ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI CAM ĐOAN iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC CÁC BẢNG v LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1.KHẢO SÁT MƠ HÌNH PHÂN LOẠI Y-0044 1.1 Tìm hiểu PLC S7-200 1.1.1 PLC gì? 1.1.2 Đầu vào 1.1.3 Đầu 1.1.4 Nguồn cấp 1.1.5 Cổng truyền thông PLC 1.2 Xilanh dùng hệ thống 1.2.1 Xilanh đơn 1.2.2 Xilanh kép 1.3 Van điện từ 1.4 Động bước 1.5 Động DC 1.6 Công tắc giới hạn 10 1.7 Áp kế modul sấy khí 11 1.8 Cảm biến dùng hệ thống 14 1.8.1 Cảm biến tiệm cận 14 1.8.2 Cảm biến quang phản xạ gương 15 1.8.3 Cảm biến thu phát phản xạ khuyết tán 17 1.8.4 Cảm biến quang phát màu trắng Error! Bookmark not defined 1.8.5 Cảm biến áp suất 19 1.9 Màn hình TD 200 21 1.9.1 Cấu tạo phần cứng 21 ĐIỆN – K9 i ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 1.9.2 Giao tiếp TD 200 PLC 23 CHƯƠNG 2.THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO MƠ HÌNH 24 2.1 Xây dựng sơ đồ khối điều khiển giám sát trình 24 2.1.1 Modul Y-0044A 24 2.1.2 Modul Y-0044B 25 2.1.3 Modul Y-0044C 26 2.2 Các bước thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình phân loại sản phẩm 27 2.2.1 Phân tích yêu cầu công nghệ 27 2.2.2 Các thiết bị cấp trường sử dụng mơ hình 28 2.3 Xây dựng toán điều khiển PLC S7-200 28 2.3.1 Modul Y-0044A 28 2.3.2 Modul Y-0044B 33 2.3.3 Modul Y-0044C 38 2.4 Kết WinCc 42 Module Y-0044C 42 2.4.1 Lập trình với TD200 43 2.4.2 Trình tự cài đặt hình TD200 44 Phụ lục : Chương trình PLC 59 CHƯƠNG 3.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 Tài liệu tham khảo 92 ĐIỆN – K9 ii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan Đồ Án tốt nghiệp với đề tài: Thiết kế hệ điều khiển điện – khí nén theo lưu đồ trạng thái sử dụng mơ hình Y0044 chúng em tự thiết kế ý tưởng hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc chất liệu công nghiệp hướng dẫn giảng viên Th.s Bùi Thị Khánh Hòa Các số liệu kết hồn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án chúng em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép chúng em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 21 tháng 04 năm 2018 Nhóm sinh viên thực Hoàng Văn Tuấn Nguyễn Thị Tuyết Hoàng Thị Nhung Phan Hồng Sơn ĐIỆN – K9 iii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1-1 PLC S7-200 CPU224 Hình 1-2 Sơ đồ khối PLC Hình 1-3 Cáp USB/PPI Multi-Master Hình 1-4 Xilanh đơn Hình 1-5 Xilanh kép Hình 1-6 Van điện từ Hình 1-7.Van 3/2 Hình 1-8 Van 4/3 Hình 1-9 Máy hút khơng Hình 1-10 Mô tả van giác hút với mạch khí nén ứng dụng Hình 1-11 Động bước Hình 1-12 Động chiều DC Hình 1-13 Cách đấu nối động DC 10 Hình 1-14 Cơng tắc giới hạn 10 Hình 1-15 Áp kế modul sấy khí 11 Hình 1-16 Bộ điều hòa khơng khí 12 Hình 1-17 Van điều khiển áp suất có cửa xả tràn 13 Hình 1-18 Cảm biến tiệm cận 14 Hình1-19 Cách đấu nối cảm biến tiệm cận 14 Hình 1-20 Cảm biến phản xạ gương 15 Hình 1-21 Cảm biến thu phát chung 17 Hình 1-22 Khoảng cách xác nhận cảm biến quang phản hồi 18 Hình 1-23 Cách đấu nối cảm biến quang phát màu trắng 18 Hình 1-24 Cảm biến áp suất 19 Hình 1-25 Sơ đồ đầu cảm biến áp suất 19 Hình 1-26 Cài đặt cảm biến áp suất 20 Hình 1-27 Đặc tính đầu chế độ F1 (chế độ trễ) 20 Hình 1-28 Cấu tạo phần cứng TD200 21 Hình 1-29 Giao tiếp TD200 CPU 23 Hình 2-1 Module Y-0044A 24 Hình 2-2.Sơ đồ khối điều khiển giám sát trình modul Y- 0044A 25 Hình 2-3 Module Y-0044B 25 Hình 2-4 Sơ đồ khối điều khiển giám sát trình modul Y- 0044B 26 Hình 2-5 Module Y-0044C 26 Hình 2-6 Sơ đồ khối điều khiển giám sát trình modul Y- 0044C 27 Hình 2-7 Cấu tạo Modul Y0044 A 29 Hình 2-8 Sơ đồ đấu dây PLC S7 – 200 modul Y - 0044A 31 Hình 2-9 Lưu đồ trạng thái cho Modul A 33 Hình 2-10 Sơ đồ đấu dây PLC S7 – 200 modul Y – 0044B 35 ĐIỆN – K9 iv ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Hình 2-11 Lưu đồ trạng thái cho Modul B 38 Hình 2-12 Cấu tạo Modul C 38 Hình 2-13 Sơ đồ đấu dây PLC S7 – 200 modul Y – 0044C 40 Hình 2-14 Lưu đồ trạng thái cho Modul C 41 Hình 2-15 Giao diện giám sát hoạt động Module Y-0044C 42 Hình 2-16 Màn hình TD 200 43 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1.Thông số PLC S7-200 CPU224 Bảng 1.2.Đặc điểm cảm biến tiệm cận 15 Bảng 1.3: Đặc điểm cảm biến dùng hệ thống 17 Bảng 1.4: Các lỗi xảy trình hoạt động cách khắc phục 21 Bảng 3.1: Bảng định địa modul Y -0044A 30 Bảng 3.2: Bảng định địa modul Y -0044B 34 Bảng 3.3: Bảng định địa modul Y -0044C 39 ĐIỆN – K9 v ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ cơng nghiệp hố, đại hóa, để trình phát triển nhanh cần tập trung đầu tư vào dây chuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao suất lao động cho sản phẩm có chất lượng cao Để bắt kịp với tiến khoa học kĩ thuật giới đáp ứng u cầu cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước ngành cơng nghiệp Việt Nam thay đổi nhanh chóng, cơng nghệ thiết bị đại thay công nghệ lạc hậu thiết bị cũ Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống điều khiển lập trình PLC, Vi xử lý, điện khí nén, điện tử Đang ứng dụng rộng rãi công nghiệp dây truyền sản xuất nước ngọt, chế biến thức ăn gia xúc, máy điều khiển theo chương trình CNC, hệ thống đèn giao thông, hệ thống báo động Trong trường đại học, cao đẳng trường trung học đưa thiết bị đại có khả lập trình vào giảng dạy Một loại thiết bị có ứng dụng mạnh mẽ đảm bảo có độ tin cậy cao hệ thống điều khiển tự động PLC Với đề tài “Thiết kế hệ điều khiển điện-khí nén theo lưu đồ trạng thái sử dụng mơ hình Y0044” Chúng em vận dụng ưu điểm hệ thông điều khiển Sau trình học tập rèn luyện nghiên cứu trường chúng em tích luỹ vốn kiến thức để thực đề tài Do thời gian nghiên cứu có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót, chúng em mong nhận góp ý, dẫn thêm thầy ý kiến đóng góp bạn sinh viên để đề tài chúng em hoàn thiện hơn, đáp ứng đầy đủ mục tiêu đặt Chúng em chân thành cảm ơn! ĐIỆN – K9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1.1 ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHẢO SÁT MƠ HÌNH PHÂN LOẠI Y-0044 Tìm hiểu PLC S7-200 1.1.1 PLC gì? Thiết bị điều khiển khả trình (PLC: programmable logic controller) loại máy tính điều khiển chuyên dụng, cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình, nhà phát minh người Mỹ Richard Morley lần đầu đưa ý tưởng vào năm 1968 Thông số PLC S7-200 CPU 224 Hình 1-1 PLC S7-200 CPU224 Đặc trưng CPU 224 Số lượng từ đơn để lưu CT, đọc/ghi được, không tin 4096 (8KB) nguồn Số lượng từ đơn để lưu liệu, không tin nguồn, 4096 (8KB) đọc/ghi Số cổng vào/ra logic Số mô-đun mở rộng (kể mô-đun tương tự) Số cổng vào/ra logic cực đại Số Timer Trong phân giải 1ms/10ms/100ms 14/10 64/64 256 4/16/136 Số đếm (Counter- tiến lùi) 256 Số bit nhớ đặc biệt: dùng làm bit Trạng thái đặt chế độ đặc biệt 4400 Chế độ ngắt, sử lý ngắt Có Thời gian lưu liệu sau nguồn (giờ) 190 Số đếm tốc độ cao 2kHz 7kHz Số phát xung nhanh kiểu: Dãy xung thường (PTO) Dãy ĐIỆN – K9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI xung có điều chế theo độ rộng xung (PWM) Biến trở analog CPU Bảng 1.1.Thông số PLC S7-200 CPU224 Hình 1-2 Sơ đồ khối PLC 1.1.2 Đầu vào + Điện áp mức logic 1: 15-30VDC, dòng điện nhỏ 4mA, 35V thời gian tức 500ms + Trạng thái mức chuẩn 24VDC, 7mA Đáp ứng thời gian lớn chân I0.0 đến I1.5 chỉnh từ 0.2-0.8 ms mặc định 0.2 ms Các chân từ I0.0-I1.5 sử dụng đếm tốc độ + Trạng thái mức logic tối đa VDC 1mA + Sự cách li quang 500VCA 1.1.3 Đầu + + + + Kiểu đầu Relay transistor Điện áp khoảng 24,4 đến 28,8 VDC Dòng tối đa 2A điểm A I common Quá dòng 7A với contact ĐIỆN – K9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + + + + ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Điện trở cách li nhỏ 10 MW Thời gian sử dụng 10 triệu công tắc 100.000 với tốc độ tải Điện trở công tắc tối đa 200 MW Chế độ bảo vệ ngắn mạch khơng có 1.1.4 Nguồn cấp + Nguồn tích hợp sẵn PLC làm riêng bên ngồi, có nhiều cấp điện áp khác loại PLC gồm 110 VAC 220 VAC 24 VDC Hiện có cấp điện áp hay sử dụng 24 VDC 220 VAC + Điện áp nguồn 20.4-24.8 VDC + Điện áp nguồn 20,4-20,8 VDC + Dòng vào Max 900 mA 24 VDC + Cách li điện ngõ vào + Thời gian trì nguồn 10 ms 24 VDC + Cầu chì bên 2A - 250V 1.1.5 Cổng truyền thông PLC S7-S200 sử dụng cổng truyền thơng nối tiếp RS485 với phích cắm chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG 720 nối thẳng cáp MPI, máy lập trình kèm với cáp Ghép nối với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PCI với chuyển đổi RS232 /RS485 cáp USB/PPI Multi-Master Hình 1-3 Cáp USB/PPI Multi-Master ĐIỆN – K9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 1.2 Xilanh dùng hệ thống 1.2.1 Xilanh đơn − + + + + Nguyên tắc hoạt động: Khí nén sử dụng để sinh cơng phía piston Piston lùi lực bật lại lò xo hay lực từ bên ngồi Xilanh có cổng cấp nguồn lỗ khí Điều khiển hoạt động xilanh đơn van 3/2 − Cấu tạo: + Xilanh kiểu piston kí hiệu sơ đồ : + Xilanh kiểu piston kí hiệu sơ đồ : Hình 1-4 Xilanh đơn 1.2.2 Xilanh kép Nguyên tắc hoạt động: - Khí nén sử dụng để sinh cơng hai phái piston - Xilanh có hai cửa cấp nguồn - Điều khiển hoạt động xilanh kép van 4/2, 5/2, 5/3 Cấu tạo: - Xilanh kép có cần piston phía: Do diện tích hai bề mặt piston khác nên lực tác động cần piston khác (lực kéo lơn lực đẩy) - Hai dạng xilanh kép có cần piston phía thường gặp: - Xilanh kép khơng có đệm giảm chấn: ĐIỆN – K9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN – K9 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 78 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN – K9 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 79 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN – K9 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 80 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Modul C ĐIỆN – K9 81 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN – K9 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 82 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN – K9 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 83 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN – K9 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 84 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN – K9 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 85 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN – K9 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 86 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN – K9 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 87 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN – K9 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 88 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN – K9 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 89 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN – K9 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 90 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Kết Luận Ngày hệ thống điều khiển khí nén sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác có nhiều ưu điểm vượt trội thân thiện với mơi trường Sau nhóm chúng em làm xong đề tài có số nhận xét hệ điều khiển điện – khí nén sau: − Ưu điểm: + Độ tin cậy cao, gặp trục trặc kỹ thuật + Thay đổi chương trình cách dễ dàng mà không cần phải đấu nối lại thiết bị + Có khả truyền lượng xa + Khí thải khơng gây nhiễm mơi trường + Có thể truyền động với vận tốc cao − Nhược điểm: + Lực truyền trọng tải thấp + Gây tiếng ồn lớn hoạt động Dưới hướng dẫn nhiệt tình giáo viên hướng dẫn góp ý thầy bạn khoa, nhóm chúng em hồn thành đề tài tiếp thu nhiều kiến thức bổ ích: + Đã tìm hiểu thiết bị mơ hình Y0044 mà trình học lớp chúng em chưa tiếp xúc nhiều + Đã lập trình cho trạm, TD 200 kết nối PLC với TD200 + Đã giám sát WinCc cho Modul Y0044 C Tuy nhiên thời gian hạn hẹp kiến thức nhóm chúng em hạn chế nên nội dung trình bày khơng thể đầy đủ tránh sai sót Vậy kính mong thầy cô bạn nêu ý kiến để nhóm chúng em ngày thiện thân 2.Kiến Nghị Sau nhóm chúng em làm xong đề tài sử dụng mơ hình Y0044 nhóm em có số kiến nghị sau: mơ hình sử dụng nhiều thiết bị đo lường truyền động đại TD200 cảm biến áp suất,… mà thời gian làm đề tài ngắn nên kính mong thầy khoa xếp thêm tiết học lý thuyết thực hành, ứng dụng trực tiếp thiết bị để sinh viên có thêm nhiều kiến thức thực tế Chúng em xin chân thành cảm ơn! ĐIỆN – K9 91 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Tài liệu tham khảo Đề cương giảng: Điều khiển lập trình PLC- Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội, 2017 Giáo trình Kỹ thuật cảm biến – Vũ Quang Hồi, NXB Giáo Dục Việt Nam, 2010 Mạng truyền thông công nghiệp - Hoàng Minh Sơn, NXB Khoa học kỹ thuật, 2007 Hệ thu thập liệu điều khiển truyền số liệu – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, NXB Khoa học kỹ thuật, 2016 Giáo trình Điều khiển điện khí nén – thủy lực – Khoa điện Đại học Công nghiệp Hà Nội, 2017 ĐIỆN – K9 92 ... PLC ĐIỆN – K9 22 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 1.9.2 Giao tiếp TD 200 PLC Hình 1-28 Giao tiếp TD200 CPU ĐIỆN – K9 23 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI THIẾT KẾ HỆ... piston vận chuyển Hình 1-23 Cảm biến áp suất Hình 1-24 Sơ đồ đầu cảm biến áp suất ĐIỆN – K9 19 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI b Cài đặt Hình 1-25 Cài đặt cảm biến áp suất Hình 1-26 Đặc... A 33 Hình 2-10 Sơ đồ đấu dây PLC S7 – 200 modul Y – 0044B 35 ĐIỆN – K9 iv ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Hình 2-11 Lưu đồ trạng thái cho Modul B 38 Hình 2-12 Cấu