Thiết kế hệ thống điều khiển máy trộn liệu

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Máy Trộn Liệu
Tác giả	Huỳnh Tấn Lân
Người hướng dẫn	TS. Trương Minh Tấn
Trường học	Trường Đại Học Quy Nhơn
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện – Điện Tử
Thể loại	Đồ Án Môn Học
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Quy Nhơn

Định dạng
Số trang	60
Dung lượng	1,25 MB

Cấu trúc

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với tốc độ phát triển của khoa học kỹ thuật nhằm mục đích đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Đặc biệt là mảng tự động hóa. Bên cạnh những ngành công nghiệp khác thì ngành công nghiệp năng lượng những năm gần đây cũng đạt được những thành tựu đáng kể, đáp ứng được nhu cầu của đất nước. Cùng với sự phát triển của hệ thống năng ượng quốc gia, ở nước ta nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. Hiện nay nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ đời sống nhân dân được nâng cao, để cải thiện hiệu quả cho các quá trình sản xuất. Các hệ thống điều khiển giám sát giúp cho việc quản lý, giám sát và vận hành một hệ thống an toàn, đảm bảo chất lượng đầu ra cũng như giảm chi phí. Trong môn học “Điều khiển Logic”, em đã được học các kiến thức về lập trình một hệ thống tự động hóa bằng PLC Và để hiểu rõ hơn về môn học, em đã chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển máy trộn liệu”. Máy trộn tự động là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống nhà máy công ty xí nghiệp nên việc giám sát và điều khiển nó là rất cần thiết và yêu cầu độ chính xác, an toàn cao.
CHƯƠNG 1. TÌM HIỀU VỀ HỆ THỐNG PHA TRỘN TỰ ĐỘNG
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN.
1.1.1. Lịch sử phát triển ngành sơn thế giới.
Sơn (hoặc có thể gọi là chất phủ bề mặt) được dùng để trang trí mỹ thuật hoặc bảo vệ các bề mặt vật liệu cần sơn. Sơn đã được loài người cổ xưa chế biến từ các vật liệu thiên nhiên sẵn có để tạo các bức tranh trên nền đá ở nhiều hang động nhằm ghi lại hình ảnh sinh hoạt cuộc sống thường ngày mà ngành khảo cổ học thế giới đã xác định được niên đại cách đây khoảng 25.000 năm. Ai Cập đã biết chế tạo sơn mỹ thuật từ năm 3000 – 600 trước công nguyên Hy Lạp và La Mã đã chế tạo sơn dầu béo vừa có tác dụng trang trí vừa có tính chất bảo vệ các bề mặt cần sơn trong thời kỳ năm 600 trước công nguyên đến năm 400 sau công nguyên và mãi đến thế kỷ 13 sau công nguyên các nước khác của Châu Âu mới biết đến công nghệ sơn này và đến cuối thế kỷ 18 mới bắt đầu có các nhà sản xuất sơn chuyên nghiệp do yêu cầu về sơn tăng mạnh.
Cuộc cách mạng kỹ thuật của thế giới đã tác động thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp sơn từ thế kỷ 18 nhưng chất lượng sơn bảo vệ và trang trí vẫn chưa cao vì nguyên liệu chế tạo sơn đi từ các loại dầu nhựa thiên nhiên và các loại bột màu vô cơ có chất lượng thấp.
Ngành công nghiệp sơn chỉ có thể phát triển nhảy vọt khi xuất hiện trên thị trường các loại nhựa tổng hợp tạo màng sơn cùng với các loại bột màu hữu cơ chất lượng cao và nhất là sự xuất hiện của sản phẩm bột màu trắng đioxit titan (TiO2) là loại bột màu chủ đạo, phản ánh sự phát triển của công nghiệp sơn màu. Các mốc phát triển công nghiệp sơn (được khởi đầu từ thế kỷ 20 đến cuối thế kỷ 20) có thể được phản ánh như sau:
Năm 1923: nhựa Nitrocellulose, alkyd
Năm 1924: Bột màu TiO2
Năm 1928: Nhựa Phenol tan trong dầu béo
Năm 1930: Nhựa Amino Urea Formaldehyde
Năm 1933: Nhựa Vinyl Clorua đồng trùng hợp
Năm 1934: Nhựa nhũ tương trong gốc dầu
Năm 1936: Nhựa Acrylic nhiệt rắn
Năm 1937: Nhựa Polyurethan
Năm 1939: Nhựa Amino melamin Formaldehyde
Năm 1944: Sơn gốc Silicone
Năm 1947: Nhựa Epoxy
Năm 1950: Nhựa PVA và Acrylic laquer
Năm 1955: Sơn bột tĩnh điện
Năm 1958: Sơn xe hơi gốc Acrylic laquer sơn nhà gốc nhựa latex
Năm 1960: Sơn công nghiệp gốc nước
Năm 1962: Sơn điện di kiểu Anode
Năm 1963: Sơn đóng rắn bằng tia EB và UV
Năm 1971: Sơn điện di kiểu catode
Trong tương lai, thách thức của ngành công nghiệp sơn toàn cầu phải giải quyết bài toán quen thuộc là tìm được giải pháp cân bằng giữa một bên là sức ép về chi phí của năng lượng, nguyên liệu và đáp ứng quy định luật an toàn môi trường của chính phủ với một bên là yêu cầu của thị trường là chất sơn phải hoàn hảo với giá cả tốt nhất. Các thách thức này sẽ tạo ra nhiều cơ hội cho ngành sơn công nghiệp thế giới nghiên cứu và triển khai các giải pháp công nghệ mới, nguyên liệu mới và sản phẩm mới đó chắc chắn cũng là tác động tích cực đối với sự phát triển hơn nữa của ngành công nghiệp này.
1.1.2. Lịch sử phát triển ngành sơn Việt Nam.
Ở Việt Nam, cha ông ta từ gần 400 năm trước đã biết dùng sơn ta từ cây sơn mọc tự nhiên chế biến thành sơn trang trí và bảo vệ cho chất lượng gỗ của các pho tượng thờ, các tấm hoành phi câu đối “sơn son thiếp vàng”, lớp sơn bảo vệ này chất lượng hầu như không thay đổi sau hàng trăm năm sử dụng, sơn ta đến nay vẫn được coi là nguyên liệu chất lượng cao dùng cho ngành tranh sơn mài được ưa chuộng cả trong và ngoài nước hoặc một số loại dầu béo như: dầu chẩu và dầu lai hoặc nhựa thông từ cây thông ba lá mọc tự nhiên tại Việt Nam, từ lâu đã được người dân chế biến thành dầu bóng (clear – varnish) gọi nôm na là “quang dầu” dùng trang trí và bảo vệ cho “nón lá” hoặc “đồ gỗ”, nội ngoại thất.
Tuy nhiên, việc sử dụng sơn nói trên chỉ mang tính chất tự phát từ nhu cầu đời sống thường ngày, đến năm 1913 - 1914 ở Việt Nam mới xuất hiện một xưởng sơn dầu ở Hải Phòng do người Pháp mở mang nhãn hiệu TESTUDO , tiếp sau đó vài năm hãng sơn Việt Nam đầu tiên “Công ty sơn Nguyễn Sơn Hà” được thành lập và tiếp theo có các hãng sơn ở Hà Nội là Thăng Long, Gecko. Trong đó cần chú ý là loại sơn RESISTANCO của hãng sơn Nguyễn Sơn Hà rất được người tiêu dùng trong và ngoài nước ưa chuộng, đây có thể nói là hãng sơn đầu tiên lớn nhất tại Việt Nam lúc ấy và còn để lại giấu ấn lịch sử tới ngày nay là Công ty cổ phần sơn Hải Phòng phát triển từ mảnh đất mang tên Xí nghiệp sơn Phú Hà (hậu duệ sau này của ông Nguyễn Sơn Hà). Vì vậy có thể nói rằng: ông Nguyễn Sơn Hà chính là ông tổ ngành sơn Việt Nam.
Ngành sơn Việt Nam sau khi đạt được sự phát triển ổn định từ khi thành lập, giai đoạn từ năm 2000 đến năm 2007 là quá trình phát triển với tốc độ cao cùng với sự tăng trưởng không ngừng của nền kinh tế Việt Nam với các đặc điểm phát triển như sau:
Phát triển mạnh về sản lượng và chủng loại sơn: Sơn trang trí chiếm tỉ trọng lớn, tăng trưởng trung bình 25%/năm, sơn tàu biển, bảo vệ, sơn công nghiệp ngày càng phát triển theo yêu cầu thị trường (xem bảng số liệu các năm 1995 đến 2007 về phát triển thị trường sơn Việt Nam do Hiệp hội sơn và mực in Việt Nam – VPIA công bố).
Đến năm 2007 đã có mặt tại Việt Nam hầu hết các hãng sơn lớn của thế giới dưới hình thức đầu tư 100% vốn nước ngoài hoặc gia công hợp tác sản xuất với các công ty Sơn Việt Nam. Bên cạnh đó, nhiều công ty Sơn Việt Nam (dạng cổ phần hoặc tư nhân 100% vốn Việt Nam cũng mạnh dạn mở rộng hoặc xây mới nhà máy, đầu tư thiết bị công nghệ mới, nâng cao chất lượng sản phẩm sơn cạnh tranh thị trường theo yêu cầu người tiêu thụ. Có thể nói sự phát triển với tốc độ cao về sản lượng công nghệ mới và nâng cao chất lượng sản phẩm đã tạo ra bức tranh ngoạn mục của phát triển ngành sơn Việt Nam trong giai đoạn này. Sự phân chia thị trường các loại sơn tại Việt Nam đến năm 2007 đã đạt mức quân bình kiểu “tám lạng nửa cân” giữa các thương hiệu lớn không phân biệt “nước ngoài” hay “nội địa” có thể kể ra như sau:
Về sơn trang trí: 4 ORANGES - AKZO (ICI) DECORATIVE –NIPPON – KOVA – TISON BẠCH TUYẾT – SƠN TỔNG HỢP…
Về sơn tàu biển và bảo vệ: INTERPAINTS – SƠN HẢI PHÕNG – SƠN JOTUN –SƠN Á ĐÔNG – SƠN HẢI ÂU…
Về sơn đồ gỗ: AKZO INDUSTRY COATINGS – ĐẠI HƯNG –VALSPA SHERWIN WILLIAMS – ĐẠI KIỀU – HÓA KEO BÌNH THẠNH– XUÂN AN –DUY HOÀNG …
Về sơn bột: AKZO CHANG CHENG – JOTUN- ĐẠI PHÖ – TÂN NAM PHÁT – Á ĐÔNG – SƠN TỔNG HỢP HÀ NỘI
Về sơn coil (tấm lợp): Á ĐÔNG – AKZO INDUSTRY COATINGS – PPG COATIGS – BECKER – KCC YUNGCHI…
Về các loại sơn khác (ví dụ: Sơn ô tô OEM, sơn sàn, sơn kẻ đường, sơn can, sơn plastic…) các thương hiệu: Sơn tổng hợp Hà Nội, Nippon, PPG, KOVA, Sơn Hải Phòng…
Dòng sản phẩm với công nghệ mới nhất của thế giới và khu vực là sơn trang trí gốc nước sử dụng bột dioxit titan (TiO2) nano chất lượng cao đã được nhiều hãng sơn tại Việt Nam sản xuất bán ở thị trường hoặc các loại sơn công nghiệp gốc nước từ Epoxy, Polyurethan chất lượng cao cũng đã được sản xuất bán ra thị trường theo xu hướng sản phẩm thân thiện môi trường. Tuy nhiên, số lượng yêu cầu sử dụng chưa nhiều do giá sản phẩm còn cao.
Số lượng nhà sản xuất sơn bắt đầu tăng trưởng mạnh: năm 2002 có 60 doanh nghiệp – năm 2004: 120 doanh nghiệp – năm 2006: 168 doanh nghiệp – năm 2008: 187 doanh nghiệp – năm 2009 (theo số thống kê cập nhật chưav được kiểm tra): khoảng 250 doanh nghiệp.
Nhận xét chung về thị phần và phân chia thị phần sơn Việt Nam thấy rằng:
Cho đến năm 2008 các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài (khoảng hơn 30 doang nghiệp) vẫn chiếm 60% thị phần, 40% còn lại là phần các doanh nghiệp Việt Nam.
Sơn trang trí chiếm tỉ trọng lớn về thể tích (64 – 66%) tổng sản lượng nhưng lại có giá trị thấp, ứng với (41 – 45%) về trị giá.
Với đặc điểm phát triển tốc độ cao trong giai đoạn này có mức tăng trưởng trung bình 15 – 20% năm, số lượng Doanh nghiệp sản xuất sơn ngày càng gia tăng Việt Nam trở thành “điểm nóng” thu hút đầu tư của các nước trong khu vực và quốc tế vào ngành công nghiệp sơn. Hiệp hội ngành nghề sơn - mực in Việt Nam (tên giao dịch VPIA) được thành lập 25/4/2008 từ tổ chức tiền thân là phân hội sơn - mực in thuộc Hội hóa học – Tp.Hồ Chí Minh. Ngay năm đầu tiên thành lập, tính đến 21/4/2009 VPIA đã quy tụ 112 Hội viên Doanh nghiệp có liên quan đến ngành nghề (trong số 71 Hội viên là doanh nghiệp sản xuất có: 54 doanh nghiệp sản xuất sơn, 10 doanh nghiệp sản xuất mực in, 7 doanh nghiệp sản xuất nguyên liệu và thiết bị sản xuất sơn) VPIA là thành viên chính thức của tổ chức APIC (Hội đồng quốc tế sơn Châu Á) gồm 17 Hiệp hội sơn các nước trong khu vực. Hiện nay, trong bối cảnh khủng hoảng kinh tế toàn cầu VPIA đang bước đầu hội nhập vào con đường hoạt động chuyên nghiệp, với nhận định của các chuyên gia kinh tế có uy tín của thế giới, nền kinh tế Việt Nam sẽ sớm phục hồi và có thể gữ mức tăng trưởng trên 3% năm 2009, riêng ngành công nghiệp sơn vẫn đạt mức tăng trưởng mạnh về sơn bảo vệ và tàu biển, sơn trang trí…VPIA hy vọng sẽ hoạt động có hiệu quả trong quá trình bảo vệ lợi ích của Hội viên và đưa ngành sơn mực in Việt Nam hội nhập tốt vào các nước khu vực và quốc tế.
Mô hình của hệ thống pha trộn tự động
Nguyên lý hoạt động của hệ thống
+ Mạch điều khiển
1.2. CẤU TẠO HỆ THỐNG CỦA PHA TRỘN TỰ ĐỘNG.
Hình 1.1. Cấu tạo của hệ thống pha trộn tự động
1.2.1. Bồn chứa.
Hình trụ tròn.
Ba bồn chứa trộn cơ bản: xanh - đỏ - vàng, dung tích các bồn 1 m3.
Bồn chứa chính để trộn, dung tích 50 lít.
1.2.2. Động cơ bơm.
Sử dụng máy bơm sơn APP-2504.
Lưu lượng: 6 lít/phút.
Áp suất mô tơ khí: 20 ~ 100psi.
Đường kính môtơ khí: 85 mm.
Phạm vi nhiệt độ: 4,4 ~ 70oC.
Trọng lượng: 20kg.
Xuất xứ: Đài Loan.
Hình 1.2. Máy bơm APP-2504.
1.2.3. Động cơ trộn.
Động cơ xoay chiều không đồng bộ 1 pha.
Tần số: 50Hz
Công suất: 1,5W
Hình 1.3. Động cơ trộn
1.2.4. Cảm biến mức.
Loại cảm biến báo mức kiểu điện dung SA SERIES.
Nguyên lý hoạt động: Cảm biến đo mức kiểu điện dung hoạt động dựa vào nguyên lý “Cảm ứng điện dụng”, khi cảm biến mức này được đặt trên một bồn chứa, nó sẽ hình thành một trạng thái tụ điện giữa các điện cực và thành bồn chứa. Điện dung của tụ điện này thay đổi tỷ lệ thuận với sự thay đổi mức trong bồn chứa. Qua nhiều mạch chia thanh, cộng hưởng… tín hiệu đầu ra sẽ được chuyển thành dạng tiếp điểm, dòng 4~20mA, điện áp… tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng.
Tính năng:
Không chứa các bộ phần dịch chuyển, cảm biến sẽ không bị ảnh hưởng bởi ma sát, do đó phù hợp với đo mức cho cả chất lỏng và chất rắn và mẫu mã đa dạng, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.
Nhiệt độ làm việc: -20 ~ 200°C, Max. 800°C.
Độ nhạy: 10pf, 20pf và 40pf, có thể điều chỉnh được.
Thiết kế thêm tính năng điều chỉnh độ trễ, cho phép khoảng điều chỉnh từ 0 ~6 giây.
Điện áp làm việc: 110V/220VAC hoặc 24VDC.
Tùy chọn đầu ra: NPN transistor, 5A/250VAC and 5A/240VAC SPDT contact.
Kiểu kết nối: kiểu ren 1" NPT, hoặc theo yêu cầu của khách hàng.
Cấp bảo vệ: IP65 hoặc phòng nô explosion-proof.
Hình 1.4. Cảm biến mức SA SERIES
1.2.5. Van đóng mở.
Hệ thống van đóng mở bằng tay tại các đường ống.
Sử dụng van điện từ 2W 160-15 NC để lấy sơn từ bồn chính.
Điện áp điều khiển 380VAC/220VAC/110VAC/24VAC.
Vật liệu làm thân van là đồng thau.
Nhiệt độ môi trường làm việc: -5 ~ 80oC.
Áp suất chịu được tối đa 1Mpa.
Kiểu hoạt động: Tác động trực tiếp, NC (thường đóng).
Hình 1.5. Van điện từ 2W 160-15 NC.
1.2.6. Rơ le.
Dùng rơle trung gian Omron LY2N DC24 để đóng, ngắt động cơ bơm, trộn.
Điện áp cuộn dây: 24VDC.
Thời gian đóng, ngắt: 25ms.
Tần số hoạt động: 1800 lần/giờ.
Tuổi thọ đóng, ngắt trung bình: 500 nghìn lần.
Nhiệt độ môi trường làm việc: -25oC ~ 70oC.
Điện trở cách điện: 100M Ω.
Số cực: 2 cực.
Hình 1.6. Rơ le trung gian Omron LY2N DC24.
1.2.7. Đèn báo trạng thái.
Sử dụng đèn màu xanh dương để báo đang trong quá trình trộn.
Sử dụng đèn màu đỏ để báo dừng quá trình trộn.
Sử dụng đèn màu xanh lá cây để báo đầy sơn ở mỗi bồn chứa.
Sử dụng đèn màu vàng để báo hết sơn ở mỗi bồn chứa.
Hình 1.7. Đèn báo trạng thái.
1.2.8 Aptomat một pha.
Aptomat là một từ có nguồn gốc từ tiếng Nga, trong từ tiếng Anh nó được gọi là Circuit Bkeaker (viết tắt là CB). Là một thiết bị điện dùng để tự động cắt các mạch điện bảo vệ hệ thống hay các thiệt bị điện tránh khỏi trường hợp bị ngắn mạch , sụt áp,...Aptomat còn được sử dụng để đóng cắt không thường xuyên các mạch làm việc ở chế độ bình thường, giúp bảo vệ các thiết bị điện.
Cấu tạo của Aptomat có các bộ phận chính sau:
* Bộ tiếp điểm
* Bộ dập hồ quang
* Cơ cấu truyền động cắt Aptomat
* Móc bảo vệ
- Aptomat MCB Miniature Circuit Bkeaker
1.2.9. Van điện từ.
* Cấu tạo của van điện từ
Hình 1.9. Van điện từ.
1. Thân van: bằng đồng hoặc inox
2. Môi chất: Chất lỏng (nước, dầu) hoặc khí (khí nén, gas, v,v)
3. Ống rỗng (Chưa có lưu chất qua)
4. Vỏ ngoài cuộn hít (Bảo vệ cuộn điện)
5. Cuộn từ (Cuộn dây sinh từ)
6. Dây điện kết nối với nguồn điện bên ngoài
7. Trục van làm kín
8. Lò xo
9. Khe hở giúp lưu chất đi qua
* Phân loại van điện từ
- Van điện từ thường đóng
- Van điện từ thường mở
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG.
2.2. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH S7-200.
2.2.1. Cấu hình cứng:
PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Control, đây là thiết bị điều khiển logic
lập trình được, hay khả trình, nó cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình.
S7-200 là thiết bị của hãng siemens, cấu trúc theo kiểu modul có các modul mở rộng.
2.2.2. Cấu trúc của CPU 224 gồm:
2.2.3. Mô tả các đèn báo trên PLC S7-200:
2.2.4. Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC.
2.2.5. Chỉ định tương tự.
2.2.6. Nguồn nuôi bộ nhớ và pin.
2.3. CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH TRONG PLC S7-200.
Các chương trình trong PLC S7-200 có cấu trúc bao gồm chương trình chính (main program) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt.
Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình MEND.
2.4. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH S7-200
2.4.1. Phương pháp lập trình.
2.4.2. Định nghĩa về LAD:
2.5. THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH.
2.6 TẬP LỆNH LẬP TRÌNH PLC SIEMENS S7-200
2.6.1. Tiếp điểm thường mở
2.6.2. Tiếp điểm thường đóng
2.6.3. Lệnh out
2.6.4. Lệnh set
2.6.5 Lệnh reset
2.6.6 Bộ định thời timer
- Khi ngõ vào chân IN lên mức 1 thì bộ định thời Ton hoạt động đếm thời gian, khi thời gian đếm được lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PT thì các tiếp điểm của bộ định thời tác động. Các tiếp điểm thường mở sẽ đóng lại và các tiếp điểm thường đóng sẽ mở ra
2.6.7 Lệnh ưu tiên cho set
2.6.8 Lệnh ưu tiên cho reset
2.6.9 Lệnh các bit đặc biệt
2.7. GIỚI THIỆU VỀ TIMER VÀ COUNTER
2.7.1. Lệnh điều khiển Timer.
Timer tạo thời gian trễ không có nhớ có nghĩa là khi tín hiệu logic vào IN ở mức 0 thì Timer sẽ bị reset. Timer Txx này có thể Reset bằng 2 cách đó là cho tín hiệu logic vào bằng 0 hoặc dùng lệnh R Txx (trong STL) để Reset lại Timer Txx. Timer này được dùng để tạo thời gian trễ trong một thời gian liên tục kí hiệu là TON.
Timer tạo thời gian trễ có nhớ nghĩa là khi tín hiệu logic vào IN ở mức 0 thì Timer này không chạy nữa, nhưng khi tín hiệu lên mức cao lại thì Timer lại tiếp tục chạy tiếp. Timer này có thể Reset bằng cách dùng lệnh R Txx (trong STL) để Reset lại Timer Txx. Timer này được dùng để tạo thời gian trễ trong một thời gian gián đoạn (trong nhiều khoảng thời gian khác nhau) kí hiệu là TONR.
Timer có những tính chất sau:
Cú pháp khai báo sử dụng Timer trong LAD như sau:
2.7.2. Lệnh điều khiển Counter.
2.8. CỔNG TRUYỀN THÔNG.
2.9 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC
2.9.1 BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC
2.9.2 BỘ XỬ LÍ TRUNG TÂM
2.9.3 BỘ NHỚ
2.9.4 KHỐI VÀO/RA
2.9.5. Cấu trúc đơn vị cơ bản.
CHƯƠNG 3. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHATRỘN TỰ ĐỘNG DÙNG PLC S7-200
3.1 PHÂN TÍCH MÔ HÌNH BÀI TOÁN
3.1.1 SƠ ĐỒ MÔ HÌNH HỆ THỐNG “HỆ THỐNG PHA TRỘN TỰ ĐỘNG”
3.1.2 PHÂN TÍCH MÔ HÌNH VÀ NGUYÊN LÍ HỆ THỐNG
3.2. SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHO PLC.
3.3 Thuật toán và Graf
3.4. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN.
3.4.1 Chương trình chính.
CHƯƠNG 4. ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG TRỘN TỰ ĐỘNG BẰNG WINCC
4.1. Giới thiệu tổng quan về WinCC
4.2. Mô hình trộn pha tự động bằng WinCC.
4.3. Vận hành hệ thống điều khiển trộn tự động bằng WinCC.
KẾT LUẬN CHUNG
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nội dung

tốc độ phát triển khoa học kỹ thuật nhằm mục đích đẩy mạnh cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Đặc biệt mảng tự động hóa Bên cạnh ngành cơng nghiệp khác ngành cơng nghiệp lượng năm gần đạt thành tựu đáng kể, đáp ứng nhu cầu đất nước Cùng với phát triển hệ thống ượng quốc gia, nước ta nhu cầu điện lĩnh vực công nghiệp dịch vụ sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Hiện kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ đời sống nhân dân nâng cao, để cải thiện hiệu cho trình sản xuất Các hệ thống điều khiển giám sát giúp cho việc quản lý, giám sát vận hành hệ thống an toàn, đảm bảo chất lượng đầu giảm chi phí Trong môn học “Điều khiển Logic”, em học kiến thức lập trình hệ thống tự động hóa PLC Và để hiểu rõ mơn học, em chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển máy trộn liệu” Máy trộn tự động thiết bị quan trọng hệ thống nhà máy cơng ty xí nghiệp

TÌM HIỀU VỀ HỆ THỐNG PHA TRỘN TỰ ĐỘNG

CẤU TẠO HỆ THỐNG CỦA PHA TRỘN TỰ ĐỘNG

Hình 1.1 Cấu tạo của hệ thống pha trộn tự động

Ba bồn chứa trộn cơ bản: xanh - đỏ - vàng, dung tích các bồn 1 m 3

Bồn chứa chính để trộn, dung tích 50 lít.

Sử dụng máy bơm sơn APP-2504.

Lưu lượng: 6 lít/phút. Áp suất mô tơ khí: 20 ~ 100psi. Đường kính môtơ khí: 85 mm.

1.2.3 Động cơ trộn. Động cơ xoay chiều không đồng bộ 1 pha.

Loại cảm biến báo mức kiểu điện dung SA SERIES.

Cảm biến đo mức kiểu điện dung hoạt động dựa trên nguyên lý "Cảm ứng điện dụng", tạo ra một tụ điện giữa các điện cực và thành bồn chứa Điện dung của tụ điện này thay đổi tỷ lệ thuận với mức chất lỏng trong bồn Thông qua các mạch chia thanh và cộng hưởng, tín hiệu đầu ra được chuyển đổi thành dạng tiếp điểm, dòng 4~20mA, hoặc điện áp, tùy theo nhu cầu sử dụng.

Cảm biến không có bộ phận dịch chuyển giúp loại bỏ ảnh hưởng của ma sát, làm cho chúng lý tưởng cho việc đo mức cả chất lỏng và chất rắn Với thiết kế đa dạng, cảm biến này phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Nhiệt độ làm việc: -20 ~ 200°C, Max 800°C. Độ nhạy: 10pf, 20pf và 40pf, có thể điều chỉnh được.

Thiết kế thêm tính năng điều chỉnh độ trễ, cho phép khoảng điều chỉnh từ 0 ~6 giây. Điện áp làm việc: 110V/220VAC hoặc 24VDC

Tùy chọn đầu ra: NPN transistor, 5A/250VAC and 5A/240VAC SPDT contact. Kiểu kết nối: kiểu ren 1" NPT, hoặc theo yêu cầu của khách hàng.

Cấp bảo vệ: IP65 hoặc phòng nô explosion-proof.

Hình 1.4 Cảm biến mức SA SERIES

Hệ thống van đóng mở bằng tay tại các đường ống.

Sử dụng van điện từ 2W 160-15 NC để lấy sơn từ bồn chính. Điện áp điều khiển 380VAC/220VAC/110VAC/24VAC.

Vật liệu làm thân van là đồng thau.

Nhiệt độ môi trường làm việc: -5 ~ 80 o C. Áp suất chịu được tối đa 1Mpa.

Kiểu hoạt động: Tác động trực tiếp, NC (thường đóng).

Hình 1.5 Van điện từ 2W 160-15 NC.

Dùng rơle trung gian Omron LY2N DC24 để đóng, ngắt động cơ bơm, trộn. Điện áp cuộn dây: 24VDC.

Thời gian đóng, ngắt: 25ms.

Tần số hoạt động: 1800 lần/giờ.

Tuổi thọ đóng, ngắt trung bình: 500 nghìn lần.

Nhiệt độ môi trường làm việc: -25 o C ~ 70 o C. Điện trở cách điện: 100M Ω.

Hình 1.6 Rơ le trung gian Omron LY2N DC24.

Sử dụng đèn màu xanh dương để báo đang trong quá trình trộn.

Sử dụng đèn màu đỏ để báo dừng quá trình trộn.

Sử dụng đèn màu xanh lá cây để báo đầy sơn ở mỗi bồn chứa

Sử dụng đèn màu vàng để báo hết sơn ở mỗi bồn chứa.

Hình 1.7 Đèn báo trạng thái.

Aptomat, hay còn gọi là Circuit Breaker (CB) trong tiếng Anh, là thiết bị điện có nguồn gốc từ tiếng Nga Chức năng chính của aptomat là tự động ngắt mạch điện để bảo vệ hệ thống và thiết bị điện khỏi hiện tượng ngắn mạch và sụt áp Ngoài ra, aptomat cũng được sử dụng để đóng cắt các mạch điện trong chế độ bình thường, góp phần bảo vệ an toàn cho các thiết bị điện.

Cấu tạo của Aptomat có các bộ phận chính sau:

* Cơ cấu truyền động cắt Aptomat

Aptomat MCB Miniature Circuit Bkeaker

– Dòng cắt thường từ 4.5KA, 6KA, 10KA, 15KA

* Cấu tạo của van điện từ

1 Thân van: bằng đồng hoặc inox

2 Môi chất: Chất lỏng (nước, dầu) hoặc khí (khí nén, gas, v,v)

3 Ống rỗng (Chưa có lưu chất qua)

4 Vỏ ngoài cuộn hít (Bảo vệ cuộn điện)

5 Cuộn từ (Cuộn dây sinh từ)

6 Dây điện kết nối với nguồn điện bên ngoài

9 Khe hở giúp lưu chất đi qua

* Phân loại van điện từ

- Van điện từ thường đóng

- Van điện từ thường mở

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200

GIỚI THIỆU CHUNG

Trong ngành sản xuất, việc điều khiển dây chuyền và thiết bị máy móc yêu cầu kết nối các linh kiện như rơle, timer và contactor thành một hệ thống điện điều khiển Tuy nhiên, quá trình thi công, sửa chữa và bảo trì thường gặp khó khăn do chi phí cao và sự phức tạp Khi cần thay đổi hoạt động, việc tìm kiếm một hệ thống điều khiển với giá thành thấp, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng ổn định và linh hoạt là rất cần thiết Hệ thống điều khiển logic có thể lập trình được (PLC) đã ra đời để giải quyết những vấn đề này.

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình Người dùng có thể lập trình PLC để thực hiện một chuỗi sự kiện được kích hoạt bởi các tín hiệu đầu vào hoặc các hoạt động có thời gian trễ PLC được sử dụng để thay thế các mạch relay trong các ứng dụng thực tế Thiết bị này hoạt động bằng cách quét các trạng thái đầu ra và đầu vào, với đầu ra thay đổi tương ứng khi có sự thay đổi ở đầu vào Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hoặc State Logic Hiện nay, nhiều hãng sản xuất PLC nổi tiếng như Siemens, Omron, Mitsubishi Electric, Allen-Bradley và Honeywell.

Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên được ra mắt vào năm 1968 bởi công ty General Moto (Mỹ), nhưng hệ thống này còn đơn giản và cồng kềnh, gây khó khăn cho người dùng Để khắc phục, năm 1969, hệ thống điều khiển lập trình trộn tự động đầu tiên ra đời, nhằm thay thế các hệ thống Relay và dây nối truyền thống Qua thời gian, các nhà thiết kế đã phát triển tiêu chuẩn lập trình giản đồ hình thang, giúp đơn giản hóa quy trình Đến đầu thập niên 1970, hệ thống PLC đã cải tiến với khả năng vận hành thuật toán hỗ trợ và cập nhật dữ liệu Sự phát triển của màn hình máy tính cũng giúp cải thiện giao tiếp giữa người điều khiển và thiết bị Bên cạnh đó, kỹ thuật kết nối các PLC riêng lẻ thành một hệ thống chung đã nâng cao khả năng điều khiển và tốc độ xử lý, đáp ứng các chức năng phức tạp với số lượng cổng vào/ra lớn.

Một PLC tích hợp đầy đủ chức năng như bộ đếm, bộ định thời, các thanh ghi và tập lệnh, cho phép thực hiện nhiều yêu cầu điều khiển khác nhau Hoạt động của PLC hoàn toàn phụ thuộc vào chương trình lưu trữ trong bộ nhớ, liên tục cập nhật tín hiệu đầu vào và xử lý chúng để điều khiển đầu ra hiệu quả.

Người ta chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.

- Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.

- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.

- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.

- Có thể kết nối được với nhau và với các thiết bị khác như: máy tính, nối mạng, các modul mở rộng.

- Giá cả có thể cạnh tranh được.

- Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển bằng máy lập trình cầm tay hoặc máy tính cá nhân.

PLC giúp người điều khiển tiết kiệm thời gian trong việc thay đổi chương trình điều khiển mà không cần nối dây phức tạp, chỉ cần lập trình mới thay thế cho chương trình cũ Sự phổ biến của PLC trong các hệ thống điều khiển ngày càng tăng, do đó, các nhà sản xuất đã cho ra đời nhiều loại PLC với các mức độ thực hiện khác nhau, đáp ứng nhu cầu đa dạng như bộ vi xử lý, chu kỳ xung clock, ngôn ngữ lập trình và khả năng mở rộng số ngõ vào/ra.

Những ưu điểm khi sử dụng bộ điều khiển PLC:

- Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dùng rơle.

- Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, khi chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển.

- Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống.

- Có nhiều chức năng điều khiển khác nhau.

- Tốc độ xử lý cao, công suất tiêu thụ nhỏ.

- Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt.

- Có khả năng mở rộng số lượng đầu vào/ra khi nối thêm các khối vào/ra chức năng.

Giá thành hợp lý và hiệu suất vượt trội đã giúp PLC trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp, từ máy nông nghiệp đến thiết bị y tế Việc áp dụng PLC trong các hệ thống điều khiển tự động không chỉ nâng cao năng suất sản xuất và chất lượng sản phẩm mà còn giảm tiêu hao năng lượng, đồng thời tăng cường độ an toàn và tin cậy trong quá trình vận hành.

Bộ điều khiển lập trình S7-200 của Siemens là giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng điều khiển từ đơn giản đến phức tạp Thiết bị này tích hợp tính năng thời gian thực và cho phép mở rộng đầu vào/ra số cũng như đầu vào/ra tương tự Ngoài ra, S7-200 dễ dàng kết nối với các thiết bị giao diện như PC và HMI, mang lại sự linh hoạt cho hệ thống điều khiển.

Số lượng modul đa dạng tạo nên các cấu hình phong phú phù hợp với nhiều ứng dụng.

CPU S7-200 của SIEMENS thuộc dòng Micro Programmable Logic Controler, với những đặc điểm sau:

- Kích thước nhỏ - giá thành nhỏ - sức mạnh lớn.

- Đáp ứng được những ứng dụng điều khiển tự động từ cho các máy đơn lẻ đến các dây chuyền sản xuất.

- Có thể hoạt động độc lập hay kết nối mạng trong một hệ thống lớn.

- Dễ dàng kết nối tới các thiết bị giao diện như PC, HMI.

- Số lượng modul đa dạng tạo nên các cấu hình phong phú phù hợp với nhiều ứng dụng.

Các tính năng của PLC S7-200:

- Hệ thống điều khiển kiểu Module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi hẹp.

- Có nhiều Module mở rộng.

- Có thể mở rộng đến 7 Module.

- Bus nối tích hợp trong Module ở mặt sau.

- Có thể nối mạng với cổng giao tiếp RS 485 hay Profibus.

- Máy tính trung tâm có thể truy cập đến các Module.

- Không quy định rãnh cắm

- Phần mềm điều khiển riêng.

- Tích hợp CPU, I/O, nguồn cung cấp vào một Module.

- Micro PLC với nhiều chức năng tích hợp.

THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH S7-200

PLC, hay Bộ điều khiển logic lập trình được, là thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic một cách linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình.

S7-200 là thiết bị của hãng siemens, cấu trúc theo kiểu modul có các modul mở rộng.

2.2.2 Cấu trúc của CPU 224 gồm:

Năm 2018, từ đơn (Word) được sử dụng để lưu trữ chương trình trong miền bộ nhớ đọc/ghi, đảm bảo dữ liệu không bị mất nhờ vào giao diện với EEPROM Vùng nhớ này được gọi là vùng nhớ Non-volatile.

 2018 từ đơn để lưu dữ liệu, trong đó có 512 từ nhớ đầu đọc/ghi thuộc miền Non- volatile.

 14 cổng vào logic và 10 cổng ra logic, và có thể ghép nối thêm 7 modul để mở rộng số cổng vào ra.

 Tổng số cổng vào ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra logic.

 128 bộ tạo thời gian trễ, trong đó có 4 timer có độ phân giải 1ms, 16 timer có độ phân giải 10ms và108 timer có độ phân giải là 100ms.

 128 bộ đếm Counter chia làm 2 loại, một loại chỉ đếm tiến (CTU) và một loại vừa đếm tiến vừa đếm lui (CTUD).

 688 bít nhớ đăc bít nhớ đặc biệt dùng để làm các bít trạng thái hoặc các bít đặt chế độ làm việc.

 Có các chế độ ngắt: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn xung, ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2kHz) và (7kHz).

 Bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2 KHz và 7 KHz.

 bộ phát xung cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM.

 2 bộ điều chỉnh tương tự.

Dữ liệu không bị mất trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ khi PLC bị mất nguồn nuôi.

2.2.3 Mô tả các đèn báo trên PLC S7-200:

 Đèn đỏ SF: đèn sáng khi PLC đang làm việc báo hiệu hệ thống bị hỏng hóc.

 Đèn xanh RUN: đèn xanh sáng chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc.

 Đèn vàng STOP: đèn sáng thông báo PLC đang ở trạng thái dừng Dừng tất cả chương trình đang thực hiện.

 Đèn xanh Ix.x: đèn sáng báo hiệu trạng thái của tín hiệu của cổng vào đang ở mức logic 1, ngược lại là mức logic 0.

 Đèn xanh Qx.x: đèn sáng báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng ra đang ở mức logic 1, ngược lại là mức logic 0.

Hình 2.1 Bộ điều khiển lập trình được với khối xử lý CPU 224

2.2.4 Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC.

Công tắc chọn chế độ làm việc trên PLC S7-200, nằm ở phía trên bên cạnh các cổng ra, có ba vị trí để lựa chọn các chế độ làm việc khác nhau.

Chế độ RUN của PLC S7-200 cho phép thực hiện chương trình trong bộ nhớ, nhưng sẽ chuyển sang chế độ STOP khi có sự cố trong máy hoặc khi gặp lệnh STOP trong chương trình.

Khi sử dụng PLC, hãy dừng ngay việc thực hiện chương trình đang chạy bằng cách chuyển sang chế độ STOP Trong chế độ này, PLC cho phép người dùng hiệu chỉnh lại chương trình hiện tại hoặc nạp một chương trình mới một cách dễ dàng.

 TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong các chế độ làm việc của PLC (RUN/STOP).

2.2.5 Chỉ định tương tự. Điều chỉnh tương tự cho phép điều chỉnh các biến cần phải thay đổi và sử dụng trong chương trình.

2.2.6 Nguồn nuôi bộ nhớ và pin.

Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình hoặc nạp một chương trình mới.

Nguồn pin giúp mở rộng thời gian lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ Khi dung lượng tụ nhớ cạn kiệt, nguồn pin sẽ tự động chuyển sang trạng thái tích cực để đảm bảo dữ liệu không bị mất.

Hình 2.2 Bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài của S7-200

 Vùng chương trình: là miền nhớ được sử dụng để lưa trữ các lệnh chương trình (có thể đọc/ ghi được).

 Vùng tham số: là miền lưa trữ các tham số nhớ từ khóa, địa chỉ trạm cũng có thể đọc/ghi được).

 Vùng dữ liệu: được dùng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả phép tính, bộ đệm truyền thông…

 Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra Vùng này không thuộc kiểu Non-voletile nhưng đọc/ghi được.

Hai vùng nhớ cuối có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình.

Vùng dữ liệu lại được chia thành những vùng nhớ nhỏ, được ký hiệu như sau:

 V - Variable memory (miền nhớ có thể thay đổi: đọc/ghi được).

 I - Input image register (vùng đệm cổng vào).

 O - Output image register (vùng đệm cổng ra).

 M - Internal memory bits (vùng nhớ nội).

 SM - Special memory bits (vùng nhớ đặc biệt).

Tất cả các miền này đều truy nhập được theo từng bit, từng byte, từng từ đơn, từng từ kép.

2.3 CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH TRONG PLC S7-200

Các chương trình trong PLC S7-200 được tổ chức thành cấu trúc bao gồm chương trình chính (main program), các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt.

Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình MEND.

Chương trình con là bộ phận của chương trình chính và được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính.

Chương trình xử lý ngắt là một thành phần quan trọng trong chương trình chính, được thiết kế để xử lý các tình huống ngắt khi cần thiết Để hoạt động hiệu quả, chương trình xử lý ngắt cần được viết sau lệnh kết thúc của chương trình chính.

S7-200 thực hiện mạch logic cứng thông qua một chuỗi lệnh lập trình Chương trình bao gồm nhiều lệnh, và S7-200 sẽ bắt đầu thực hiện từ lệnh đầu tiên cho đến lệnh cuối cùng trong một vòng quét (Scan cycle).

Một vòng quét (Scan cycle) bắt đầu bằng việc đọc trạng thái đầu vào, tiếp theo là thực hiện chương trình, và kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu ra Trước khi bắt đầu vòng quét tiếp theo, S7-200 thực hiện các nhiệm vụ bên trong và nhiệm vụ truyền thông.

Lập trình cho S7-200 và các PLC của Siemens chủ yếu dựa trên hai phương pháp cơ bản: phương pháp hình thang (Ladder Logic - LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement List - STL).

LAD là một ngôn ngữ lập trình đồ họa, sử dụng các thành phần cơ bản tương ứng với bảng điều khiển bằng rơle Trong chương trình LAD, các phần tử cơ bản được sử dụng để biểu diễn các lệnh logic.

 Tiếp điểm: là biểu tượng mô tả các tiếp điểm của rơle Các tiếp điểm đó có thể thường hở hoặc thường đóng

 Cuộn dây (Coil): là biểu tượng mô tả rơle được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơle.

Hộp (Box) là biểu tượng thể hiện các hàm hoạt động khi dòng điện đi qua, thường được sử dụng để mô tả các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học Để đảm bảo hoạt động chính xác, cuộn dây và các hộp cần được kết nối đúng theo chiều dòng điện.

Mạng LAD: là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường

Dây trung hòa, hay còn gọi là đường dây trở về nguồn cung cấp, nằm bên phải Dòng điện di chuyển từ trái sang phải, đi qua tiếp điểm đóng, đến cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn.

PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp, với mỗi chu kỳ được gọi là vòng quét (scan) Mỗi vòng quét bắt đầu bằng việc đọc dữ liệu từ các cổng vào và lưu trữ trong vùng bộ đệm ảo, sau đó tiến hành thực hiện chương trình.

Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc (MEND).

NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH S7-200

S7-200 thực hiện một mạch logic cứng thông qua một dãy các lệnh lập trình Chương trình bao gồm một tập hợp các lệnh và S7-200 sẽ bắt đầu thực hiện từ lệnh đầu tiên cho đến lệnh cuối cùng trong một vòng Quá trình này được gọi là vòng quét (Scan cycle).

Một vòng quét (Scan cycle) bắt đầu bằng việc đọc trạng thái đầu vào, tiếp theo là thực hiện chương trình, và kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu ra Trước khi bắt đầu vòng quét tiếp theo, S7-200 thực hiện các nhiệm vụ bên trong và nhiệm vụ truyền thông.

Lập trình cho S7-200 và các PLC của Siemens chủ yếu dựa trên hai phương pháp cơ bản: phương pháp hình thang (Ladder Logic - LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement List - STL).

LAD là ngôn ngữ lập trình đồ họa, sử dụng các thành phần cơ bản tương ứng với bảng điều khiển rơle Trong chương trình LAD, các phần tử này được dùng để biểu diễn các lệnh logic.

 Tiếp điểm: là biểu tượng mô tả các tiếp điểm của rơle Các tiếp điểm đó có thể thường hở hoặc thường đóng

 Cuộn dây (Coil): là biểu tượng mô tả rơle được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơle.

Hộp (Box) là biểu tượng thể hiện các hàm khác nhau hoạt động khi dòng điện chạy qua Những hàm thường được mô tả bằng hộp bao gồm bộ thời gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học Việc mắc cuộn dây và các hộp cần phải tuân theo chiều dòng điện để đảm bảo hoạt động chính xác.

Mạng LAD: là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường

Dây trung hòa, hay còn gọi là đường dây trở về nguồn cung cấp, nằm ở bên phải Dòng điện di chuyển từ trái sang phải qua tiếp điểm đóng, dẫn đến cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn.

THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH

PLC thực hiện chương trình tự lặp thông qua các vòng quét Mỗi vòng quét bắt đầu bằng việc đọc dữ liệu từ các cổng vào và lưu trữ trong vùng bộ đệm ảo, sau đó tiến hành thực hiện chương trình.

Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc (MEND).

Sau khi hoàn thành chương trình, giai đoạn tiếp theo là truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Cuối cùng, vòng quét kết thúc bằng việc chuyển các nội dung từ bộ đệm ảo đến các cổng ra.

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, lệnh không tương tác trực tiếp với cổng mà thông qua bộ đếm ảo trong vùng nhớ tham số Quá trình truyền thông giữa bộ đếm ảo và thiết bị ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 được quản lý bởi CPU.

Khi hệ thống nhận lệnh vào/ra ngay lập tức trong quá trình làm việc, tất cả công việc hiện tại, bao gồm cả chương trình xử lý ngắt, sẽ bị tạm dừng để thực hiện lệnh này trực tiếp với cổng vào/ra.

Hình 2.3 Chu kỳ vòng quét của PLC

Khi sử dụng chế độ ngắt, các chương trình con tương ứng với từng tín hiệu ngắt sẽ được thiết kế và tích hợp như một phần của chương trình chính Các chương trình này đảm nhận vai trò xử lý các tín hiệu ngắt một cách hiệu quả.

4.Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi

2.Thực hiện chương trình

Truyền thông nội bộ và kiểm lỗi đóng vai trò quan trọng trong quá trình nhập dữ liệu từ ngoại vi vào bộ ngắt Việc này chỉ được thực hiện trong vòng quét khi có tín hiệu báo ngắt, và có thể xảy ra tại bất kỳ điểm nào trong vòng quét.

TẬP LỆNH LẬP TRÌNH PLC SIEMENS S7-200

LAD Tiếp điểm thường mở sẽ đóng lại khi giá trị của bit có địa chỉ là n bằng 1

LAD Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng lại khi giá trị của bit có địa chỉ là n bằng 0

LAD Gía trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại

C, V Chỉ sử dụng 1 lệnh Out cho 1 địa chỉ

LAD Gía trị của các bit có địa chỉ đầu tiên là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng

1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì các bit này vẫn giữ nguyên trạng thái Trong đó số bit là giá trị của i

I: IB, QB, MB, SMB, VB,

Giá trị của các bit có địa chỉ đầu tiên n sẽ bằng 0 khi đầu vào của lệnh là 1 Ngược lại, khi đầu vào của lệnh là 0, các bit này sẽ giữ nguyên trạng thái Số bit được xác định bởi giá trị của i.

I: IB, QB, MB, SMB, VB,

Khi ngõ vào chân IN đạt mức 1, bộ định thời Ton bắt đầu đếm thời gian Khi thời gian đếm được bằng hoặc lớn hơn giá trị đã được cài đặt trước (PT), các tiếp điểm của bộ định thời sẽ hoạt động Cụ thể, các tiếp điểm thường mở sẽ đóng lại, trong khi các tiếp điểm thường đóng sẽ mở ra.

Khi ngõ vào chân IN giảm xuống mức 0, thời gian đếm sẽ được thiết lập lại, khiến bộ Ton ngừng hoạt động Lúc này, tiếp điểm thường mở của bộ định thời sẽ mở, trong khi tiếp điểm thường đóng sẽ đóng Toán hạng: Txxx Ton 1ms: T32, T96.

2.6.7 Lệnh ưu tiên cho set

LAD Khi đầu vào chân S1 và chân R.

Nếu chân S1ở mức 1 và chân R ở mức 0 thì đầu ra của nó là mức 1

Nếu chân S1 ở mức 0 và chân R ở mức 1 thì đầu ra của nó là mức 0Nếu chân S1 và chân R đều ở mức 1

Với: Bit: địa chỉ cần điều khiển

S1: ngõ vào Set và ưu tiên cho SetR: ngõ vào Reset

Out: ngõ ra có thể nối với một địa chỉ dạng bit

SR: kí hiệu gợi nhớ khâu SR

2.6.8 Lệnh ưu tiên cho reset

LAD Khi đầu vào chân S và chân R:

Nếu chân S ở mức 0 và chân R1 ở mức 1 thì đầu ra của nó là mức 0

Nếu chân S ở mức 1 và chân R1 ở mức 0 thì đầu ra của nó là mức 1

Nếu chân S và chân R1 đều ở mức 1 thì đầu ra sẽ nhận giá 0 Với: Bit: địa chỉ cần điều khiển S: ngõ vào Set

R1: ngõ vào Reset và ưu tiên cho Reset

Out: ngõ ra có thể nối với một địa chỉ dạng bit

SR: kí hiệu gợi nhớ khâu RS

2.6.9 Lệnh các bit đặc biệt

SM0.0 Bit luôn luôn có trạng thái 1

SM0.1 Bit có trạng thái 1 ở vòng quét đầu tiên của chương trình

SM0.2 Bit báo dữ liệu bị thất lạc (0: dữ liệu còn đủ, 1: dữ liệu bị thất lạc).

SM0.3 Bit báo PLC được đóng nguồn (1: ở vòng quét đầu tiên, 0: ở các vòng quét còn lại).

SM0.4 Bit tạo ra xung có chu kỳ 1 phút (0: trong 30s đầu, 1 trong 30s sau).

SM0.5 Bit tao xung có chu kỳ 1s (tần số 1 Hz) (0: trong 0,5s đầu; 1 trong 0,5 s sau).

SM0.6 Bit lên 1 ở một vòng quét và xuống 0 ở vòng quét tiếp theo Nó được sử dụng để làm ngõ vào của bộ đếm vòng quét.

SM0.7 Bit báo vị trí của công tắc chọn chế độ làm việc của PLC (0:

GIỚI THIỆU VỀ TIMER VÀ COUNTER

Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều khiển thường được gọi là khâu trễ.

S7-200 từ CPU 214 trở lên có 128 Timer được chia làm 2 loại khác nhau đó là:

Timer tạo thời gian trễ không nhớ (TON) sẽ bị reset khi tín hiệu logic vào IN ở mức 0 Có hai cách để reset Timer Txx: một là đưa tín hiệu logic vào bằng 0, và hai là sử dụng lệnh R Txx trong STL Timer này thường được sử dụng để tạo thời gian trễ liên tục trong các ứng dụng điều khiển.

Timer tạo thời gian trễ có nhớ, hay còn gọi là TONR, hoạt động bằng cách dừng chạy khi tín hiệu logic vào IN ở mức 0 Khi tín hiệu trở lại mức cao, Timer sẽ tiếp tục hoạt động Để Reset Timer Txx, có thể sử dụng lệnh R Txx trong STL Timer này thường được sử dụng để tạo thời gian trễ trong các khoảng thời gian gián đoạn khác nhau.

Cả hai loại Timer đều tự động dừng lại khi đạt giá trị đã cài đặt trước Để tiếp tục hoạt động, người dùng cần thực hiện thao tác Reset.

 Timer có những tính chất sau:

Các bộ Timer hoạt động dựa trên một cổng vào và giá trị đếm tức thời Giá trị này được lưu trữ trong thanh ghi 2 byte (Tword) của Timer, xác định khoảng thời gian trễ cần thiết Timer sẽ so sánh giá trị đếm tức thời với giá trị PT đã được thiết lập trước.

Timer có 3 độ phân giải đó là 1ms, 10ms, 100ms và phân bố các Timer trong CPU 224 như sau:

Cú pháp khai báo sử dụng Timer trong LAD như sau:

Giá trị cực đại Tên Timer

Bộ đếm trong S7-200 là thiết bị dùng để đếm xung, bao gồm hai loại chính: bộ đếm tiến lên (CTU) và bộ đếm tiến lùi (CTUD).

Bộ đếm tiến CTU thực hiện việc đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu vào, tức là số lần tín hiệu chuyển từ trạng thái 0 lên 1 Kết quả đếm được sẽ được lưu trữ trong thanh ghi 2 byte của bộ đếm, được gọi là thanh ghi C_word.

Giá trị đếm tức thời của bộ đếm, được gọi là C_word, luôn được so sánh với giá trị đặt trước (PV) Khi giá trị đếm tức thời đạt hoặc vượt qua PV, bộ đếm sẽ kích hoạt bằng cách đặt giá trị logic 1 vào bit đặc biệt C_bit Ngược lại, nếu giá trị đếm tức thời nhỏ hơn PV, C_bit sẽ có giá trị logic 0.

Chân nối với tín hiệu điều khiển xóa thực hiện việc đặt lại chế độ khởi phát ban đầu (Reset) cho bộ đếm, được ký hiệu bằng R trong LAD Bộ đếm sẽ được Reset khi tín hiệu xóa có mức logic hoặc khi lệnh R được thực hiện với C_bit Khi quá trình Reset diễn ra, cả C_bit và C_word sẽ nhận giá trị bằng 0.

Bộ đếm tiến - lùi (CTUD) hoạt động bằng cách đếm tiến khi nhận tín hiệu sườn lên tại cổng đếm tiến (ký hiệu CU trong LAD hoặc bit thứ 3 trong STL) và đếm lùi khi nhận tín hiệu sườn lên tại cổng đếm lùi (ký hiệu CD trong LAD hoặc bit thứ 2 trong STL) CTUD có thể được đưa về trạng thái ban đầu thông qua hai phương pháp: khi đầu vào của chân xóa (ký hiệu R trong LAD hoặc bit thứ nhất trong STL) có giá trị logic 1, hoặc bằng lệnh Reset với C_bit của bộ đếm Giá trị đếm tức thời của CTUD được lưu trữ trong thanh ghi 2 byte C_word và luôn được so sánh với giá trị đặt trước PV Nếu giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước, C_bit sẽ có giá trị logic 1; ngược lại, C_bit sẽ có giá trị logic 0.

Bộ đếm tiến CTU có miền giá trị đếm tức thời từ 0 ÷ 32,767 Bộ đếm tiến lùiCTUD có miền giá trị đếm tức thời từ -32,767 ÷ 32,767.

CỔNG TRUYỀN THÔNG

S7-200 sử dụng cổng truyền thông RS485 với phích nối 9 chân để kết nối với thiết bị lập trình và các trạm PLC khác Tốc độ truyền cho máy lập trình PPI đạt 9600 baud, trong khi tốc độ truyền của PLC theo kiểu tự do dao động từ 300 đến 38.

Hình 2.4 Sơ đồ chân của cổng truyền thông

 Chân 3: Truyền và nhận dữ liệu

 Chân 8: Truyền và nhận dữ liệu.

Để kết nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc các máy lập trình khác trong dòng PG7xx, bạn cần sử dụng cáp nối thẳng qua MPI, cáp này đã được cung cấp kèm theo máy lập trình Chân 9 không được sử dụng trong quá trình này.

Ghép nối S7-200 với một máy tính PC thông qua cổng RS-232 cần có cáp nốiPC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485.

CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC

2.9.1 BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC

PLC bao gồm ba khối chức năng chính: bộ xử lý, bộ nhớ và khối vào/ra Trạng thái ngõ vào được phát hiện và lưu trữ trong bộ nhớ đệm, từ đó PLC thực hiện các lệnh logic và cập nhật trạng thái ngõ ra Các trạng thái này sau đó được sử dụng để điều khiển các thiết bị tương ứng một cách tự động theo chương trình đã được nạp vào thông qua thiết bị lập trình chuyên dụng.

2.9.2 BỘ XỬ LÍ TRUNG TÂM

Bộ xử lí trung tâm (CPU) là thành phần chính điều khiển và quản lý tất cả hoạt động trong PLC Thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối vào/ra được trao đổi qua hệ thống bus dưới sự điều khiển của CPU Mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock với tần số chuẩn, thường là 1 hoặc 8 MHz, tùy thuộc vào loại bộ xử lí Tần số xung clock không chỉ xác định tốc độ hoạt động của PLC mà còn đảm bảo sự đồng bộ cho tất cả các phần tử trong hệ thống.

Tất cả các PLC đều dùng các loại bộ nhớ sau:

 EEPROM (Electronic Erasable Programmable Read Only Memory).

Với sự phát triển của công nghệ chế tạo bộ nhớ, hầu hết các PLC hiện nay đều sử dụng bộ nhớ EEPROM Đối với những ứng dụng yêu cầu dung lượng bộ nhớ lớn, người dùng có thể lựa chọn giữa bộ nhớ RAM có nguồn nuôi và bộ nhớ EEPROM Bên cạnh đó, PLC cũng cần bổ sung bộ nhớ RAM để thực hiện các chức năng khác nhau.

 Bộ đệm để lưu trạng thái của các ngõ vào và ngõ ra.

Bộ nhớ tạm trong PLC được sử dụng cho các tác vụ định thì, đếm và truy xuất cờ Các PLC loại nhỏ thường có dung lượng bộ nhớ cố định, đáp ứng khoảng 80% nhu cầu hoạt động trong ngành công nghiệp Tuy nhiên, với sự giảm giá liên tục của bộ nhớ, các nhà sản xuất PLC đang trang bị cho sản phẩm của họ bộ nhớ ngày càng lớn hơn.

Các hoạt động xử lý tín hiệu trong PLC sử dụng điện áp thấp 5VDC và 15VDC (phù hợp với TTL và CMOS), trong khi tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể có điện áp cao hơn, thường dao động từ 24VDC đến 240VDC với dòng điện lớn.

Khối vào/ra là mạch chuyển tiếp quan trọng giữa vi mạch PLC và các mạch công suất bên ngoài, giúp kích hoạt các cơ cấu tác động Nó thực hiện việc chuyển đổi các mức điện áp tín hiệu và đảm bảo cách li Đặc biệt, khối vào/ra cho phép PLC kết nối trực tiếp với các mạch công suất nhỏ mà không cần sử dụng relay trung gian.

 Có thể nối với cơ cấu tác động làm việc với cấp điện áp AC lẫn DC.

 Cách li dạng relay nên có đáp ứng chậm.

 Tuổi tho relay phụ thuộc vào dòng tải mạch công suất và tần số đóng ngắt tiếp điểm caa relay.

 Chỉ nối với cơ cấu tác động làm việc với cấp điện áp DC từ 5VDC đến 30VDC.

 Tuổi thọ cao, tnn số đóng cắt nhanh.

Khi kết nối ngõ ra của transistor, cần lưu ý rằng có hai dạng kết nối là dạng sink và dạng source Việc mắc đúng cực tính là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả của cơ cấu tác động.

 Kết nối được với cơ cấu tác động làm việc với cấp điện áp DC hoặc AC từ 5V đến 240V.

 Chịu đựng dòng nhỏ hơn loại relay nhưng tuổi thọ cao, tần số đóng cắt nhanh.

Tất cả các khối vào/ra của PLC đều được cách li với tín hiệu điều khiển bên ngoài thông qua mạch cách li quang, sử dụng diode phát quang và transistor quang (Opto-couple) Mạch này cho phép tín hiệu nhỏ đi qua và giảm điện áp cao xuống mức chuẩn, đồng thời chống nhiễu và bảo vệ quá áp Đối với PLC loại nhỏ, các ngõ vào/ra vật lý được tích hợp cùng với CPU, trong khi các PLC lớn hơn sử dụng mô-đun cho phép mở rộng khối vào/ra Các mô-đun này được thiết kế để đơn giản hóa việc kết nối với cảm biến và cơ cấu chấp hành, với các đầu nối cho phép dễ dàng mở rộng và thay thế mô-đun.

Mỗi mô-đun gắn trên PLC đều có địa chỉ riêng để nhận diện các ngõ vào/ra trong quá trình lập trình và giám sát Trạng thái hoạt động của từng ngõ vào/ra được hiển thị qua đèn LED trên PLC hoặc mô-đun, giúp kiểm tra tình trạng của các cảm biến và cơ cấu chấp hành.

2.9.5 Cấu trúc đơn vị cơ bản.

Hình 3.1 Hình khối mặt trước của PLC S7-200 (CPU 214)

SF (đèn đỏ): báo hiệu hệ thống bị hỏng.

RUN (đèn xanh): chỉ định rằng PLC đang ở chế độ làm việc.

STOP (đèn vàng): chỉ định PLC đang ở chế độ dừng.

4.Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời ở cổng vào.

6.Đèn xanh ở cổng ra chỉ định trạng thái tức thời ở cổng ra.

Công tắc chọn chế độ làm việc có 3 vị trí.

Chế độ RUN cho phép PLC thực hiện chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ Khi gặp sự cố hoặc có lệnh STOP trong chương trình, PLC sẽ tự động chuyển về trạng thái dừng Vì vậy, trong quá trình hoạt động, cần chú ý theo dõi trạng thái thực tế của PLC thông qua đèn báo.

Khi nhấn nút STOP, PLC sẽ dừng công việc đang thực hiện và chuyển sang trạng thái nghỉ Trong chế độ này, người dùng có thể hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới.

TERM: cho phép PLC tự quyết định một chế độ làm việc (do người lập trình tự quyết định).

Núm điều chỉnh tương tự được đặt dưới lắp đạy cạnh cổng ra, cho phép người dùng điều chỉnh tín hiệu tương tự với góc quay lên đến 270 độ.

Pin và nguồn nuôi bộ nhớ tự động chuyển sang trạng thái tích cực khi dung lượng bộ nhớ giảm, giúp duy trì dữ liệu và ngăn chặn mất mát thông tin.

AIW0 AIW2 AIW3 AIW4 AQW0

LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHATRỘN TỰ ĐỘNG DÙNG PLC S7-200

PHÂN TÍCH MÔ HÌNH BÀI TOÁN

3.1.1 SƠ ĐỒ MÔ HÌNH HỆ THỐNG “HỆ THỐNG PHA TRỘN TỰ ĐỘNG”

3.1.2 PHÂN TÍCH MÔ HÌNH VÀ NGUYÊN LÍ HỆ THỐNG

Hệ thống bao gồm 1 nút nhấn Star và 1 nút Stop.

Nhấn nút Star để khởi động hệ thống, cho phép ba bơm (bơm 1, bơm 2 và bơm 3) hoạt động và bơm hóa chất vào bồn trộn Khi bồn đầy, ba bơm sẽ tự động ngừng hoạt động Động cơ khuấy và máy trộn sẽ hoạt động theo thời gian đã cài đặt Sau khi quá trình trộn hoàn tất, van xả sẽ xả hóa chất ra để sử dụng Khi hóa chất đã được sử dụng hết, van xả sẽ ngừng hoạt động cùng với bơm.

Bơm 2 và bơm 3 đã hoạt động trở lại theo chu kỳ mới Trong trường hợp xảy ra sự cố hoặc khi nhấn nút dừng, hệ thống sẽ lập tức dừng hoạt động Đồng thời, bơm 1, bơm 2 và bơm 3 đều được trang bị nút dừng riêng để đảm bảo an toàn.

SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHO PLC

Hình 3.1 Mạch cấp nguồn cho PLC

Hình 3.2 Sơ đồ đấu nối PLC

Thuật toán và Graf

STT Kí hiệu Địa chỉ Ghi chú

1 START I0.0 NUT NHAN KHOI DONG

2 STOPT I0.1 NUT NHAN DUNG HOAT

3 STOPT_DC1 I0.2 NUT NHAN DUNG DONG

6 CB_CAO I0.5 CAM BIEN MUC CAO

7 CB_THAP I0.6 CAM BIEN MUC THAP

11 DC_TRON Q0.3 DONG CO TRON

12 VAN_XA Q0.4 VAN XA BON TRON

CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

Kích đúp vào biểu tượng Step7 Microwin trên màn hình desktop hoặc vào Start

=> All Program File => Simatic => Step7 Microwin.

Hình 3.5 Của sổ giao diện của phần mềm lập trình.

Để lưu file, bạn hãy nhấn vào File và chọn Save Trong cửa sổ hiện ra, nhập tên cho chương trình vào ô "file name" và chọn đường dẫn lưu file trong ô "Save in" Cuối cùng, nhấn Save để hoàn tất việc lưu.

Từ giao diện chương trình click vào Symbol Table để đặt tên cho các biến.

Click vào Program Block, từ khối lệnh click đúp vào các biểu tượng mong muốn để thiết kế chương trình.

3.4.2 Mô phỏng và thuyết minh.

Nhấn nút Start I0.0 = 1 => M0.0 = 1, tiếp điểm M0.0 = 1 duy trì mạch Đồng thời tiếp điểm M0.0 = 1 => M0.1, M0.2, M0.3 = 1 => tiếp điểm M0.1, M0.2, M0.3 = 1

=> Q0.1, Q0.2, Q0.3 = 1 có điện (ba động cơ hoạt động bơm chất hóa chất vào bồn chứa).

Khi bồn chứa hóa chất trong bồn chứa đạt đến cảm biến cao I0.5 =1 => M0.4 = 1, tiếp điểm M0.4 = 1 => M0.7 = 1 (M0.7 có sử dụng lệnh SET duy trì) Tiếp điểm

M0.7 = 1 trong Network 7 => Q0.3 = 1 (đông cơ khuấy hoạt động) Đồng thời Timer T37 hoạt động tính thời gian Sau khoảng thời gian cài đặt

Sau khi cài đặt, tiếp điểm thường đóng T37 = 1 sẽ dừng động cơ khuấy Khi tiếp điểm T37 trong Network 8 đóng lại, M0.5 = 1 và Q0.4 = 1, dẫn đến van xả hoạt động Khi bồn chứa hóa chất đạt mức cảm biến thường đóng I0.6 = 0, M0.6 = 0 và tiếp điểm M0.6 trong Network 9 cũng = 0, khiến Q0.4 = 0 và van xả đóng lại Đồng thời, các động cơ Q0.1, Q0.2, và Q0.3 sẽ được cấp điện trở lại và hoạt động theo chu kỳ mới.

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG TRỘN TỰ ĐỘNG BẰNG WINCC

Ngày đăng: 31/12/2021, 18:00