Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống thủy lực ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống thủy lực ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống thủy lực ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống thủy lực ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống thủy lực ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống thủy lực ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống thủy lực ( Luận văn thạc sĩ)
1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP *** PHẠM TIẾN TOÀN NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HỆ THỐNG THỦY LỰC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ THÁI NGUYÊN - 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP PHẠM TIẾN TỒN NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HỆ THỐNG THỦY LỰC Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số: 6052 0216 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC KHOA CHUYÊN MÔN TRƢỞNG KHOA THÁI NGUYÊN - 2013 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Tên đề tài: “Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống thủy lực” Tổng quan Nước ta công cơng nghiệp hóa - đại hóa đất nước để bước bắt kịp phát triển nước khu vực giới Công nghiệp sản xuất hàng hóa đóng vai trò quan trọng việc phát triển kinh tế Việc ứng dụng tự động hóa lựa chọn tất yếu lĩnh vực nhằm tạo sản phẩm có chất lượng cao, tăng khả cạnh tranh mạnh mẽ thị trường Tự động hóa điều khiển hệ thống thủy lực phát triển mạnh mẽ nước công nghiệp phát triển, hệ thống thủy lực sử dụng để điều khiển thiết bị máy ép, rô bốt công nghiệp, máy CNC dây truyền sản xuất tự động… Ngày nay, công nghệ điện tử tin học ngày phát triển, góp phần nâng cao suất lao động cách đáng kể Đặc biệt điều khiển chương trình tích hợp cao đáp ứng hầu hết yêu cầu đề sản xuất đại với tốc độ sản xuất nhanh, chất lượng sản phẩm cao, phế phẩm, giá thành sản xuất hạ PLC điều khiển chương trình thế, dùng để thay thiết bị điều khiển cổ điển có tốc độ chậm xác Kỹ thuật điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) phát triển từ năm 1968 - 1970 Trong giai đoạn đầu thiết bị khả trình yêu cầu người sử dụng phải có kỹ thuật điện tử có trình độ cao Ngày thiết bị PLC phát triển mạnh mẽ có mức độ phổ cập cao Thiết bị điều khiển logic lập trình PLC dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa vi xử lý, sử dụng nhớ lập trình để lưu trữ lệnh thực chức năng, chẳng hạn, cho phép tính logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, thuật toán để điều khiển máy q trình cơng nghệ Vì đề tài “Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống thủy lực” có tính cấp thiết khả ứng dụng cao Ý nghĩa khoa học thực tiễn a) Ý nghĩa khoa học: - Đề tài giới thiệu tổng quan PLC điều khiển lập trình, từ xác định đối tượng nghiên cứu Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - Mô tả thiết kế bàn thí nghiệm phục vụ cho việc mơ giải tốn điều khiển tự động thủy lực - Sử dụng phần mềm điều khiển PLC tự động điều khiển thiết bị thủy lực, sau mơ trạng thái máy tính, mô hệ thống điều khiển b) Ý nghĩa thực tiễn: Khi đề tài hoàn thành tài liệu tham khảo giúp cán kỹ thuật nắm rõ làm chủ cơng nghệ q trình vận hành, giám sát khắc phục sửa chữa, lắp đặt… Trên mơ hình thực nghiệm, đề tài giúp cho học sinh sinh viên học trường nghề tham khảo vận dụng trình thực tập Đề tài nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống thủy lực hồn tồn áp dụng nhà máy, công xưởng điều khiển máy cơng cụ, máy ép thủy lực Mục đích nghiên cứu Đề tài đặt mục tiêu nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống thủy lực, nghiên cứu cấu trúc bàn thí nghiệm điều khiển thủy lực, thiết bị bàn thí nghiệm, thiết kế điều khiển hệ thống theo chu trình làm việc hệ thống thủy lực xác, gọn nhẹ Các mục tiêu cụ thể là: - Nghiên cứu toán điều khiển tự động hệ thống thủy lực; Nghiên cứu sơ đồ điều khiển hệ thống thủy lực, thiết lập hệ thống điều khiển thủy lực; - Nghiên cứu điều khiển PLC; Cấu hình phần cứng, vùng đối tượng, phận CPU chế độ làm việc; Nghiên cứu ngơn ngữ lập trình S7-200 phương pháp lập trình - Nghiên cứu thiết bị hệ thống thủy lực tự động hóa cảm biến áp suất, cơng tắc hành trình, van điều khiển thủy lực… Thiết kế sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống sơ đồ lắp đặt PLC; Lập trình điều khiển tự động hệ thống theo chu trình - Tiến hành thử nghiệm để phân tích đưa kết đánh giá mức độ hoàn thiện khả phát triển, ứng dụng kết đạt vào thực tiễn Đối tƣợng nghiên cứu Lý thuyết tổng quan PLC điều khiển lập trình Mơ hình thực nghiệm hệ thống điện – thủy lực Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ NỘI DUNG Chƣơng TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 1.1 PLC VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN 1.1.1 Giới thiệu chung PLC Trong kỹ thuật tự động điều khiển, điều khiển chia làm hai loại - Điều khiển nối cứng - Điều khiển logic khả trình (PLC) Một hệ thơng tao thành từ thành phần : - Khối vào - Khối xử lý - điều khiển - Khối Khèi vµo Khèi xư lý Bộ chuyển đổi tín hiệu đầu vào Xư lý ®iỊu khiĨn Khèi Cơ cấu tác động Hình 1.1: Các thành phần hƯ thèng ®iỊu khiĨn * Khối vào: Để chuyển đổi đại lượng vật lý thành tín hiệu điện, chuyển đổi nút ấn, cảm biến tuỳ thuộc theo chuyển đổi tín hiệu khỏi khối vào có dạng ON /OFF ( Binary) liên tục (analog) * Khối xử lý: Khối thay người vận hành thực thao tác đảm bảo q trình hoạt động Từ tín hiệu khối vào hệ thống điều khiển phải tạo tín hiệu cần thiết để đáp ứng yêu cầu điều khiển xác định phần xử lý Tín hiệu điều khiển thực theo cách Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - Dùng mạch điện nối cứng - Dùng chương trình điều khiển * Khối ra: Tín hiệu kết q trình xử lý hệ điều khiển Các tín hiệu sử dụng để tạo ngững hoạt động đáp ứng cho thiết bị ngõ : Động điện, xy lanh, piston, van, rơle 1.1.2 Bài toán điều khiển giải toán điều khiển * Điều khiển nối cứng : - Là thiết bị nối cứng cố định với Toàn chức điều khiển, cách tiến hành chương trình xác định qua cách thức nối rơle, công tắc với theo sơ đồ thiết kế ON OFF K K § K Hình 1.2: Bộ điều khiển rơle * Điều khiển lập trình : Trong cơng nghiệp ngày đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng yêu cầu sau : - Dễ dàng thay đổi chức điều khiển dựa thiết bị cũ - Thiết bị điều khiển dễ dàng làm việc với liệu, số liệu - Kích thước vật lý gọn gàng, dễ bảo quản, dễ sửa chữa - Hồn tồn tin cậy mơi trường cơng nghiệp Từ yêu cầu lên điều khiển lập trình ngày phát triển ứng dụng rộng rãi Mà điển hình điều khiển logic khả trình PLC ( Programable Logic Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Contronller) loại thiết bị cho phép thực hiên linh hoạt thuật tốn thơng qua ngơn ngữ lp trỡnh Cổngvào Input Ch-ơng trình Bộ nhớ Cổng Output Hình 1.3: Bộ điều khiển logic khả trình 1.1.3 So sánh PLC với thiết bị điều khiển thông thƣờng khác - Hiện hệ thống điều khiển PLC thay cho hệ thống điều khiển relay, contactor thông thường Ta so sánh ưu khuyết điểm hai hệ thống - Hệ thống điều khiển thông thường: + Thô kệch có nhiều dây dẫn relay bảng điều khiển + Tốn nhiều thời gian cho việc thiết kế lắp đặt + Tốc độ hoạt động chậm + Công suất tiêu thụ lớn + Mỗi lần thay đổi chương trình phải lắp đặt lại tồn bộ, tốn nhiều thời gian + Khó bảo quản sửa chữa - Hệ thống điều khiển PLC: + Những dây kết nối hệ thống giảm đáng kể nên nhỏ gọn + Cơng suất tiêu thụ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ + Sự thay đổi ngõ vào điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng nhờ phần mền điều khiển máy tính + Tốc độ hoạt đơng hệ thống nhanh + Độ bền độ tin cậy cao + Giá thành hệ thống giảm số tiếp điểm tăng + Có thiết bị chống nhiễu + Ngơn ngữ lập trình dễ hiểu + Dễ lập trình lập trình máy tính, thích hợp cho việc lập trình + Các mô đun rời cho phép thay thêm vào cần thiết + Chương trình in giấy vài phút thuận tiện cho việc bảo trì + PLC có khả thêm hay thay đổi lệnh tuỳ theo yêu cầu công nghệ 1.1.4 Các ứng dụng PLC thực tế Do đặc điểm bật PLC điều khiển, nên ngày sử dụng rộng rãi xử lý giải pháp tự động hố cơng nghiệp nhiều lĩnh vực khác: - Điều khiển thang máy, thiết bị nâng, hạ hàng - Điều khiển quy trình sản xuất: Đóng gói bao bì, xi măng, bia - Tự động hoá hệ thống dịch vụ: Trạm xăng, trạm rửa xe ôtô, máy bơm nước, máy bán nước tự động - Tự động hoá máy cơng cụ: Máy tiện, phay, máy ép, lò sấy, làm gạch 1.2 ĐẠI CƢƠNG VỀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 1.2.1 Cấu trúc PLC - Để thực chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có chức máy tính, nghĩa phải có vi xử lý (CPU), điều hành, nhớ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ để lưu chương trình điều khiển, liệu PLC phải có cổng vào, để giao tiếp với đối tượng điều khiển để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh - Trong PLC có nhiều thiết bị điều khiển phân biệt qua chức sau + Các cổng vào + Bít nhớ + Dung lượng nhớ + Các chức đặc biệt + Bộ đếm (couter) + Tốc độ xử lý + Bộ định thời (timer) + Loại xử lý chương trình - Các thiết bị điều khiển lớn lắp thành mô đun riêng thiết bị điều khiển nhỏ, chúng lắp đặt chung Các điều khiển có số lượng đầu vào cố định Cấu trúc PLC mơ tả hình vẽ sau : Bộ nhớ ch-ơng trình Bộ đệm vào Khối vi xử lý trung tâm + Hệ điều hành Cổng vào Cổng ngắt đếm tốc độ cao Timer Bộ ®Õm Bit cê Bus cđa PLC Qu¶n lý ghÐp nèi H×nh 1.4 : CÊu tróc cđa mét PLC - Thơng tin xử lý PLC lưu trữ nhớ Mỗi nhớ chứa bit liệu Bit liệu ( data Binary digital) chữ số nghị phân, có chứa gái trị Chuỗi bit liệu gọi byte, xác nhận số gọi địa (address) Byte nhớ có địa Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 - Địa byte nhớ cố định byte nhớ PLC có địa riêng Nội dung chứa byte nhớ thay đổi Nội dung byte nhớ liệu lưu trữ tức thời nhớ - Khi byte nhớ khơng chứa hết nội dung PLC cho phép cặp byte nhớ cạnh xem xét đơn vị nhớ gọi từ đơn (Word) Địa thấp hai byte nhớ dùng làm địa từ đơn Ví dụ : Từ đơn có địa byte nhớ có địa với địa byte cao địa byte thấp IB2 IB3 IW2 IW2 từ đơn có địa IB2 byte có địa IB3 byte có địa - Khi từ đơn khơng chứa hết nội dung cho phép ghép byte nhớ cạnh xem xét đơn vị nhớ gọi từ kép (Double Word) Địa thấp byte nhớ dùng làm địa từ kép Ví dụ : Từ kép có địa byte nhớ có địa 2,3,4, với địa byte cao địa byte thấp IB2 IB3 IB4 IB5 DW2 Trong PLC xử lý trung tâm thực số thao tác như: - Đọc nội dung vùng nhớ ( Bit, Word, Double word) - Ghi liệu vào vùng nhớ ( Bit, Word, Double word) Trong thao tác đọc, nội dung vùng nhớ không thay đổi mà lấy liệu để xử lý Trong thao tác ghi, liệu ghi vào trở thành nội dụng vùng nhớ liệu ban đầu bị Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... tiêu cụ thể là: - Nghiên cứu toán điều khiển tự động hệ thống thủy lực; Nghiên cứu sơ đồ điều khiển hệ thống thủy lực, thiết lập hệ thống điều khiển thủy lực; - Nghiên cứu điều khiển PLC; Cấu hình... điều khiển tự động hệ thống thủy lực hồn tồn áp dụng nhà máy, công xưởng điều khiển máy cơng cụ, máy ép thủy lực Mục đích nghiên cứu Đề tài đặt mục tiêu nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống thủy. .. KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP PHẠM TIẾN TỒN NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HỆ THỐNG THỦY LỰC Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số: 6052 0216 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT PHÒNG QUẢN LÝ ĐT