Đang tải... (xem toàn văn)
bài tập lớn plc: Ứng dụng plc để đo, điều khiển cảnh báo tốc độ động cơĐại học Công Nghiệp Hà NộiGV : Đỗ Duy Phú(nhóm mình được 9 điểm)CHƯƠNG I:CƠ SỞ LÝ THUYẾT51.1Mục đích chọn đề tài51.1.1Mục tiêu của đề tài51.1.2Giới hạn nghiên cứu của đề tài51.1.3Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài51.2Phương pháp đo61.2.1Phương pháp đo tiếp xúc61.2.2Phương pháp đo không tiếp xúc (đo bằng phản quang)61.2.3Phương pháp đo tốc độ sử dụng tần số thấp71.3Tìm hiểu về encoder71.3.1Khái niệm71.3.2Cấu tạo71.4Tìm hiểu về PLC81.4.1Khái quát chung về PLC81.4.2Giới thiệu về PLC S71200 CPU 1214 ACDCRly91.4.3Ngôn ngữ lập trình.111.5Giới thiệu về phần mềm lập trình TIA Portal12CHƯƠNG II:THIẾT KẾ HỆ THỐNG152.1Tính chọn thiết bị152.1.1Lựa chọn động cơ152.1.2Lựa chọn biến tần152.1.3Lựa chọn encorder152.1.4Lựa chọn PLC162.1.5Lựa chọn nút ấn162.1.6Lựa chọn đèn báo162.2Xây dựng bài toán162.2.1Xây dựng sơ đồ khối162.2.2Mô tả công nghệ172.2.3Bảng địa chỉ vàora172.2.4Sơ đồ đấu dây mạch động lực182.2.5 Sơ đồ đấu dây mạch điều khiểu192.3Xây dựng lưu đồ thuật toán202.4Xây dựng phần mềm212.4.1Cấu hình phần cứng PLC212.4.2Chương trình điều khiển232.4.3Màn hình giao diện điều khiển HMI ( Wincc Professional)26CHƯƠNG III:KẾT QUẢ ĐỀ TÀI273.1Kết quả nghiêng cứu lý thuyết273.2Kết quả nghiêng cứu thực nghiệm273.3Kết luận và hướng phát triển28DANH MỤC HÌNH ẢNHHÌNH 1.1 Nguyên lí hoạt động của encoder7HÌNH 1.2 Cấu tạo chung cơ bản của PLC8HÌNH 1.3 Cấu tạo ngoài của PLC S712009HÌNH 1.4 Sơ đồ đấu dây S71200 ACDCRly10HÌNH 1.5 Mô tả chu kì quét của PLC10HÌNH 1.6 Cấu trúc ngôn ngữ LAD11HÌNH 2.1 Động cơ KĐB 3 pha15HÌNH 2.2 Biến tần IC515HÌNH 2.3 Encoder E6B2CWZ6C15HÌNH 2.4 Nút nhấn16HÌNH 2.5 Đèn báo 24V16HÌNH 2.6 Sơ đồ khối nguyên lý16HÌNH 2.7 Sơ đồ đấu dây mạch lực18HÌNH 2.8 Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển19HÌNH 2.10 Giao diêm điều khiển và giám sát26HÌNH 3.2 Kết quả khi tốc độ thấp27HÌNH 3.1 Kết quả khi tốc độ bình thường27HÌNH 3.3 Kết quả khi tốc độ cao27
ỨNG DỤNG PLC ĐO, ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢNH BÁO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ Giáo viên hướng dẫn: Đỗ Duy Phú (bài nhóm điểm) Thành viên: LỜI NÓI ĐẦU Hiện giới phát triển vũ bão khoa học kỹ thuật kéo theo phát triển nhiều lĩnh vực khác ngành sản xuất khác…Những công nghệ mới, tiên tiến liên tục đời để thay công nghệ cũ lạc hậu, nhằm phục vụ nhu cầu ngày cao người Khơng thể nằm ngồi quy luật phát triển đó, đất nước ta tiến hành cơng nghiệp hóa, đại hóa phần đấu đến năm 2020 trở thành nước công nghiệp phát triển Trong ngành tự động hóa q trình sản xuất chiếm ví trí quan trọng, mũi nhọn then chốt để giải vấn đề nâng cao suất chất lượng sản phẩm Một vấn đề quan trọng dây chuyền tự động hóa việc điều chỉnh tốc độ động khơng đồng pha lồng sóc, loại động gần sử dụng rộng rãi có nhiều ưu điểm bật so với động khác Chiếm ví trí quan trọng ngành tự động hóa kỹ thuật điều khiển logic khả lập trình PLC (Progammable logical controller) Nó phát triển mạnh mẽ ngày chiếm vị trí quan trọng ngành kinh tế quốc dân Kỹ thuật điều khiển có hiệu với máy làm việc độc lập với hệ thống máy sản xuất linh hoạt, phức tạp Dùng PLC có nhiều ưu điểm như: nhỏ gọn, hoạt động xác, tin cậy đặc biệt thay đổi chương trình điều khiển cách dễ dàng Trong thời gian làm tập lớn với đề tài “ Ứng dụng PLC đo, điều khiển cảnh báo tốc độ động với dải đo: [0 ÷ 1500]v/p.” thầy Đỗ Duy Phú hướng dẫn thực Do kiến thức hạn chế, thời gian thực gắn, chưa thực nghiệm thực tế nên nhiều thiếu sót… Mong thầy góp ý để chúng em hồn thiện tập lớn tốt sau CHƯƠNG I: I.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mục đích chọn đề tài Hiện ngành công nghiệp ứng dụng tự động hóa vào trình sản xuất nhằm tạo suất cao, hạ giá thành sản phẩm, giảm sức lao động người Việc ứng dụng PLC vào điều khiển q trình cơng nghệ làm cho việc thiết kế, lắp đặt, giám sát trở lên đơn giản đem lại hiệu cao PLC có khả lập trình q trình phức tạp, sửa đổi chương trình dễ dàng Ứng dụng PLC biến tần động sử dụng nhiều, giúp cho việc điều khiển động phù hợp với yêu cầu sử dụng, tiết kiệm lượng Trong đề tài đề cập đến việc “Ứng dụng PLC đo, điều khiển cảnh báo tốc độ động với giải đo: [01500] v/p.” Trong đó: Các nút ấn START, STOP: để khởi động dừng hệ thống Đèn RUN: Báo hệ thống làm việc Đèn SLA: Cảnh báo tốc độ thấp Đèn SHA: Cảnh báo tốc độ cao I.1.1 Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài điều khiển chạy/dừng động cảnh báo tốc độ động ngưỡng cao, thấp hay bình thường ngưỡng đặt trước thay đổi, tốc độ động phản hồi từ encoder Việc thay đổi tốc đọ động biến tần yếu tố bên tác động I.1.2 Giới hạn nghiên cứu đề tài Do kiến thức, thời gian, kinh nghiệm thực tế hạn chế nên đề tài thực dạng thiết kế mơ hình động cơng suất nhỏ encoder 1000 xung/vòng I.1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Điều khiển tự động xu phát triển tất yếu lĩnh vực công nghiệp sinh hoạt ưu điểm vượt trội Kết hợp xây dựng hệ thống điều khiển tự động với thiết bị điện tử cơng suất có ý nghĩa khoa học lớn việc xây dựng hệ thống tự động hoàn chỉnh chức lẫn hiệu kinh tế Đề tài “Ứng dụng PLC đo, điều khiển cảnh báo tốc độ động với dải đo: [0 ÷ 1500]v/p.” theo hướng phát triển cho hệ thống đo, điều khiển cảnh báo tốc độ động cơ, thay cho phương pháp coi nỗi thời I.2 Phương pháp đo Có phương pháp dùng để đo tốc độ, tùy vào mục đích sử dụng để đo tốc độ vòng quay động xác I.2.1 Phương pháp đo tiếp xúc Đây phương pháp cũ phương pháp đo tốc độ Tốc độ vòng quay vật cần đo cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu điện, tín hiệu thiết bị phân tích hiển thị Phương pháp đo sử dụng thường xuyên chủ yếu dùng cho vật có vận tốc quay thấp Sự bất lợi phương pháp đo tốc độ quay tải phụ thuộc nhiều vào lực tiếp xúc Ngoài ra, phương pháp đo khơng thể đo cho vật có kích thước nhỏ Nếu tốc độ vòng quay lớn cảm biến bị trượt I.2.2 Phương pháp đo không tiếp xúc (đo phản quang) Tốc độ vòng quay đo cách đo thời gian chùm tia phản xạ vật cần đo Thiết bị phát chùm tia hồng ngoại, chùm tia ánh sáng bị phản xạ lại vật cần đo phản quang dán vật cần đo Chú ý khoảng cách lớn phản quang thiết bị đo không vượt 350nm Phương pháp đo cao cấp phương pháp đo tiếp xúc Tuy nhiên, lúc ta dán phản quang lên vật cần đo Phương pháp đo tốc độ động thông dụng dùng cảm biến quang hay gọi encoder Tín hiệu từ encoder tạo dạng xung vng có tần số thay đổi phụ thuộc vào tốc độ động Do xung vuông đưa vào vi xử lý để đếm số xung khoảng thời gian cho phép từ ta tính giá trị vận tốc động I.2.3 Phương pháp đo tốc độ sử dụng tần số thấp Dựa vào nguyên lý tần số chớp, vật thể đứng yên mắt người quan sát tần số chớp tốc độ cao đồng với di chuyển vật Phương pháp đo có đặc tính bật phương pháp khác là: phương pháp đo đo cho vật nhỏ đo nơi ta không chạm đến Không cần thiết phải dán phản quang lên đồ vật Ví dụ ta khơng cần thiết phải dừng lại quy trình sản xuất Ngồi ra, phương pháp đo khơng đo tốc độ mà đo rung theo dõi chuyển động ví dụ như: màng rung, màng loa Từ ưu điểm, nhược điểm phương pháp đo nhóm chúng em thống dùng phương pháp đo không tiếp xúc (đo phản quang) để tực đề tài Cụm sử dụng encoder I.3 Tìm hiểu encoder I.3.1 Khái niệm Encoder loại cảm biến vị trí, đưa thơng tin góc quay dạng số mà không cần đến ADC Encoder sử dụng để quản lý vị trí góc đĩa quay, đĩa quay bánh xe, trục động cơ, thiết bị quay cần xác định vị trí góc I.3.2 Cấu tạo Đĩa quay khoét lỗ gắn vào trục quay Một đèn Led làm nguồn phát sáng mắt thu quang điện bố trí thẳng hàng Mạch khuếch đại tín hiệu Nguyên lý hoạt động Nguyên lý Encoder đĩa tròn xoay quanh trục HÌNH 1.1 Ngun lí hoạt động encoder Trên đĩa có lỗ, người ta dùng đèn Led để chiếu lên mặt đĩa Khi quay đĩa, người ta đặt mắt thu Cứ lần mắt thu nhận tín hiệu từ led, Encoder trả xung I.4 Tìm hiểu PLC I.4.1 Khái quát chung PLC PLC (programmable logic controller) loại máy tính điều khiển chuyên dụng, cho phét thực linh hoạt thuật tốn điều khiên logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Cũng giống PLC họ khác, PLC s7-1200 gồm phận : xử lý, nhớ, nguồn, giao tiếp xuất – nhập HÌNH 1.2 Cấu tạo chung PLC - Bộ xử lý gọi xử lý trung tâm (CPU) chứa vi xử lý, biên dịch tín hiệu nhập, thực hoạt động điều khiển theo chương trình lưu nhớ PLC, truyền định dạng tín hiệu đến thiết bị xuất - Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC 24V cần thiết cho xử lý mạch điện modune giao tiếp nhập xuất hoạt động - Bộ nhớ nơi lưu giữ chương trình sử dụng cho hoạt động điều khiển kiểm soát vi xử lý - Các thành phần nhập xuất (input-output) nơi nhớ nhận thông tin từ thiết bị ngoại vi truyền thông tin đến thiết bị điều khiển Tín hiệu nhập từ cơng tắc, cảm biến…Các thiết bị xuất cuộn dây khởi động động cơ, van solenoid I.4.2 Giới thiệu PLC S7-1200 CPU 1214 AC/DC/Rly HÌNH 1.3 Cấu tạo ngồi PLC S7-1200 Đặc điểm bật CPU 1214C Chức CPU 1214c Chức CPU 1214c Kích thước vật lý (mm) 110x100x75 Các ngõ xung Bộ nhớ người dùng • • • I/O tích hợp cục • • 50kB • 2MB • 2kB Bộ nhớ làm việc Bộ nhớ nạp Bộ nhớ giữ lại Kiểu số • Kiểu tương tự Bộ nhớ bit (M) Độ mở rộng module tín hiệu Các module truyền thơng Các đếm tốc độ cao • Đơn pha • Vng pha • 14 ngõ vào / • 10 ngõ ngõ 8192 byte (mở rộng bên trái) Thẻ nhớ PROFINET • cổng 100kHz cổng 30kHz • cổng 80kHz cổng 20kHz Thẻ nhớ SIMATIC cổng Ethernet Tốc độ thực thi tính tốn thực 18µs/lệnh Tốc độ thực thi Boolean 0.1µs/lệnh Đấu dây Chúng ta cấp nguồn 220VAC cho PLC thơng số điện áp thể hình HÌNH 1.4 Sơ đồ đấu dây S7-1200 AC/DC/Rly Có hai kiểu đấu : • Kiểu “sinking inputs” đấu “ - ” vào chân chung 1M • Kiểu “sourcing inputs” đấu “ + ”vào chân chung 1M Các ngõ Rơle 24VDC hay 220VAC Tùy theo yêu cầu thực tế mà ta nối nguồn khác để phù hợp với ứng dụng Nguyên lý hoạt động: PLC S7-1200 hoạt động theo nguyên tắc vòng lặp gọi chu kì qt HÌNH 1.5 Mơ tả chu kì quét PLC Khi thực quét đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ thiết bị vào cảm biến, cơng tắc…Trạng thái tín hiệu vào lưu tạm vào mảng nhớ Trong suốt thời gian quét chương trình, xử lý quét lệnh chương trình điều khiển, sử dụng trạng thái tín hiệu vào mảng nhớ để xác định đầu đáp ứng hay không Kết cuối trạng thái đầu ghi vào mảng nhớ, PLC cấp ngắt điện cho mạch để điều khiển thiết bị ngoại vi I.4.3 Ngơn ngữ lập trình Ngơn ngữ lập trình LAD (ladder logic) Chương trình LAD bao gồm cột dọc biểu diễn nguồn điện logic với HÌNH 1.6 Cấu trúc ngơn ngữ LAD kí hiệu cơng tắc logic tạo thành nhánh mạch điện logic nằm ngang Ở hình trên, logic điều khiển được biểu diễn tiếp điểm thường mở, tiếp điểm thường đóng đầu relay logic Các kí hiệu tiếp điểm dùng để xây dựng lên mạch logic nào: kết hợp nhiều mạch logic biểu diễn mạch điều khiển cho ứng dụng có logic điều khiển phức tạp Các quy ước ngôn ngữ lập trình LAD: Các đường dọc sơ đồ biểu diễn đường công suất, mạch kết nối với đường dây Mỗi lấc thang (thanh ngang) xác định hoạt động trình điều khiển Sơ đồ thang đọc từ trái sáng phải từ xuống Khi chế đọ hoạt động, PLC từ đầu đến cuối chương trình sau lặp lặp lại nhiều lần Mỗi nấc thang bắt đầu với nhiều ngõ vào kết thúc với ngõ Thiết bị xuất nhiều nấc thang Có thể có rơle đóng nhiều thiết bị Các ngõ vào nhận biết theo địa chúng Kí hiệu tùy theo nhà sản xuất quy định 10 CHƯƠNG II: II.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG Tính chọn thiết bị II.1.1 Lựa chọn động Chọn động điện pha 0.18kW, tốc độ 3000 vòng/phút, điện áp 220/380 V, dòng điện 0.7/1.2 A đấu Y/ Δ, tần số 50Hz II.1.2 Lựa chọn biến tần • Tên: Biến tần LS SV008iC5 HÌNH 2.7 Động KĐB pha • Điện áp: 200 ~ 230 VAC • Tần số: ~ 400 Hz • Tín hiệu đầu vào: FX (chạy thuận), RX (chạy nghịch), RST(reset lỗi), JOG, đầu vào chức • Ngõ vào analog: ~ 10V, ~ 20mA • Điều khiển hồi tiếp PID: có HÌNH 2.8 Biến tần IC5 • Các cấp tốc độ: cấp tốc độ • Chức bảo vệ : Ngắt II.1.3 Lựa chọn encorder Encoder 1000 Xung Omron E6B2-CWZ6C • Model: Omron E6B2-CWZ6C 1000 p/r • Điện áp sử dụng: 5~24VDC • Dòng tiêu thụ: max 80mA • Số xung: 1000 xung / vòng (1000 p/r) • Số kênh xung: kênh xung riêng biệt A, B, HÌNH 2.9 Encoder E6B2-CWZ6C Z 14 • Tần số đáp ứng tối đa: 100Khz • Dạng ngõ xung: NPN cực thu hở (cần mắc trở treo lên VCC để tạo mức cao (High)) • Đường kính trục: 6mm • Đường kính thân: 40mm II.1.4 Lựa chọn PLC • Chọn PLC hãng Siemens loại S7-1200 AC/DC/Rly • Để đo, điều khiển cảnh báo tốc độ động II.1.5 Lựa chọn nút ấn • Lựa chọn nút ấn Start (thường mở) Stop (thường mở) II.1.6 Lựa chọn đèn báo • Lựa chọn đèn báo: đèn báo LED HÌNH 2.10 Nút nhấn 24VDC II.2 Xây dựng toán II.2.1 Xây dựng sơ đồ khối Máy tính HÌNH 2.11 Đèn báo 24V PLC Biến tần Động y tính Máy tính Encoder HÌNH Sơ đồ khối nguyên lý Biến tần Khối encoder: lấy thông tin tốc độ động đưa module tương tự 15 Khối PLC: khối đọc tín hiệu từ module tương tự (tín hiệu chuyển đổi dạng số) báo về, xử lý tín hiệu số theo chương trình có sẵn VXL Khối máy tính: khâu giám sát, môi trường trao đổi liệu người vận hành khâu xử lý trung tâm Khối biến tần: nhận tín hiệu điều khiển từ PLC để điều khiển tốc độ động bơm nước hệ thống Khối động cơ: gồm động bơm pha II.2.2 Mô tả công nghệ Nhấn Start động chạy thuận, đồng làm quay encoder Chân I0.0 PLC đếm số xung mà encoder giây Sau dựa vào số đếm tính tốn tốc độ động đem so sánh tốc độ với ngưỡng cài đặt (có thể thay đổi được) để đưa mức cảnh báo tốc độ bình thường, thấp cao II.2.3 Bảng địa vào/ra INPUT OUTPU T BIT_M Tên biến Kiểu liệu Địa Mô tả START Bool %I0.2 Chạy hệ thống STOP Bool %I0.3 Dừng hệ thống LAMP_RUN Bool %Q0.0 Đèn báo hệ thống SLA Bool %Q0.1 Đèn cảnh báo tốc độ thấp SHA Bool %Q0.2 Đèn cảnh báo tốc độ cao RUN_THUA N Bool %Q0.3 Động chạy thuận START_M Bool %M0.0 Chạy hệ thống wincc STOP_M Bool %M0.1 Dừng hệ thống wincc RUN_M Bool %M0.2 Đèn báo trung gian Xung_reset Bool %M0.3 Reset HSC sau giây Xung_encode r DWord %ID100 Số xung encoder trả So_xung Real %MD2 value_hsc DInt %MD6 Toc_do Real %MD10 Số vòng/phút động Canh_bao Bool %M0.4 Tổng hợp tín hiệu có cảnh 16 báo 17 II.2.4 Sơ đồ đấu dây mạch động lực HÌNH 2.12 Sơ đồ đấu dây mạch lực II.2.5 Sơ đồ đấu dây mạch điều khiểu HÌNH 2.13 Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển II.3 Xây dựng lưu đồ thuật tốn HÌNH Lưu đồ thuật toán II.4 Xây dựng phần mềm II.4.1 Cấu hình phần cứng PLC Khởi tạo HSC Sau khởi tạo đếm HSC 1, ta chuyển sang Function : -Trong “Type of count” ta chọn kiểu đếm Count -Trong “Operating phase” chọn chức đếm: + pha + pha + pha với ngõ vào xung + pha với ngõ vào xung lệch 90 độ -‘User program’ cho người dùng tự điều khiển chuyển hướng HSC -‘Initial counting direction’ gồm có đếm tiến ( count up) đếm lùi (count down) - Địa đầu vào HSC - Địa lưu trữ giá trị đếm ID1000 Tạo chu kì ngắt giây để xử lí xung encoder II.4.2 Chương trình điều khiển Khối chương trình ngắt Khối chương trình II.4.3 Màn hình giao diện điều khiển HMI ( Wincc Professional) HÌNH 2.14 Giao diêm điều khiển giám sát CHƯƠNG III: KẾT QUẢ ĐỀ TÀI III.1 Kết nghiêng cứu lý thuyết HÌNH HÌNH 3.153.16 Kết Kết quả tốc khiđộ tốcbình độ thấp thường HÌNH 3.17 Kết tốc độ cao III.2 Kết nghiêng cứu thực nghiệm Do vấn đề kinh phí, thời gian thiết bị để thực nghiệm nên nhóm em dừng lại việc nghiêng cứu lý thuyết mô phần mền III.3 Kết luận hướng phát triển 1, Kết luận Đề tài “ Ứng dụng PLC đo, điều khiển cảnh báo tốc độ động với dải đo: [0 ÷ 1500]v/p.” bước đầu hoàn thiện đáp ứng yêu cầu đề tài Qua nghiêng cứu đề tài chúng em học được: Các bước thực đề tài Nhắm bắt bước giải toán thực tế Nâng cao kĩ làm việc nhóm …………… Nhưng việc chưa làm Chưa có mơ hình thực tế để thực nghiệm 2, Hướng phát triển Trong trình nghiêng cứu tìm hiểu thực tế Nhóm chúng em có vài đề xuất hướng phát triển đề tài để phù hợp với thực tế sau: Điều chỉnh ổn định tốc độ động Điều khiển động quay thuận, nghịch Thay đổi tốc độ động hình HMI Cảnh báo tải, động gặp cố…