Để đo dịch chuyển ta có một số phương pháp phổ biến như:
-Phương pháp điện trở: Đo dịch chuyển của hành trình chiết áp kiểu xoay hoặc
trượt thông qua điện trở tại vị trí tương ứng.
- Phương pháp điện từ: Đo dịch chuyển của lõi sắt từ chuyển động trong cuộn đây thông qua sự thay đổi điện cảm của nó.
- Phương pháp quang học: Đo dịch chuyển thông qua số xung tạo ra do việc quay của bộ đĩa tạo xung.
Các dịch chuyển cần đo trong thiết kế này là đo các dịch chuyển của các đầu dầm cầu trong quá trình nâng so với điểm cố định trên mố hoặc trụ cầu. Ta biết rằng khi thực hiện quá trình nâng thì các bệ để đặt các kích có thể bị chuyển vị, đo vậy việc chọn điểm cố định là quan trọng. Việc gá lắp các đầu đo dịch chuyển trong từng trường
hợp cụ thể cũng rất đa dạng tuỳ thuộc vào khoảng cách từ các dầm đến các trụ cầu. Do các tính năng như trên , trong thiết kế này ta chọn loại đo theo phương pháp quang học là hợp lý và tiện sử dụng.
Ta có thể mô tả tóm tắt nguyên lý hoạt động của phương pháp quang học này như sau. Trên hai thanh cố định, một thanh gắn các đầu phát quang và thanh kia gắn các đầu thu, một đĩa quay giữa hai thanh cố định có các lỗ thủng để tia sáng từ đầu phát có thể tới được đầu thu tương ứng. Các xung điện có giá trị 'I' khi đầu thu tương ứng được chiếu sáng và ngược lại là giá trí '. Như vậy số lỗ trên đĩa quay càng nhiều thì càng có nhiều xung phát ra sau một vòng quay. Ngoài ra còn một tín hiệu để phân biệt chiều quay của đĩa. Hiện nay nhiều hãng đã sản xuất các đầu đo kiểu này thường được gọi là Incremental Encorder (IE) có độ phân giải cao. Để đo được chuyển động thẳng ta phải có bộ chuyển đổi cơ học. Vì phần cơ học của IE rất nhạy và chính xác nên chỉ cần chuyển đổi qua một sợi dây quấn xung quanh puly của trục quay, một đầu dây nối vào quả đối trọng làm căng dây và đầu kia nối vào điểm đo bất kỳ ở vị trí nào là ta có thể
đo được. Một ưu điểm nữa là độ dài đo không hạn chế vào đầu đo mà chỉ phụ thuộc vào bộ đếm xung và hiệu chỉnh đúng đơn vị cần đo. Các nhà sản xuất IE đã bán kèm theo cả puly có ma sát tốt để gắn vào trục của Encorder để phục vụ mục đích này.
Trong thiét ké nay ta chon Incremental Encorder kiểu E40S 3600-3-2 của Hãng Autonics. Những tính năng kỹ thuậ cơ bản của Encorder này như sau:
- Số xung trên một vòng quay: 3600 xung
- Kiểu xung ra: Hở Collector , dòng tối đa 30 mA
- Dây ra: Xung ra khi quay cùng chiều kim
đồng hồ, khi ngược chiều, dây Zero.
-_ Tần số phản ứng tối đa: 100 KHz
- Nguồn cung cấp: 5 đến 24 VDC
- Các tham số về cơ học:
+ Đường kính trục: 40 mm
+ Moment khởi động: Max. 10gf.cm
+ Moment quán tính: Max. 10g.cm?
+ Khả năng chịu rung: Biên độ 1,5 mm tại tần số 10 Hz đến 55 Hz trong các hướng X,Y,Z trong thời gian 2 giờ.
3.5.2. Đầu đo áp lực
Đầu đo áp lực để đo áp suất trong đường ống thuỷ lực tổng. Trong thiết kế này chọn loại đầu đo thông dụng kiểu áp điện . Đầu đo là một kết cấu kín và chắc chắn, một đầu có ren để bắt vào một nhánh rẽ trên đường ống cần đo. Khi áp lực tác động lên màng áp điện của đầu đo sẽ có tín hiệu điện ở đầu ra. Trong đầu đo đã có mạch điện tử để tín hiệu điện ra là tiêu chuẩn có thể ghép nối với các thiết bị khác như vào khối Analogue của hệ PLC.
Đầu đo chọn trong thiết kế là loại MI-08S-OE-2000 của Cộng hoà Liên bang Đức. Các tính năng kỹ thuật cơ bản của đầu đo là :
- Áp suất đo được : Từ 0 đến 600 bar
- Tín hiệu ra : 4+ 20mA
- Nguồn cung cấp: 10 + 30 VDC - Điện trở tải -: R¿< (Vụ— 10 )/0,02
- Có thể lấy tín hiệu ra là điện áp 0 + 5V. (Lắp thêm điện trở tối thiểu 5 kO) 3.5.3. Giới thiệu tính năng kỹ thuật PUC Hãng Siemens SIMATIC S7-200
Các bộ PLC (Programmable Logic Controller ) được dùng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển nhờ tính năng gọn nhẹ và linh hoạt trong việc ghép nối và giao diện với các thiết bị ngoại vi như các thiết bị chấp hành và các sensor. Việc chọn PLC để điều khiển cho thiết bị nâng dầm là hợp lý, đảm bảo được độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng phạm vi điều khiển của thiết bị nếu cần phải mở rộng thêm số lượng dầm cần nâng.
Hiện nay ở nước ta việc áp dụng các hệ PUC trong điều khiển và do lường đã được nhiều cơ sở sản xuất nghiên cứu và thực hiện. Có nhiều hãng bán PLC_ trên thị trường Việt nam như : OMRON - Nhật Bản, SEIMENS - Đức, LG - Hàn Quốc, MITSUBISHI - Nhật Bản, v.v.... Các loại PLC về cơ bản đều có tổ chức phần cứng và phần mềm tương đối giống nhau. Việc lựa chọn loại PLC để sử dụng trong thiết kế này dựa trên
các yếu tố : |
-_ Tính thông dụng ở Việt Nam, có liên quan đến việc cung cấp và bảo hành -_ Khả năng hỗ trợ phần mềm .
-_ Giá thành.
Với những cơ sở trên đây, trong thiết kế này chọn loại PUC của Hãng SEIMENS loại siêu nhỏ SIMA'TIC S7-200. Các Modul kèm theo là các Modul mở rộng các cổng vào/ra Digital EM223 và Modul vào/ra Analogue EM235 như trình bày trong sơ đồ khối của thiết bị. Sau đây chúng ta sẽ xét qua một số tính năng kỹ thuật của các Modul này để từ đó thiết kế cụ thể sơ đồ nguyên lý và phần mềm điều khiển cho thiết bị.
3.5.3.1. Sùnatic S7-200, CPU226
Các tính năng kỹ thuật cơ bản của khối xử lý trung tâm CPU226 như sau : e BỘ nhớ -
-_ Bộ nhớ chương trình : 4096 từ
-_ Bộ nhớ đữ iệu cho người sử dụng : 2560 từ
- Kiểu bộ nhớ chương trình : EEPROM
- Thời gian lưu dữ liệu : . 190 giờ e Các cổng VàolRa Logic :
- Bén trong : 24 vao/ 16 ra
- Số Modul mở rộng có thể : 7
© Khả năng quản lý các cổng VàofRa :
- Vào/ra logic : 128 vào/128 ra
- Vào /ra tương tự : 32 vao/32 ra
© Tap lệnh :
- Tốc độ thực hiện lệnh : 0,37 ns/lệnh
- Thanh ghi vào/ra : 128 vào/ 128 ra
- Số rơle trong : 256
- Bộ đếm/ Bộ thời gian : 256/256
- Có các lệnh cơ bản thực hiện các chức năng : + Các lệnh với công tắc
+ Các lệnh điều khiển ra
+ Các lệnh với bộ đếm và bộ thời gian
+ Các lệnh tăng, giảm và các phép toán với số nguyên và số thực
Các lệnh điều khiển PID
Các lệnh chuyển , dịch và quay dữ liệu Các lệnh điều khiển chương trình Các lệnh điều khiển ngăn xếp Các phép toán logic
Các lệnh tìm và tra bảng
Các lệnh biến đổi số giữa các hệ đếm Các lệnh điều khiển ngắt
Các lệnh giao diện
Các lệnh với đồng hồ thời gian thực
+ + + + + + + + + +
Các tính năng nổi bật khác:
Bộ đếm tốc độ cao : 6 bộ với tần số 20 KHz Khả năng điều chỉnh Analogue : 2 chiết áp
Các đầu ra xung : 2 với tần số 20 KHz Các đường giao tiếp ngắt : 2 phát/ 4 nhận Các đường ngắt theo thời gian : 2 (1 ms đến 255 ms)
Đầu vào ngắt cứng : 4
Có đồng hồ thời gian thực
Có khả năng bảo mật (Password) Khả năng giao điện :
Số cổng giao diện nối tiếp : 2 (kiểu RS485)
- Thủ tục giao diện :
+ Céng Port 0: PPI,DP/T, Freeport
+ Céng Port 1: PPI,DP/T, Freeport
- Khả năng kết nối mang PROFIBUS : NETR/NETW 3.5.3.2. Modul mở rộng EM223
Như phần trên đã trình bày CPU 226 chỉ có 24 đầu vào Logic và 16 đầu ra Logic.
Để đảm bảo đủ các đầu vào và ra như thiết kế cho thiết bị ta cần nối thêm Modul EM223. Việc nối thêm các Modul phụ với khối CPU thực hiện rất đơn giản vì trong chế tạo đã có ổ cắm để nối thêm các Modul tiếp theo. CPU sẽ quản lý các đầu vào/ra của các Modul mở rộng theo các địa chỉ đã được qui định từ trước tương ứng với từng
biết các thông số cơ bản để khai thác cho phù hợp với mục tiêu sử dụng. Các thông số của Modul EM223 chọn trong thiết kế này là:
- Số đầu vào : 16
+ Điện áp: 15 + 30 VDC
+ Ở trạng thái nối mạch (ON): 24VDC, 7mA + Ởtrạng thái hở mạch (OFF): 5 VDC, imA
+ Thời gian phản ứng : 3,5 ms
- Số đầu ra: 16
+ Kiểura: Tiếp điểm rơ le
+ Điệnáp: 5 đến 30 VDC /250 VAC
+ Dòng tải tối đa : 2 A/ một đầu + Thời gian trễ đóng cắt : Toi da lms
+ Số lần đóng cất tối da cho 1 cặp tiếp điểm : 10.000.000 lần
3.5.3.3. Modul vao /ra tuong tt EM 235
Modul mé rộng EM235 dùng để đọc các tín hiệu tương tự (Analogue) từ các Sensor vao PLC và gửi các tín hiệu Analogue từ PUC ra các thiết bị chấp hành điều khiển kiểu liên tục. Các tính năng kỹ thuật cơ bản của EM235 như sau :
- Số đầu vào là : 3
-~_ Số đầu ra là : 1
Các thông số của các đầu vào :
+ Kiểu đầu vào : Vi sai
+ Trở kháng vào : > 10MO
+ Điện áp vào tối đa : 30V
+ Dòng vào tối đa : 32mA
+ Biến đổi A/D : 12 bits
+ Thời gian biến đổi : 25 ps
+ Dinh dạng từ đữ liệu : Toàn thang là -32000 đến 32000 - Các thông số của đầu ra :
+ Có khả năng ra kiểu điện áp : Từ -10 V đến +10V + Có khả năng ra là dòng điện : Từ 0 đến 20 mA.
+ Độ phân giải khi ra là điện áp : 12 bits, 5mV/bước
+ Độ phân giải khi ra là đòng điện: 11 bits, 10 pA/budc
+ Thời gian thiết lập trạng thái : 100 Hs với điện áp, 2 ms với dòng điện 3.5.3.4. Màn hình cắm ứng TP070
Trên sơ đồ khối, có thiết kế một màn hình cảm ứng TPƠ70 để sử dụng như một
bàn phím thao tác và đồng thời hiển thị các dữ liệu cần thiết trong trường hợp không dùng máy vì tính xách tay LAPTOP.
Màn hình TPO70 có thể sử dụng để tạo ra các chức năng cơ bản như để nhận các dữ liệu từ PLC và hiển thị trên màn hình dạng số hoặc dạng đồ họa, hoặc có thể khai báo ở một phần nào đó trên màn hình như các phím để nhập đữ liệu hay điều khiển cho PLC. Do tinh linh hoạt và tiện lợi của nó, nên loại màn hình này thường dùng để gắn vào các thiết bị điều khiển trong công nghiệp.
Các tính năng kỹ thuật cơ bản của TP070 là:
+
Bộ xử lý trung tâm . Loại vi xử lý : + Tần số nhịp ( Clock ) :
Cấu hình bộ nhớ : Phần mêm - Giao diện :
Hiển thị (Display) :
Kiểu màn hình :
Vùng hiển thị : Phân giải điểm ảnh : Điều chỉnh đậm nhạt : Ánh sáng nên :
Nguồn cung cấp :
+ Định mức :
+ Phạm vi cho phép : + Công suất tiêu thụ :
32 bit RISC 66 MHz
128 kB
Microsoft Window CE
Một cổng RS485 dé két néi voi PLC,PC/PU
STN LCD, màu nước biển
116mm x 87 mm, _ 5,7 Inches
320 x 240 4 mức
Dén CCFL
+24 VDC
+18,0 ...430,0 VDC 5,76 W
Diéu kién lam viéc cho phép : Nhiệt độ :
Độ ẩm :
0... +50 °C 20... 85%
+ Rung động :
3.5.4. Sơ đồ nguyên lý thiết bị
3.5.4.1. Chọn địa chỉ cho các thiết bị vàoÍra
0,035 mm (10 + 58 Hz)
Theo các yêu cầu điều khiển cho thiết bị nâng dầm và việc lựa chọn các Modul đã trình bày ở phần trên, trong phần này ta sẽ xác định cụ thể các ghép nối từ các Sensor và các thiết bị chấp hành tới các đầu vào/ra của từng Modul. Trong bang 3.1 1a bảng địa chỉ của các tín hiệu vào và bảng 3.2 là của các tín hiệu ra.
Ghép nối giữa PLC và máy vi tính sẽ qua bộ chuyển đổi PC/PPI Cable, khi làm việc ta phải chọn các tham số đường truyền thống nhất giữa PLC và khai báo cổng COM của máy tính. Ghép nối giữa PLC và màn hình TPO70 đã có sắn đắc cắm cho cổng RS 485 ở cả hai phía, tất nhiên ta cũng phải khai báo tham số đường truyền thống
nhất giữa hai thiết bị.
Bảng 3.1 Địa chỉ các tín hiệu vào
TT TÍN HIỆU Modul Modul | Modul
CPU 226 | EM 223 | EM 235
1 | Dém tang ctaEncoder1 - A, 10.0
2_ | Đếm giảm cia Encoder 1 - B, 10.1
3 | Dém tang cha Encoder2 - A, 11.2
4 | Đếm giảm của Encoder2 - B, 11.6
5 | Dém tang cha Encoder3 - A; 11.3
6 | Đếm giảm cia Encoder 3 - B, 11.7
7 | DémtangctaEncoder4 - Ay 10.3
8 | Đếm giảm của Encoder4 - B, 12.0
9 | Đếm tăng của Encoder5 - As 10.4
10 | Đếm giảm của Encoder5 - B, 12.1
11 | Dém tang cha Encoder6 - Ag 10.5
12 | Dém giam cia Encoder 6 - B 12.2
13 | Đếm tăng của Encoder7 - A, 10.6
14 | Đếm giảm của Encoder7 - B; 12.3
15 | Đếmtăng củaEncoder8 - Ag 10.7
16 | Đếm giảm của Encoder8 - By 12.4
17 | Đếmtăng của Encoder9 - A, 11.0
18 | Đếm giảm của Encoder9 - B, 12.5
19 | Đếm tăng của Encoder 10 - Ajo 11.1
20 | Dém giam cui Encoder 10- By 12.6
21 | Phím dừng STOP 114
22 | Phím xoá RESET 127
23 | Tự động Nâng /Hạ 13.0
24 | Chuyển mạch Tự động / Tay 13.1
25 | Phím khởi dong START 13.2
26 | Đầu đo áp lực AIWO
Bảng 3.2 Địa chỉ các tín hiệu ra
TT TÍN HIỆU Modul | Modul | Modul
CPU 226 | EM 223 | EM 235
1 | Nang van thuỷ lực CI Q00
2_ | Hạ van thuỷ lực DI Q0.1
3 | Nâng van thuỷ lực C2 Q02
4 | Hạ van thuỷ lực D2 Q0.3
3 | Nâng van thuỷ lực D3 Q0.4
6 Ha van thuy luc D3 Q0.5
7 Nang van thuy luc C4 Q0.6
8 | Hạ van thuỷ lực D4 Q0.7
9 | Nâng van thuỷ lực C5 Q1.0
10 | Hạ van thuỷ lực D5 Q11
11 | Nâng van thuỷ lực Có Q12
12 | Hạ van thuỷ lực D6 Q1.3
13 | Nâng van thuỷ lực C7 Q14
14 | Hạ van thuỷ lực D7 Q15
15 | Nâng van thuỷ lực C8 Q16
114
16 | Hạ van thuỷ lực D8 Q1.7
17 | Nâng van thuỷ lực C9 Q2.0
18 | Hạ van thuỷ lực D9 Q2.1
19 | Nàng van thuỷ lực C10 Q2.2
20 | Hạ van thuỷ lực DIO Q2.3
21 | Lỗi đường truyền - LEDI Q24
22 | Báo đủ áp lực - LED2 Q2.5
23 | Suc trong diéu khién - LED3 Q2.6
24 | Kết thúc quá trình nâng - LED 4 Q27
25 | Điều khiển mạch loa cảnh báo Q3.0
3.5.4.2. Sơ đồ nguyên lý
Toàn bộ thiết bị bao gồm hai khối.
Khối thứ nhất — Khối điều khiển gồm các phần cơ bản đã trình bầy trong sơ đồ khối hình 3.11.
Khối thứ hai - Khối bộ nguồn và các rơle để điều khiển các van thuỷ lực.
Khối thứ nhất sẽ tạo ra các tín hiệu cần thiết cho khối thứ hai. Cự ly giữa hai khối phụ thuộc vào vị trí đặt nguồnt huỷ lực và vị trí đặt hộp điều khiển.
3.5.5. Thiết kế phần mêm cho thiết bị Trong thiết bị sẽ có 3 chương trình :
- Chương trình cho máy vi tính để đưa ra các yêu cầu điều khiển, theo dõi quá trình nâng và lưu trữ các đữ liệu cần thiết.
- Chương trình trong màn hình TP070 để thực hiện các nhiệm vụ khi không có máy vi tính.
- Chương trình trong PLC để thu nhập dữ liệu và điều khiển.
Trong tất cả các chương trình kể trên thì chương trình trong PLC là quan trọng
vì nó điều khiển mọợi hoạt động của thiết bị.
3.5.5.1. Lưu đồ chương trình máy tính
Chương trình cho máy vi tính PC được viết bằng ngôn ngữ bậc cao Delphi trong môi trường Windows, chương trình này có nhiệm vụ :
+ Trình bày giao diện giữa người sử dụng thiết bị và máy tính PC.
+ Trao đổi thông tin giữa PLC và PC.
+ Phục vụ in ấn và lưu trữ các thông tin cần thiết.
Trên hình 3.13. là lưu đồ của chương trình. Máy tính sẽ gửi tới PLC các yêu cầu cần nâng của các đầm ( Lu„„ ) và sẽ nhận từ PLC các giá trị dịch chuyển thực tế của các dầm và giá trị áp suất thuỷ lực trong đường tổng. Các giá trị nhận được này sẽ được
hiển thị và mô phỏng trên màn hình. Ngoài ra máy tính cũng sẽ nhận được các thông tin khác của thiết bị trong quá trình nâng để thông báo cho người vận hành biết để xử lý khi cần thiết. Khi quá trình nâng kết thúc, PLUC sẽ gửi tín hiệu về máy tính để máy tính lập file đữ liệu lưu trữ và in kết quả nếu cần thiết. Các đữ liệu lưu là : tên công trình, thời gian thực hiện nâng, diễn biến quá trình nâng tại các điểm, v.v..
- Nhập các dịch chuyển định mức Lam;
- Nhập tên công trình
Ỷ
Khởi tạo đường truyền
truyền tốt Đường
Báo lỗi đường truyền và chờ
xử lý
Gửi các yêu cầudịch chuyển định mức Lạy cho PLC
P1 +
Nhận các số liệu từ PLC gử về để : - Biểu thị trên màn hình
- Lưu các số liệu vào bộ đệm
Có tín hiệu kết
thúc từ PUC
Ghi file đữ liệu
1n kết qua
Hình 3.13. Lưu đồ chương trình máy tính
117
3.5.5.2 Lưu đồ chương trình cho màn hình thao tác TP070
Đây là chương trình thiết kế định dạng cấu hình cho màn hình TP070 . Chương trình sẽ viết bằng ngôn ngữ riêng cho TP070 ( viết trên máy tính sau đó ghi vào TPO70).
Mục đích của chương trình này là :
+ Định nghĩa các vị trí đồ hoạ cho màn hình.
+ Định nghĩa các phím ấn trên màn hình.
+ Chọn các cửa số để hiển thị các dữ liệu.
Trên hình 3.14 là lưu đồ của chương trình này.
Œ y ô
Tạo cẩu hình cho màn hình gồm : vị trí các phím, vi trí hiển thi, v.v....
- _ Nhận dữ liệu ti PLC
Hiển thị vào các vị trí đã khai báo
Hình 3.14 Lưu đồ chương trình cho màn hình TP070
3.5.5.3 Lưu đồ điêu khiển trong PLC
Trên hình 3.15 và hình 3.16 là lưu đồ điều khiển thiết bị được ghi trong bộ nhớ cia PLC. Chương trình này sẽ được viết bằng ngôn ngữ Bác zhang ( Ladder ) theo tập lệnh của S7-200. Các nhiệm vụ của chương trình này là :
- Xây dựng kết nối và trao đổi giữa PLC với PC và TP070.
- Đọc các số liệu từ các Sensor.
- Ra quyết định để điều khiển các van thuỷ lực.
- Lưu trữ dữ liệu trong EEPROM để in ấn khi cần thiết đặc biệt là trong trường hợp không sử dụng máy PC.
118