CỦA PLC : PLC (Program Logical Controller) (hay bộ điều khiển Logic có thể lập trình được), là một thiết bị điều khiển đa năng được dùng rộng rãi trong công nghiệp để điều khiển hệ thống theo một chương trình đượcviết bởi người sử dụng. Nhờ họat động theo chương trình nên PLC có thể được ứng dụng để điều khiển nhiều thiết bị máy móc khác nhau. Chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển và cách kết nối thì ta đã có thể dùng chính PLC đó để điều khiển thiết bị, hay máy móc khác. Cũng như vậy, nếu muốn tay đổi quy luật hoạt động của máy móc, thiết bị hay hệ thống sản xuất tự động, rất đơn giản, chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển. Các đối tượng mà PLC có thể điều khiển được rất đa dạng, từ máy bơm, máy cắt, máy khoan, lò nhiệt…đến các hệ thống phức tạp như : băng tải, hệ thống chuyển mạch tự động (ATS), thang máy, dây chuyền sản xuất…v.vPLC có thể điều khiển theo các quy luật khác nhau đối với các đối tượng của nó. ƯU ĐIỂM CỦA PLC : PLC có những ưu điểm mà các bộ điều khiển cổ điển dùng dây nối và Relay không thể nào sánh được : - Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học. - Gọn nhẹ nên dễ dàng di chuyển, lắp đặt. - Dễ bảo quản, sửa chữa. - Bộ nhớ có dung lượng lớn , nạp xóa dễ dàng, chứa được những chương trình phức tạp. - Độ chính xác cao. - khả năng xử lý nhanh. - Hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp. - Giao tiếp được với nhiều thiết bị khác, máy tính, mạng, các thiết bị điều khiển khác. VIỆC LẬP TRÌNH CHO PLC: Có thể lập trình cho PLC một các khá dễ dàng dựa trên một tập lệnh mà nhà sản xuất cung cấp. Tập lệnh bao gồm nhiều lệnh, có thể cho phép người sử dụng kết hợp các lệnh này một cách logic để tạo nhiều chương trình điều khiển đa dạng, phức tạp. Ngoài các lệnh thông thường, nhà sản xuất còn cung cấp thêm các lệnh mở rộng (Expansion Instruction) làm phong phú thêm khả năng điều khiển PLC. Cùng với tập lệnh còn có nhiều cách lập trình cho PLC: - Lập trình bằng giản đồ LAD (Ladder Diagram) : Các lệnh được liên kết với nhau một cách logic, chương trình có dạng thang. Đặc biệt, đối với các lập trình này, chương trình này trong giống như sơ đồ đấu nối một mạchđiện nên rất dễ kiểm soát, dễ hiểu. Do đó cách lập trình này được ứng dụng khá phổ biến. Thích hợp để lập các chương trình dài, phức tạp. Để lập trình theo cách này cần một máy tính cá nhân kèm theo một trong các phần mềm hổ trợ : SSS (Sysmax Support Softwave), CLSS (Controler Link Support Softwave), SYS Win hay SYS MAC – CPT. - Lập trình dạng sơ đồ khối CSF (Control System Flowchare): Các lệnh được hiển thị như các khối chức năng , tùy từng ứng dụng mà ta liên kết các khối chức năng thích hợp để tạo nên chương trình. II) GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ LOGIC KHẢ TRÌNH S7-300. 2.1) CẤU TRÚC PLC S7-300 a) PLC S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau: CPU các loại khác nhau: 312IFM, 312C, 313, 313C, 314, 314IFM, 314C, 315, 315-2 DP, 316-2 DP, 318-2, Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng /số: SM321, SM322, SM323, SM331, SM332,SM334, SM338, SM374 Module chức năng FM Module truyền thông CP Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác, dòng 2A, 5A, 10A Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365 Các module được gắn trên thanh rây như hình dưới, tối đa 8 module SM/FM/CP ở bên phải CPU, tạo thành một rack, kết nối với nhau qua bus connector gắn ở mặt sau của module . Mỗi module được gán một số slot tính từ trái sang phải, module nguồn là slot 1, module CPU slot 2, module kế mang số 4… Các CPU 312IFM, 314 IFM, 31xC có tích hợp sẵn một số module mở rộng CPU 312IFM, 312C: 10 ngõ vào số địa chỉ I124.0 …I124.7, I125.1; 6 ngõ ra số Q124.0…Q124.5. CPU 313C: 24 DI I124.0..126.7, 16DO Q124.0..125.7, 5 ngõ vào tương đồng AI địa chỉ 752..761, hai ngõ ra AO 752..755 CPU 314IFM: 20 ngõ vào số I124.0 … I126.3; 16 ngõ ra số Q124.0 …Q125.7; 4 ngõ vào tương đồng PIW128, PIW130, PIW132, PIW134; một ngõ ra tương đồng PQW128. b) MODULE CPU Các module CPU khác nhau theo hình dạng chức năng, vận tốc xử lý lệnh. Loại 312IFM, 314IFM không có thẻ nhớ. Loại 312IFM, 313 không có pin nuôi. Loại 315-2DP, 316-2DP, 318-2 có cổng truyền thông DP. Các đèn báo có ý nghĩa sau: SF ... (đỏ) ... lỗi phần cứng hay mềm, BATF ... (đỏ) ... lỗi pin nuôi, DC5V ... (lá cây) ... nguồn 5V bình thường, FRCE ... (vàng ) ... force request tích cực RUN ... (lá cây) ... CPU mode RUN ; LED chớp lúc start-up w. 1 Hz; mode HALT w. 0.5 Hz STOP mode ... (vàng) ... CPU mode STOP hay HALT hay start-up; LED chớp khi memory reset request BUSF ... (đỏ) ... lỗi phần cứng hay phần mềm ở giao diện PROFIBUS Khóa mode có 4 vị trí: RUN-P chế độ lập trình và chạy RUN chế độ chạy chương trình STOP ngừng chạy chương trình MRES reset bộ nhớ Thẻ nhớ có thể có dung lượng từ 16KB đến 4MB, chứa chương trình từ PLC chuyển qua và chuyển chương trình ngược trở lại cho CPU. Pin nuôi giúp nuôi chương trình và dữ liệu khi bị mất nguồn (tối đa 1 năm), ngoài ra còn nuôi đồng hồ thời gian thực. Với loại CPU không có pin nuôi thì cũng có một phần vùng nhớ được duy trì. Thông qua cổng truyền thông MPI (MultiPoint Interface) có thể nối : máy tính lập trình, màn hình OP (Operator panel) , các PLC có cổng MPI (S7-300, M7-300, S7-400, M7-400, C7-6xx), S7-200, vận tốc truyền đến 187.5kbps (12Mbps với CPU 318-2, 10.2 kbps với S7-200). Cổng Profibus –DP nối các thiết bị trên theo mạng Profibus với vận tốc truyền lên đến 12Mbps. 2.2) CẤU HÌNH CHO CPU Tạo mới chương trình: Chọn File/New để tạo mới chương trình Đặt tên cho chương trình,chọn thư mục cho chương trình Chương trình SIMATIC sẽ nằm trong 1 thư mục có tên do người sử dụng đặt Khi mở chương trình ,phải mở từ phần mềm SIMATIC - Đặt tên cho ctrình - Đường dẫn cho chương trình - Chọn loại CPU cho chương trình mới - Chương trình sẽ tạo ra CPU mới - Double Click vào Hareware để cấu hình phần cứng cho chương trình mới. Giao diện HW configure sẽ hiện ra: - Insert Rack bằng cách kéo và thả rail vào trong màn hình Configure,hoặc Double Click vào Rail để chọn màn hình Configure Khi đó thanh Rack sẽ hiện trong màn hình Configure - Thêm các Module cho cấu hình phần cứng, tuỳ theo ứng dụng của từng chương trình, có thể là: +)Module nguồn (Slot 1) +)Module CPU (Slot 2) +)Module I/O (Slot kế tiếp) +)Module Analog Sau khi cấu hình phần cứng cho CPU: Định địa chỉ cho Module In,Out và Module Analog Các vị trí của Module nguồn và CPU phải ở Slot 1 và Slot 2 Sau khi định địa chỉ,ta tiến hành Compile và Save để hoàn tất việc định cấu hình phần cứng. 2.3) SỬ DỤNG SIMULATION TRONG S7 – 300 Viết chương trình trong khối chương trình thực thi OB Sau khi viết chương trình xong nhấp chuột qua SIMATIC Manager Chọn chế độ Simulation On/Off để sử dụng Simulink quan sát các trạng thái hay các biến. Sau khi click chuột chọn thẻ Simulation On/Off sẽ xuất hiện ra bảng S7 – PLCSIM Chọn New Simulation để tạo mới quan sát Simulink Sau khi chọn xong sẽ xuất hiện ra bảng CPU. Và trạng thái hiện tại đang ở STOP. Chuyển STOP → RUN – P. để Download chương trình chương trình đã viết. Download chương trình để chạy Simulation Về của sổ lập trình cho khối OB1 để có thể online quan sát chương trình Click vào RUN_P để chạy PLCSIM CHƯƠNG II: ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN BẰNG TẢI Mô tả công nghệ YÊU CẦU CÔNG NGHỆ Sản phẩm trên được phát hiện bởi các cảm biến Sensor 1→Sensor 4 Để kéo các băng tải người ta sử dụng 3 động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc SM1, SM2 ,SM3. Nhấn nút run hệ thống bắt đầu vào chế độ làm việc . Khi có sản phẩm nằm ở vùng kiểm soát của sensor 1thì ra lệnh khởi SM1 Khi sản phẩm được chuyển tới cuối băng tải 1 tức bắt đầu vào vùng kiểm soát của sensor 2 thì ra lệnh khởi động SM2 Khi sản phẩm được chuyển qua băng tải 2 tức là ra khỏi vùng kiểm soát của sensor 2 thì ra lệnh dừng SM1. Khi có sản phẩm nằm ở vùng kiểm soát của sensor 3 thì ra lệnh khởi SM3 Khi sản phẩm ra khỏi vùng kiểm soát của sensor 3 thì ra lệnh dừng SM2. Khi sản phẩm ra khỏi sensor 4 thì ra lệnh dừng SM3. Muốn dừng toàn bộ hệ thống ta nhấn nút Stop . END § Start = ON ? Bắt®Çu Sai Làm Việc S1 = ON ? Khởi ®ộngSM1 S Đ S2 = ON ? KĐ SM2 S Đ S3 = ON ? KĐ SM3 S Đ S2-> OF ? DừngSM1 S Đ S3 -> OF ? Dừng SM2 S Đ S4 à OF ? Dõng SM3 S Đ Stop = ON? DừngLàm việc Lưu đồ chương trình Chương trình và chạy mô phỏng hệ thống: Phân cổng vào ra cho PLC : Vào PLC : Ra PLC : I124.0 - Start Q124.0 : Chế độ làm việc I124.2 - S1 Q124.1 : Động cơ SM1 I124.3 - S2 Q124.2 : Động cơ SM2 I124.4 - S3 Q124.3 : Động cơ SM3 I124.5 - S4 I124.1- Stop CHƯƠNG III: KẾT LUẬN Tuy thời gian có hạn hẹp, nhưng được sự hướng dẫn tận tình của cô giáo cùng với sự cố gắng của bản thân, em đã hoàn thành bản báo cáo tốt nghiệp của mình đúng theo thời gian qui định. Sau khi hoàn thành bản báo cáo này, em cũng đã tìm hiểu và nắm vững hơn kiến thức về PLC và ứng dụng thực tế của chúng. Với thời gian có hạn, hơn nữa đề tài lại được làm độc lập bởi một sinh viên nên khó tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thực tập. Thông qua bản báo cáo này, em thấy PLC được ứng dụng rất rộng rãi và đa dạng trong rất nhiều lĩnh vực sản xuất. Cuối cùng, một lần nữa em xin gởi lời cảm ơn đến tất cả các Thầy, Cô giáo của Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự đã dạy dỗ và cung cấp cho em nhiều kiến thức quí báu trong quá trình em theo học và thực tập tại trường. Sinh viên thực hiện Trần Trọng Hiệp.