CHƯƠNG 3 CẤU TRÚC LẠI CHƯƠNG TRÌNH VÀ XÂY DỰNG BÀI GIẢNG BỔ SUNG NỘI DUNG PLC VÀO MÔ ĐUN TRANG BỊ ĐIỆN 2 TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
3.2. Tổng quan về thiết bị điều khiển PLC
3.2.3 Một số ví dụ đoạn mạch tương đương mạch tiếp điểm và PLC
3.2.3.1 Mạch điện điều khiển động cơ 3 pha đảo chiều tự động
A RN
K1 K2
RN
M
K1
K2
K1
K1 K2 M1 K2
M2 D1
D2
a. Mạch động lực b. Mạch điều khiển
54 c. Sơ đồ lập trình trên PLC
3.2.3.2 Mạch điện điều khiển hệ thống băng tải gồm 3 động cơ [9]. (Hình 3.11) - Khi khởi động nhấn START thì động cơ 1
chạy, sau 3 giây thì tự động động cơ 2 chạy, tiếp theo 3 giây kế tự động động cơ 3 chạy. Tương ứng mỗi động cơ chạy thì có đèn sáng.
- Khi nhấn nút STOP (dừng) thì động cơ thứ 1 dừng trước, sau 5 giây thì tự động động cơ thứ 2 dừng và sau 5 giây thì tự động động cơ 3 dừng hẳn.
MẠCH ĐỘNG LỰC: NỐI PLC:
M1 K1
CB1
M2 K2
CB2
M3 K3
CB3
L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L3
RN1 RN2 RN3
55 Các thiết bị vào/ra:
Kí hiệu Địa chỉ Giải thích
START I0.0 Nút nhấn khởi động
STOP I0.1 Nút nhấn dừng
K1 Q0.0 Ngõ ra điều khiển động cơ kéo băng tải 1 K2 Q0.1 Ngõ ra điều khiển động cơ kéo băng tải 2 K3 Q0.2 Ngõ ra điều khiển động cơ kéo băng tải 3
Chương trình đươc viết dưới dạng STL:
56 3.3 Tái bổ sung nội dung cho mô đun Trang bị điện 2
Theo nội dung đào tạo thì sinh viên nghề Điện công nghiệp đã đƣợc học trước mô đun PLC cơ bản, nhưng hiện tại nhà trường chưa có một mô hình hay một hệ thống máy công nghiệp nào có sử dụng thiết bị điều khiển PLC. Mặt khác, các máy công nghiệp hiện nay gần nhƣ tự động hóa hoàn toàn, có rất ít sự xuất hiện của con người trong quá trình sản xuất. Để học sinh khi ra trường có được trình độ và năng lực đáp ứng được thị trường lao động nên tác giả sẽ cấu trúc lại nội dung của phần này cho phù hợp với điều kiện cơ sở vật chất hiện có của nhà trường, cũng như giải quyết được vấn đề chất lượng nguồn lao động.
Phần nội dung đặc điểm, yêu cầu trang bị điện của các nhóm máy trong mô đun “Trang bị điện 2” được phân bổ thời gian tương đối nhiều (hơn 30h).
Trong khi đó trong chương trình môn học “Trang bị điện 1” (Phụ lục 1), nội dung chương 3, 4, 5 và chương 6 của môn học “Trang bị điện 1” phần lý thuyết về đặc điểm, yêu cầu trang bị điện của các máy sản cắt kim loại và máy sản xuất các em đã được học tương đối kỹ (hơn 60h). Chính vì lý do đó, giảng dạy mô đun Trang bị điện 2, phần đặc điểm, yêu cầu trang bị điện các nhóm máy GV chỉ cần nhắc lại rất nhanh để sinh viên nhớ lại, tác giả bổ sung nội dung PLC vào mô đun này sẽ không ảnh hưởng đến thời gian chung của chương trình. Tác giả tái cấu trúc lại chương trình:
- Giữ nguyên thời gian đào tạo chương trình.
- Trong phần Trang bị điện máy căt kim loại:
+ Phân bổ lại thời gian đào tạo cho từng nhóm máy cắt kim loại
+ Xây dựng bài giảng ứng dụng PLC trong điều khiển máy tiện, máy khoan, máy doa, máy mài.
- Trong phần Trang bị điện máy sản xuất:
+ Phân bổ lại thời gian đào tạo cho từng nhóm máy cắt kim loại + Xây dựng bài giảng ứng dụng PLC trong điều khiển thang máy.
- Sau khi tái cấu trúc chương trình, nội dung chương trình chi tiết như sau:
57 Chương trình chưa chỉnh sửa Thời
gian Chương trình chỉnh sửa Thời
gian Bài 1: Trang bị điện máy cắt kim loại
3. Trang bị điện máy cắt gọt kim loại 3.1 Trang bị điện nhóm máy tiện 3.1.1 Đặc điểm, yêu cầu trang bị điện
3.1.2 Lắp đặt, sửa chữa mạch điện máy tiện T616
3.2 Trang bị điện nhóm máy khoan 3.2.1 Đặc điểm, yêu cầu trang bị điện
3.2.2 Lắp đặt, sửa chữa mạch điện máy khoan cần 2A55
3.3 Trang bị điện nhóm máy doa 3.3.1 Đặc điểm, yêu cầu trang bị điện
3.3.2 Lắp đặt, sửa chữa mạch điện máy doa ngang 2620
3.4 Trang bị điện máy mài
90 giờ 90 giờ 18 giờ 5 giờ 13 giờ
18 giờ 6 giờ
12 giờ
36 giờ 6 giờ
30 giờ
18 giờ
Bài 1: Trang bị điện máy cắt kim loại 3. Trang bị điện máy cắt gọt kim loại 3.1 Trang bị điện nhóm máy tiện (20 giờ) 3.1.1 Đặc điểm, yêu cầu trang bị điện
3.1.2 Lắp đặt, sửa chữa mạch điện máy tiện T616 Ứng dụng PLC trong điều khiển máy tiện T616 3.2 Trang bị điện nhóm máy khoan
3.2.1 Đặc điểm, yêu cầu trang bị điện
3.2.2 Lắp đặt, sửa chữa mạch điện máy khoan cần 2A55
Ứng dụng PLC trong điều khiển máy khoan cần 2A55
3.3 Trang bị điện nhóm máy doa 3.3.1 Đặc điểm, yêu cầu trang bị điện
3.3.2 Lắp đặt, sửa chữa mạch điện máy doa ngang 2620
Ứng dụng PLC trong điều khiển máy doa ngang 2620
3.4 Trang bị điện máy mài
90 giờ 90 giờ 20 giờ 1 giờ 13 giờ
6 giờ 19 giờ
1 giờ
12 giờ
6 giờ 37 giờ
1 giờ
30 giờ 6 giờ
14 giờ
58 3.4.1 Đặc điểm, yêu cầu trang bị điện
3.4.2 Lắp đặt, sửa chữa mạch điện máy mài 3A130
Bài 2: Trang bị điện máy sản xuất 4. Trang bị điện máy sản xuất
4.1 Trang bị điện cầu trục
4.1.1 Đặc điểm trang bị điện cầu trục
4.1.2 Lắp đặt, sửa chữa mạch điện điều khiển cầu trục bằng bộ khống chế động lực (hoặc bộ nút bấm)
4.2 Trang bị điện thang máy
4.2.1 Đặc điểm trang bị điện thang máy
4.2.2 Lắp mạch điều khiển mạch điện thang máy 3 tầng
4.3 Trang bị điện máy bơm
4.3.1 Đặc điểm trang bị điện máy bơm
4.3.2 Lắp đặt, sửa chữa mạch khống chế máy bơm điển hình
4.4 Trang bị điện lò điện
4.4.1. Đặc điểm phân loại và trang bị điện lò điện 4.4.2. Lắp mạch, sửa chữa mạch điện điều khiển lò điện trở
5 giờ 13 giờ 60 giờ 60 giờ 12 giờ 2 giờ
10 giờ 18 giờ 3 giờ
15 giờ
12 giờ 2 giờ
10 giờ 18 giờ 3 giờ
15 giờ
3.4.1 Đặc điểm, yêu cầu trang bị điện
3.4.2 Lắp đặt, sửa chữa mạch điện máy mài 3A130
Bài 2: Trang bị điện máy sản xuất 4. Trang bị điện máy sản xuất
4.1 Trang bị điện cầu trục
4.1.1 Đặc điểm trang bị điện cầu trục
4.1.2 Lắp đặt, sửa chữa mạch điện điều khiển cầu trục bằng bộ khống chế động lực (hoặc bộ nút bấm)
4.2 Trang bị điện thang máy
4.2.1 Đặc điểm trang bị điện thang máy
4.2.2 Lắp mạch điều khiển mạch điện thang máy 3 tầng
Ứng dụng PLC trong điều khiển thang máy 3 tầng 4.3 Trang bị điện máy bơm
4.3.1 Đặc điểm trang bị điện máy bơm
4.3.2 Lắp đặt, sửa chữa mạch khống chế máy bơm điển hình
4.4 Trang bị điện lò điện
4.4.1. Đặc điểm phân loại và trang bị điện lò điện 4.4.2. Lắp mạch, sửa chữa mạch điện điều khiển lò điện trở
1 giờ 13 giờ 60 giờ 60 giờ 11 giờ 1 giờ
10 giờ 22 giờ 1 giờ
15 giờ 6 giờ 11 giờ
1 giờ
10 giờ 16 giờ 1 giờ
15 giờ
59 Với nội dung đã đƣợc cấu trúc lại nhƣ trên thì có thể tận dụng các mô đun PLC cơ bản có sẵn của chuyên ngành tự động hóa, để điều khiển các mô hình máy cắt gọt kim loại và máy sản xuất hiện có của nhà trường một cách rất linh hoạt mà không cần phải đầu tƣ thêm các bộ điều khiển PLC riêng cho chuyên ngành Điện công nghiệp.
Đồng thời có thể giảng dạy được phần nội dung có liên quan đến PLC mà trước đây nghề Điện công nghiệp tại trường chưa thực hiện được.
3.4 Xây dựng một số bài giảng bổ sung PLC trong mô đun Trang bị điện 2 3.4.1 Xây dựng bài giảng ứng dụng PLC trong điều khiển máy tiện T616
Máy tiện là một trong máy gia công cắt kim loại đƣợc sử dụng rộng rãi để gia công các mặt tròn xoay, với chuyển động chính là chuyển động quay tròn quanh phôi tạo ra tốc độ cắt và chuyển động chạy dao. Với các thế hệ máy tiện cũ từ năm 80 của thế kỷ trước do Liên xô sản xuất chế tạo, tất cả các thao tác từ gá lắp chi tiết, lấy chiều sâu cắt, vận hành cho trục chính quay thuận nghịch… đều thao tác bằng tay với độ chính xác có dung sai lớn, sản phẩm sản xuất đơn chiếc. Với nền sản xuất hiện đại ngày nay, các sản phẩm yêu cầu có độ phức tạp, tính chính xác cao, sản xuất hàng loạt, đồng thời để dễ dàng kiểm tra, sửa chữa khi có sự cố.
Chính vì điều đó hầu hết các máy tiện hiện nay đều đƣợc tự động hóa. Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng. Kỹ thuật tự động giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc khác. Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác.
Trong chương trình đào tạo MĐ Trang bị điện 2, học sinh chỉ được nghiên cứu máy tiện T616 (thế hệ cũ) chƣa đƣợc bổ sung bộ thiết bị điều khiển. Với việc đào tạo nhƣ vậy, chất lƣợng nguồn nhân lực sẽ không đáp ứng đƣợc yêu cầu của xã hội.
Vì những lý do trên Tác giả kiến nghị bổ sung nội dung PLC vào chương trình đào tạo trong phần trang bị điện máy cắt gọt kim loại nói chung, ở đây là máy tiện T616 để giúp HS đáp ứng đƣợc yêu cầu thực tế của xã hội và kịp thời cập nhập công nghệ hiện nay.
60 Trước khi xây dựng bài giảng ứng dụng PLC trong điều khiển máy tiện T616, cụ thể ở đây là điều khiển 3 động cơ (động cơ chính mang chi tiết quay thuận nghịch, động cơ bơm dầu, động cơ bơm nước và đèn báo kèm theo Rơ le bảo vệ điện áp thấp).
CÁC ĐỘNG CƠ DỪNG LÀM VIỆC BẮT ĐẦU
RƠ LE ĐIỆN ÁP RU LÀM VIỆC
KC1 =1 HOẶC KC2=1
S KC0 = 1
S
Ð RN = 1
Ð
S
ĐỘNG CƠ BƠM DẦU VÀ BƠM NƯỚC LÀM VIỆC
(K3=1)
KC1 =1 K3=1
ĐỘNG CƠ MÂM CẶP QUAY THUẬN
KC2 =1 K3=1
ĐỘNG CƠ MÂM CẶP QUAY NGƯỢC
K=1
ĐÈN SÁNG
KẾT THÚC Ð
Ð
Ð
Ð
S
S
S
Hình 3.12 Lưu đồ thuật toán điều khiển máy tiện T616 (phần mang động cơ và Rơ le bảo vệ điện áp thấp)
61 Giáo án số: 01 Thời gian thực hiện: 6h = 300’
Tên bài trước:
Tên chương:
Thực hịên ngày: ...
Tên bài:
Bài 1: MÔ HÌNH MÁY TIỆN T616
MỤC TIÊU CỦA BÀI:
Sau khi học xong bài này sinh viên có khả năng:
* Kiến thức: .
- Biết cách phân tích nguyên lý hoạt động theo yêu cầu công nghệ để chuyển sang viết chương trình trong PLC điều khiển sự hoạt động của hệ thống máy tiện T616.
* Kỹ năng:
- Kết nối thành thạo CPU S7-200 với máy tính và các thiết bị chấp hành để đáp ứng yêu cầu bài toán.
- Ứng dụng thành thạo các lệnh để viết chương trình trên phần mềm viết chương trình MicroWin
* Thái độ:
- Biết đƣợc vai trò và ứng dụng của các bộ điều khiển khả trình, từ đó có phương pháp phân tích yêu cầu công nghệ trong thực tế để viết chương trình trong PLC và xác định phương pháp học tập hợp lí để học tập tốt môn học.
- Chấp hành đúng nội quy thực tập, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị TRANG THIẾT BỊ DẠY HỌC:
TT Trang thiết bị Thông số kỹ thuật Số lƣợng
1 Máy tính cá nhân PentumVI 1 bộ
2 Cable kết nối-chuyển đổi PC/MPI 1 bộ
3 Step7-Mcro/Win và Driver cho
cable PC/MPI 1 bộ
4 PLC Step7-200 CPU 224 AC/DC/Relay 1 bộ
62 5 Bàn lắp đạt CPU 224 có đủ tín hiệu
vào/ra và nguồn ra 24 VDC 1 bộ
6 Bàn lắp đặt dây chuyền có đầy đủ
thiết bị và tín hiệu vào/ra 1 bộ
7 Máy nén khí, bộ lọc và điều áp 1 bộ
8 Bộ dây kết nối 1 bộ
HÌNH THỨC TỔ CHỨC DẠY HỌC:
Lý thuyết: Học tập trung, nghe giảng
Thực hành: tổ chức theo nhóm từ 2 đến 3 người để cho sinh viên có thể trực tiếp thao tác từng công việc cụ thể. Qua đó, sinh viên tự đánh giá khả năng thực hiện công việc và rút ra kinh nghiệm của bản thân.
I. Ổn định lớp: Thời gian: 5’
1. Kiểm tra sĩ số:
2. Nội dung nhắc nhở:
- Trang phục thực hành - An toàn kỷ luật lao động - Vệ sinh phòng học II. Kiểm tra bài cũ:...
III. Thực hiện bài học:
TT NỘI DUNG
HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
THỜI GIAN HOẠT
ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN
HOẠT ĐỘNG CỦA
HỌC SINH 1 Dẫn nhập
- Giới thiệu về ứng dụng nổi bật của PLC trong việc điều khiển hệ thống động cơ máy tiện T616.
Giảng giải Lắng nghe 5’
2 Giới thiệu chủ đề:
MÔ HÌNH MÁY TIỆN T616.
63 Giải quyết vấn đề
Giảng bài mới
1. Mô hình máy tiện T616.
- Nguyên lý hoạt động của máy tiện T616.
+ Chế độ làm việc bằng tay + Chế độ làm việc tự động - Mạch động lực máy tiện T616.
.- Mạch điều khiển máy tiện T616.
2. Thực hành.
Viết chương trình điều khiển động cơ máy tiện T616
Bước 1: Nguyên lí hoạt động
* Sơ đồ nguyên lý mạch:
* Quy trình làm việc:
Bước 2: Viết chương trình
* Khai báo địa chỉ vào ra:
Địa chỉ vào:
+ Tay gạt KC vị trí 0 I0.0 -> KC0 + Tay gạt KC vị trí 1 I0.1 -> KC1 + Tay gạt KC vị trí 2 I0.2 -> KC2 + Công tắc đèn K I0.3 -> K + Rơle nhiệt I0.4 -> RN Địa chỉ ra:
+ Rơle bảo vệ điện áp 0 Q0.0 -> RU + Cuộn dây K1(DK động cơ mâm cặp thuận) Q0.1 ->K1
+ Cuộn dây K2(DK động cơ mâm cặp ngƣợc) Q0.2 ->K2
+ Cuộn dây K3 (DK động cơ bơm dầu, nước) Q0.3 ->K3
- Giảng giải, làm mẫu, phát vấn, kiểm tra
- Lắng nghe, ghi chép - Phát biểu ý kiến, thực hành, báo cáo kết quả
275'
30’
245’
25’
150’
64
* Viết chương trình điều khiển PLC:
- Ngôn ngữ Ladder:
- Ngôn ngữ STL:
Bước 3: Mô phỏng, chạy mô phỏng
Bước 4: Download chương trình, chạy thử
20 50 3 Kết thúc vấn đề
Ứng dụng của các lệnh trong PLC để điểu khiển hệ thống máy tiện T616
Giảng giải, đàm thoại
10’
4 Hướng dẫn tự học Giao bài tập về nhà 5’
5 Nguồn tài liệu tham khảo Giáo trình PLC cơ bản [10].
Nguyễn Trọng Thuần, Điều khiển logic và ứng dựng, NXB Khoa học kỹ thuật 2006 [11].
III. RÚT KINH NGHIỆM
...
... ...
TRƯỞNG HOA/TRƯỞNG TỔ MÔN
…………..………
………
Ngày ... tháng ... năm 20 Giáo viên
Nguyễn Đăng Bách
Bài giảng số 01
Với điều kiện hạn chế về số trang của luận văn nên tác giả chỉ đi sâu vào phần kiến thức quan trọng nhất của giáo án là phần viết chương trình điều khiển dạng ladder (phần 2 của giáo án 01)
65 1. Khai báo địa chỉ vào ra
Bảng 3.1 Danh mục địa chỉ vào / ra PLC (giáo án số 01)
Hình 3.13 Vị trí kết nối tín hiệu vào – ra PLC S7-200 CPU 224
66 2. Viết chương trình điều khiển PLC
+ Đƣa tay gạt KC về vị trí 0 ( KC0=1) thì rơle điện áp RU có tín hiệu (RU =1) . Tiếp điểm RU đóng lại duy trì cho rơle điện áp luôn có tín hiệu.
- Khi rơle điện áp RU có tín hiệu đƣa tay gạt KC về vị trí 1 hoặc vị trí 2 thì động cơ bơm dầu và động cơ bơm nước hoạt động (K3=1)
67 - Khi động cơ bơm dầu và bơm nước làm việc ( K3=1) và tay gạt KC ở vị trí 1 ( KC1 =1) thì động cơ mâm cặp chạy thuận.
- Khi động cơ bơm dầu và bơm nước làm việc ( K3=1) và tay gạt KC ở vị trí 2 ( KC2 =1) thì động cơ mâm cặp chạy ngƣợc.
Tác động vào công tắc đèn K ( K=1) đèn sáng
68 3. Giới thiệu mô đun thực hành PLC S7-200 CPU 224
- Trên mô đun PLC S7-200 CPU 224 (hình 3.14) đã bố trí nối sẵn các cổng vào/ra và đƣợc kết nối nguồn điện nên khi sử dụng chỉ việc cấp nguồn và kết nối các tín hiệu vào và ra đúng các địa chỉ đã thiết lập tại bảng 3.2 (bảng dạnh mục địa chỉ vào/ra PLC).
4. Dowload chương trình vào PLC và chạy thử
- Để kiểm tra phần mềm lập trình có đáp ứng đƣợc đúng với yêu cầu công nghệ hay không cần sử dụng phần mềm mô phỏng đơn giản đƣợc cài đặt trên máy tính (hình 3.15).
- Sau khi đã kiểm tra phần mềm lập trình đảm bảo yêu cầu công nghệ thì kết nối PLC với cổng USB của máy tính thông qua cáp kết nối chuyên dụng.
- Tiến hành dowload chương trình đã được kiểm tra vào PLC.
- Kiểm tra mạch động lực.
- Kết nối các tín hiệu vào, ra của PLC với các thiết bị chấp hành.
- Cấp nguồn cho hệ thống và chạy máy.
- Kiểm tra quá trình làm việc của hệ thống. Nếu chƣa đúng với yêu cầu công nghệ thì phải chỉnh sửa lại phần mềm lập trình cho phù hợp và tiến hành dowload lại từ đầu.
69 Hình 3.14. Mô đun thực hành PLC S7-200 CPU 224
Hình 3.15 Mô phỏng kiểm tra phần mềm trên máy tính
70 3.4.2 Xây dựng bài giảng ứng dụng PLC trong điều khiển thang máy 3 tầng
Hệ thống điều khiển thang máy bằng các khí cụ điện (công tắc tơ, nút bấm, rơ le), là hệ thống điều khiển nối cứng sử dụng những bộ tiếp điểm role, công tắc tơ…tham gia điều khiển quá trình tự động vận hành, kèm theo đó là việc sử dụng dây điện để kết nối chúng với nhau trong bảng điều khiển.
- Do đó, hệ thống điều khiển nối cứng có nhiều nhƣợc điểm nhƣ sau : + Tốn khá nhiều công sức cho việc kết nối truyền thông.
+ Khó khăn cho việc thay thế và sửa chữa.
+ Khó xác định lỗi nhanh chóng, muốn vậy đòi hỏi người thợ phải có kỹ năng tay nghề cao.
+ Khi có sự cố về điện, phải tạm ngƣng sản xuất để xác định lỗi và tiến hành sửa chữa.
- Trong khi đó, hiện tại trên thế giới cũng như trong nước các hệ thống thang máy không sử dụng thuần túy bằng các Role, Công tắc tơ…..thay vào đó sử dụng các bộ CPU lập trình, dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp. Khi có sự cố chỉ cần kiểm tra lại chuơng trình hoặc thay thế bộ điều khiển dự phòng là có thể sử dụng đƣợc, không mất quá nhiều thời gian cho việc dừng phục vụ để đáp ứng công việc sửa chữa.
- Với những ưu, nhược điểm như vậy. Tác giả đã tái cấu trúc lại chương trình, bổ sung nội dung PLC vào xây dựng bài giảng điều khiển thang máy 3 tầng trong chương trình để giúp HS đáp ứng được yêu cầu thực tế của xã hội và kịp thời cập nhập công nghệ hiện nay.
Lưu đồ thuật toán, trong đó:
L1 là hướng buồng thang đi lên khi có lệnh gọi tầng theo chiều đi lên L2 là hướng buồng thang đi lên khi có lệnh gọi tầng theo chiều đi xuống X1 là hướng buồng thang đi xuống khi có lệnh gọi tầng theo chiều đi xuống X2 là hướng buồng thang đi xuống khi có lệnh gọi tầng theo chiều đi lên DT_L là hướng buồng thang đi lên khi có lệnh đến tầng theo chiều đi lên
DT_X là hướng buồng thang đi xuống khi có lệnh đến tầng theo chiều đi xuống HT là vị trí hiện thời của buồng thang