Xemtailieu He Thong Pha Tron Son Dung s7 1200 (1)

MỤC LỤC...I LỜI CÁM ƠN...III LỜI MỞ ĐẦU...IV NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN...V

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHA SƠN TỰ ĐỘNG...1 1.1. Đặt vấn đề:...1 1.2. Mục đích nghiên cứu:...1 1.3. Giới hạn đề tài:...1 1.4. Hướng thực hiện đề tài:...2 1.5. Một số mô hình ngoài thực tế...2 CHƯƠNG 2: MÔ TẢ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ...4

2.1. Quy trình điều khiển máy trộn:...4

2.2. Quy trình điều khiển rót sơn:...5

CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH...6

3.1 Thiết bị cảm biến:...6

3.1.1. Phân loại cảm biến:...6

3.1.1.1 Cảm biến tiếp xúc:...6

3.1.1.2 Các loại cảm biến không tiếp xúc:...6

3.1.2. Tìm hiểu một số loại cảm biến:...7

3.2. Thiết bị đóng cắt:...10

3.2.1. Khái niệm chung về rơle:...10

3.2.2. Các bộ phận (các khối) chính của rơle...10

3.2.3. Phân loại rơ le:...11

3.2.5. Các thông số của rơle:...12

3.2.6. Rơle trung gian:...13

3.3 Thiết bị đóng xả van:...14

3.3.1 Van điện từ...14

3.3.2. Tổng quan về động cơ điện một chiều:...15

3.3.2.1. Cấu tạo, phân loại động cơ điện một chiều:...15

3.3.2.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều...18

3.3.2.3 Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ:...21

3.3.2.3.1 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:...21

3.3.2.3.2 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:...22

3.3.2.3.3 Ảnh hưởng của từ thông...23

3.3.3. Tổng quan về động cơ giảm tốc...24

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN...25

4.1. Giới thiệu về plc s7-1200 và tia portal...25

4.1.1. Tổng quan về PLC S7-1200:...25

4.1.1.1.2. Sign Board của PLC S7-1200:...28

4.1.1.1.3. Module xuất / nhập tín hiệu số:...29

4.1.1.1.4. Module xuất / nhập tín hiệu tương tự:...29

4.1.1.1.5. Module truyền thông:...30

4.1.1.2. Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển:...30

4.1.2. Làm việc với phần mềm SIMATIC TIA Portal:...30

4.1.2.1.2. Cấu trúc lập trình:...31

4.1.2.1.3. Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS:...31

4.1.2.1.5. Giới thiệu một số tập lệnh trong S7-1200:...32

4.2. Giới thiệu về wincc v12...39

4.3 Giới thiệu về hmi...42

4.4 Phân công vào ra:...44

4.5 Lưu đồ thuật toán...45

4.5.1: Thuật toán chọn màu sơn để pha...45

4.5.2. Thuật toán bơm nước rửa:...46

4.6. Sơ đồ đấu nối plc s7-1200...47

CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM...48

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...54

6.1 Kết luận:...54

6.2 Hướng phát triển:...54

TÀI LIỆU THAM KHẢO...55

Ngày nay, nước ta đang đẩy mạnh công nghiệp hóa – hiện đại hóa, hội nhập kinh tế Quốc tế nhằm đưa đất nước phát triển, mục tiêu đến năm 2020 cơ bản trở thành một nước công nghiệp. Song song với việc chú trọng phát triển các ngành kinh tế thì việc cập nhật, nắm bắt được công nghệ hiện đại đang ngày càng phát triển của toàn thể nhân loại là cực kỳ quan trọng. Sinh viên là những chủ nhân tương lai của Đất nước, của xã hội trong đó Đồ án Tốt nghiệp là dấu mốc quan trọng của sinh viên trước khi ra trường, đây là kết quả tích luỹ của quá trình học tập, vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế, giúp cho sinh viên hiện thực hóa khả năng sáng tạo của bản thân, tự tin hơn khi ra trường. Và trong quá trình hoàn thành đề tài tốt nghiệp: “Hệ thống pha, trộn sơn tự động dùng PLC S7-1200”, bản thân em đã học hỏi được rất nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong khi thực hiện đề tài với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong bộ môn Tự Động Hóa - khoa Điện

Tuy đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện đề tài nhưng sẽ không tránh khỏi những sai sót, mong quý thầy cô bỏ qua và giúp đỡ để em có thể hoàn thành tốt nhiệm vụ và củng cố kiến thức ngày càng vững vàng hơn nhằm trang bị những kiến thức cần thiết để tạo bước đệm khi ra trường đi làm.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Tự Động Hóa - khoa Điện đặc biệt là T.S Giáp Quang Huy đã luôn quan tâm, giúp đỡ và tạo những điều kiện thuận lợi nhất giúp em có thể hoàn thành đề tài này đúng thời hạn được giao.

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực hiện

Trong công cuộc đẩy mạnh Công nghiệp hóa – hiện đại hóa Đất nước, việc đầu tư và ứng dụng các dây chuyền sản xuất, tự động hóa nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất và nâng cao năng suất lao động, cho ra sản phẩm chất lượng, đáp ứng nhu cầu của khách hàng là rất quan trọng. Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ hiện nay đó là ngành xây dựng và việc ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động hóa trong lĩnh vực này cũng không thể thiếu trong đó có công nghệ và kỹ thuật pha, trộn sơn. Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng, chủ yếu là sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng đồng thời cũng là hình thức trang trí thẩm mỹ. Chính vì vậy, màu sắc của sơn là một trong những yếu tố được quan tâm hàng đầu. Đa số việc pha màu hiện nay trên thị trường đều được thực hiện trên phương pháp thủ công (theo kinh nghiệm). Chính vì vậy độ chính xác không cao, sản phẩm tạo ra không như mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, năng suất thấp, lãng phí sức lao động, thời gian…

Để loại bỏ những nhược điểm trên, cũng như để tạo ra những sản phẩm theo mong muốn, chúng ta ứng dụng, đưa bộ điểu khiển lập trình PLC vào để thực hiện cụ thể là một dây chuyền sản xuất tự động.Vì vậy em đã nhận đề tài “Hệ thống pha, trộn sơn tự động dùng PLC S7- 1200” nhằm tìm hiểu kỹ hơn vể dây chuyền đó.

Với những kiến thức học được trong suốt thời gian qua cùng với sự giúp đỡ tận tình của TS. Giáp Quang Huy và các quý thầy cô, bạn bè và gia đình, chúng em đã hoàn thành việc nghiên cứu và thi công mô hình “Hệ thống pha trộn sơn tự động dùng PLC S7 - 1200”. Do kiến thức có hạn, kinh phí hạn hẹp và thời gian không cho phép nên trong đồ án này chúng em chỉ đi sâu vào các nội dung sau:

 Tổng quan về công nghệ pha sơn tự động  Mô tả quy trình công nghệ.

 Cảm biến và cơ cấu chấp hành.  Thiết kế điều khiển

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2015 Giáo viên hướng dẫn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHA SƠN TỰ ĐỘNG

1.1. Đặt vấn đề:

Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hóa, để quá trình này phát triển nhanh chúng ta cần tập trung đầu tư vào các dây chuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao động và cho ra sản phẩm có chất lượng cao. Một trong những phương án đầu tư vào tự động hoá là việc ứng dụng PLC vào các dây chuyền sản xuất. Đối với những tính năng tiện ích của hệ thống PLC nên hiện nay bộ điều khiển này đang được sử dung rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau. Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ nhất hiện nay đó là ngành xây dựng, và việc ứng dụng PLC vào trong ngành xây dựng là một việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao và rất phù hợp, đặc biệt là trong công đoạn pha chế sơn

1.2. Mục đích nghiên cứu:

Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng,chủ yếu là sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng, đồng thời cũng là hình thức trang trí thẩm mỹ,chính vì vậy màu sắc của sơn là một yếu tố được quan tâm hàng đầu. Đa số việc pha màu hiện nay trên thị trường đều được thực hiện trên phương pháp thủ công (tức theo kinh nghiệm). Chính vì vậy độ chính xác không cao, sản phẩm sản xuất ra đôi khi không theo mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, năng suất thấp, lãng phí sức lao động, thời gian, Để loại bỏ những nhược điểm trên. Cũng như để tạo ra những sản phẩm theo mong muốn, chỉ bằng một thao tác đơn giản, đưa bộ điểu khiển lập trình PLC vào để thực hiện cụ thể là một dây chuyền sản xuất tự động

1.3. Giới hạn đề tài:

Từ yêu cầu của đề tài, cũng như khả năng về kiến thức chúng em chỉ thực hiện những công việc sau: Tìm hiểu mô hình Pha màu trong thực tế. Tìm hiểu và nghiên cứu PLC S7 – 1200. Viết chương trình, chạy chương trình trên PLC (CPU 1214). Tìm hiểu phần mền Win CC. Viết giao diện bằng phần mền Win CC, kết nối giao tiếp giữa giao diện Wincc, màn hình HMI và chương trình PLC. Thi công mô hình và phần cứng.

1.4. Hướng thực hiện đề tài:

Nghiên cứu mô hình máy pha màu từ các bồn chứa vật liệu cơ bản (các màu cơ bản và thành phần để tổng hợp nên màu cơ bản) Ấn định sản xuất một số màu (cam, xanh lá cây, lam, thẩm, chàm) từ các màu cơ bản (đỏ, vàng, xanh). Ấn định sản xuất lượng sản phẩm được người sử dụng nhập từ giao diện. Sử dụng giao diện để người sử dụng lựa chọn sản phẩm và tỷ lệ theo các thành phần màu để có một màu theo mong muốn. Sử dụng các bộ timer để tính thời gian trộn và xả sản phẩm Thông qua PLC để tác động đóng mở các van cấp nguyên vật liệu và điều khiển động cơ khuấy trộn. Vẽ giao diện về mô hình và bảng điều khiển, bảng mã màu để dễ dàng trong việc giám sát và điều khiển. Kết nối giữa giao diện Wincc, giám sát hệ thống qua màn hình HMI và chương trình PLC. Thi công mô hình và điều khiển mô hình hoàn toàn hoạt động

1.5. Một số mô hình ngoài thực tế

CHƯƠNG 2:

MÔ TẢ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ

Quá trình vận hành gồm 2 giai đoạn là điều khiển máy trộn sơn và điều khiển rót sơn.

2.1. Quy trình điều khiển máy trộn:

Sơ đồ công nghệ cho thấy: bình trộn là nơi trộn để tạo ra các màu sơn khác nhau và cũng là nơi rửa sơn sau khi kết thúc quá trình trộn mẻ đó. Trong sơ đồ cho thấy có đường ống để đưa ba loại sơn màu khác nhau (Gồm các màu theo thứ tự: Đỏ, vàng, xanh) làm cơ sở cho việc tạo ra màu sơn mong muốn.

Quy trình làm việc được thực hiện như sau: Trước tiên van xả các loại sơn khác màu nhau vào bồn, loại sơn thứ nhất được xả vào bình bằng van điện từ 1 trong khoảng thời gian t1, loại sơn thứ hai được xả vào bình qua van điện từ 2 trong khoảng thời gian t2, loại sơn thứ ba được xả vào bình bằng van điện từ 3 trong khoảng thời gian t3. Các van dừng đưa sơn vào bình khi đã bơm đủ khoảng thời gian định sẳn thì bắt đầu quá trình trộn. Quá trình này được điều khiển bởi động cơ trộn, thời gian là 5 giây. Sau khi trộn xong, sản phẩm được đưa ra rót thẳng vào bình chứa trung gian

2.2. Quy trình điều khiển rót sơn:

Khâu rót sơn ra hộp được thực hiện sau khi chương trình trộn sơn kết thúc, các hộp sơn được đặt trên băng tải, có hai cảm biến để báo quá trình rót sơn tự động.

Các cảm biến được dùng trong qua trình rót sơn:

- Cảm biến 1: báo hộp sơn đã đến đúng vị trí để rót sơn. - Cảm biến 2: báo hộp sơn đến cuối băng tải cần được đưa.

Khi quá trình trộn sơn kết thúc, ta mới thực hiện rót sơn vào hộp. Khi sơn đã được trộn xong, băng tải chạy để đưa hộp sơn đến đúng vị trí để rót sơn. Cảm biến 1 báo hộp sơn đã đến đúng vị trí thì băng tải ngưng và van rót sơn mở để đưa sơn xuống hộp trong khoảng thời gian t do ta tính trước để đảm bảo sơn đã được rót đầy vào hộp thì van đóng lại ngưng rót sơn đồng thời băng tải chạy lại để đưa hộp sơn ra cuối băng tải và đồng thời hộp sơn tiếp theo cũng đến vị trí rót.

Hình 2.2: Mô hình sao màu RYB

Ở đây ta sẽ nhập số tương ứng với màu cần chọn vào Wincc, màn hình HMI để, để nó điểu khiển thời gian xả của ba van tương ứng.

CHƯƠNG 3

CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH

 Các thiết bị thường dùng trong hệ thống trộn sơn tự động:  Cảm biến:

- Cảm biến nhận biết vị trí: Cảm biến tiệm cận  Thiết bị đóng cắt mạch điện: - Rơ le trung gian.  Thiết bị đóng xả sơn: - Van điện từ.  Động cơ sử dụng trong hệ thống: - Động cơ một chiều.

- Động cơ điện một chiều có giảm tốc. 3.1 Thiết bị cảm biến:

Cảm biến được định nghĩa như một thiết bị dùng để biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không điện cần đo thành các đại lượng có thể đo được (dòng điện, điện thế, điện dung, trở kháng…). Cảm biến là thành phần quan trọng nhất trong một thiết bị đo hay trong mộ hệ thống điều khiển tự động. Chúng có mặt trong các hệ thống phức tạp, robot, kiểm tra chất lượng sản phẩm, trò chơi điện tử, vv…

Vấn đề phát hiện vật thể là một trong những vấn đề cơ bản trong đề tài thiết kế, điều khiển cửa tự động. Để phát hiện vật thể chúng ta có thể áp dụng rất nhiều nguyên tắc vật lý khác nhau. Sau đây chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu về một số phương pháp phát hiện vật thể điển hình.

3.1.1. Phân loại cảm biến: 3.1.1.1 Cảm biến tiếp xúc:

- Gắn trực tiếp lên đại lượng cần đo và tín hiệu phát ra của chúng có thể một đại lượng vật lý có tương quan tỷ lệ với đại lượng đo.

3.1.1.2 Các loại cảm biến không tiếp xúc:

+ Cảm biến điện từ, siêu âm đo khoảng cách, phát hiện vật thể. + Cảm biến điện dung.

+ Cảm biến quang học đo khoảng cách phát hiện sự hiện diện. + Cảm biến hồng ngoại.

3.1.2. Tìm hiểu một số loại cảm biến: 1. Cảm biến tiệm cận:

Do tính phổ biến cũng như chức năng, cảm biến tiệm cận được sử dụng nhiều trong công nghiệp.

Cảm biến tiệm cận dung để phát hiện vật thể kim loại từ tính, kim loại không từ tính (như Nhôm, đồng…). Sử dụng cảm biến loại điện cảm (Inductivity Proximity Sensor) và phát hiện vật phi kim sử dụng loại cảm biến tiệm cận kiểu điện dung (Capacitve Proximity Sensor). Đồng thời có sẵn Model đáp ứng được hầu hết các điều kiện môi trường lắp đặt: nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp, chống nước, chống hóa chất …

Cảm biến tiệm cận là gì?

Cảm biến tiệm cận bao gồm tất cả các loại cảm biến phát hiện vật thể không cần tiếp xúc như công tắc hành trình mà dựa trên những mối quan hệ vật lý giữa cảm biến và vật thể cần phát hiện. Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có 3 hệ thống phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này: hệ thống sử dụng dòng điện xoáy được phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ. Hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ.

*Cảm biến tiệm cận điện cảm

Hình 3.2: Cảm biến tiệm cận dung trong đồ án.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của loại cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm:

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lí hoạt động cảm biến kiểu điện cảm

Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm phát hiện sự suy giảm từ tính do dòng điện xoáy sinh ra trên bề mặt vật dẫn do từ trường ngoài. Trường điện từ xoay chiều sinh ra trên cuộn dây và thay đổi trở kháng phụ thuộc vào dòng điện xoáy trên bề mặt vật thể kim loại được phát hiện.

Một phương pháp khác để phát hiện vật thể bằng nhôm nhờ phát hiện pha của tần số. Tất cả các cảm biến phát hiện kim loại đều sử dụng cuộn dây để phát hiện sự thay đổi điện cảm. Ngoài ra còn có loại cảm biến đáp ứng xung, loại này phát ra dòng điện xoáy dưới dạng xung và phát hiện số lần thay đổi dòng điện xoáy với điện áp sinh ra trên cuộn dây.

Vật thể cần phát hiện và cảm biến khi tiến gần nhau giồng như hiện tượng cảm ứng điện từ trong máy biến áp.

*Cảm biến tiệm cân điện dung

Hình 3.3 Hình ảnh cho cảm biến tiệm cận điện dung

Nguyên lý phát hiện của cảm biến loại điện dung:

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lí hoạt động cảm biến điện dung

Trong cảm biến tiếp cận điện dung, sự có mặt của đối tượng làm thay đối điện dung C của các bản cực. Cảm biến tiếp cận điện dung cũng gồm bốn bộ phận chính là cuộn dây và lõi ferit, mạch dao động, mạch phát hiện, mạch đầu ra.

Tuy nhiên cảm biến tiếp cận điện dung không đòi hỏi đối tượng là kim loại. Đối tượng phát hiện có thể là chất lỏng, vật liệu phi kim loại; thuỷ tinh, nhựa. Tốc độ chuyển mạch tương đối nhanh, có thể phát hiện đối tượng có kích thước nhỏ, phạm vi cảm nhận lớn.

Hạn chế yếu của cảm biến điện dung là chịu ảnh hưởng của độ ẩm và bụi. Cảm biến tiếp cận điện dung có vùng cảm nhận lớn hơn vùng cảm nhận của cảm biến tiếp cận điện cảm. Để có thể bù ảnh hưởng của môi trường và đối tượng, cảm biến tiếp cận điện dung thường có một chiết áp điều chỉnh.

Giá trị điện dung phụ thuộc vào kích thước và khoảng cách của đối tượng. Một cảm biến tiệm cận điện dung thông thường tương tự như tụ điện với 2 bản điện cực song song, và điện dung thay đổi giữa 2 bản cực đó sẽ được phát hiện. Một tấm điện cực là đối tượng cần phát hiện và một tấm kia là bề mặt của cảm biến. Đối tượng có thể được phát hiện phụ thuộc vào giá trị điện môi của chúng.

3.2. Thiết bị đóng cắt:

3.2.1. Khái niệm chung về rơle:

Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực.

3.2.2. Các bộ phận (các khối) chính của rơle. a) Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu):

Có nhiệm vụ trực tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành các đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối không gian.

b) Cơ cấu trung gian (khối trung gian).

Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động

c) Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành): Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển

Hình 3.5: Sơ đồ khối của rơle điện từ. Các khối trong rơle điện từ (hình 3.2.2.1).

+ Cơ cấu trung gian là mạch từ nam châm điện. + Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm. 3.2.3. Phân loại rơ le:

Có nhiều loại rơle với nguyên lý và chức năng làm việc rất khác nhau. Do vậy có nhiều cách để phân loại rơle.

a) Phân loại theo nguyên lý làm việc gồm các nhóm: - Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle cảm ứng…)

- Rơle nhiệt. - Rơle từ

- Rơle số, điện từ, bán dẫn…

b) Phân loại theo nguyên lý tác động của cơ cấu chấp hành:

- Rơle có tiếp điểm: Loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm.

- Rơ le không tiếp điểm (rơle tĩnh): Loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điên cảm, điện dung, điện trở…

c) Phân loại theo đặc tính tham số vào: - Rơle dòng điện.

- Rơle điện áp. - Rơle công suất. - Rơle tổng trở. - Rơle định hướng.

d) Phân loại theo cách mắc cơ cấu:

- Rơle sơ cấp: Được mắc trực tiếp vào mạch cần bảo vệ.

- Rơle thứ cấp: Được lắp vào mạch thông qua biến áp đo lường hay biến dòng điện.

e) Phân theo gia trị và chiều các đại lượng đi vào rơ le: - Rơ le cực đại.

3.2.4. Đặc tính vào ra của rơle.

Hình 3.6 Đặc tính vào ra của rơle Quan hệ giữa đại lượng vào và ra của rơ le như hình minh họa.

Khi đại lượng đầu vào X biến thiên từ 0 đến X2 thì đại lượng đầu ra Y= Y1 đến khi X= X1 thì Y tăng từ Y= Y1 đến Y= Y2 (nhảy bậc). Nếu X tăng tiếp thì Y không đổi Y= Y2. Khi X giảm từ X2 về lại X1 thì Y= Y2 đến X= X1 thì Y giảm từ Y2 về Y= Y1.

Nếu gọi:

+ X=X2= Xtđ là giá trị tác động rơ le. + X=X1=Xnh là giá trị nhả của rơ le. 3.2.5. Các thông số của rơle:

* Hệ số điều khiển rơle:

Tỷ số Kđk = Pđk/Ptđ gọi là hệ số điều khiển của rơle.

- Pđk là công suất điều khiển định mức của rơ le, chính là công suất định mức của cơ cấu chấp hành.

- Ptđ là công suất tác động, chính là công suất cần thiết cung cấp cho đầu vào để rơ le tác động.

* Hệ số dự trữ:

Tỷ số Kdt = xlv/xtđ gọi là hệ số dự trữ của rơle. Kdt > 1 khi Kdt lớn càng đảm bảo rơle làm việc tin cậy.

 Hệ số nhả:

Tỷ số Knh = xnh/xtđ gọi là hệ số nhả của rơle (đôi khi còn gọi là hệ số trở về). Hệ số Knh luôn nhỏ hơn 1.

Khi Knh lớn, bề mặt rộng của đặc tính rơle Dx = xtđ-xnh nhỏ, đặc tính rơle dạng này phù hợp với bảo vệ có tính chọn lọc cao sử dụng trong bảo vệ HTĐ.

Khi Knh nhỏ, bề rộng đặc tính Dx = xtđ – xnh lớn, đặc tính này thích hợp với rơle điều khiển và tự động trong truyền động điện và tự động hóa.

 Thời gian tác động:

Là thời gian kể từ thời điểm cung cấp tín hiệu cho đầu vào, đến lúc cơ cấu chấp hành làm việc. Với 13ung điện từ là quãng thời gian cuộn dây được cung cấp dòng (hay áp) cho đến lúc hệ thống tiếp điểm đóng hoàn toàn (với tiếp điểm thường mở) và mở hoàn toàn (với tiếp điểm thường đóng).

3.2.6. Rơle trung gian:

- Rơ le trung gian được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống bảo vệ điện trong các hệ thống điều khiển tự động.

- Do có số lượng tiếp điểm lớn, vừa thường đóng vừa thường mở. Rơ le trung gian được sử dụng khi khả năng đóng cắt của rơ le chính không đủ, hoặc chia tín hiệu từ rơ le chính đến nhiều bộ phận khác nhau của sơ đồ mạch điều khiển.

- Trong các bảng mạch điều khiển linh kiện điện tử, Rơ le trung gian thường được dùng làm các phần tử đầu ra để truyền tín hiệu cho bộ phận mạch phía sau, đồng thời cách ly điện áp giữa phần điều khiển thường là điện áp thấp, một chiều (5V, 10V, 12V, 24V) với phần chấp hành thướng là điện áp lớn xoay chiều (220V, 380V).

Hình 3.7 Rơ le trung gian  Những yêu cầu khi chọn rơ le trung gian:

- Công suất tiêu thụ nhỏ. - Kết cấu sử dụng đơn giản.

- Công suất ngắt của hệ thống là đủ lớn. - Độ bền cơ, độ bền điện của cặp tiếp điểm.

Hình 3.8: Rơ le trung gian sử dụng trong đồ án 3.3 Thiết bị đóng xả van:

Hình 3.9: Van điện từ 1. Van chính

2. Đai ốc 4 cạnh 3. Đường ra dây điện 4. Cuộn dây phối hợp 5. Lõi chuyển động 6. Ốc

7. Lò xo nén 8. Piston

 Dòng chất lỏng và khí có thể được điều khiển bằng các van điện từ.

Van điện từ là cơ cấu chấp hành thông dụng nhất. Nguyên lý hoạt động cơ bản là sự di chuyển lõi sắt (piston) trong cuộn dây. Bình thường piston được giữ bên ngoài cuộn dây. Khi cuộn dây được cấp điện, cuộn dây sinh ra từ trường hút piston và kéo nó

vào trung tâm của cuộn dây. Ứng dụng quan trọng nhất của van điện từ là điều khiển các van khí nén, thủy lực và khóa cửa xe.

Hình 3.10: Nguyên lí làm việc của van điện từ 3.3.2. Tổng quan về động cơ điện một chiều:

3.3.2.1. Cấu tạo, phân loại động cơ điện một chiều: a. Cấu tạo của động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phần động.

- Phần tĩnh hay stato hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường nó gồm có:

+) Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích từ bằng nam châm điện), mạch từ được làm băng sắt từ (thép đúc, thép đặc). Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ, các cuộn dây điện từ nay được mắc nối tiếp với nhau.

+) Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông.

Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối, tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau

+) Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. +) Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại, trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.

Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang.

Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ, sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.

- Phần quay hay rôto: Bao gồm những bộ phận chính sau. +) Phần sinh ra sức điện động gồm có:

Mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật) xếp lại với nhau. Trên mạch từ có các rãnh để lồng dây quấn phần ứng.

Cuộn dây phần ứng: Gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một qui luật nhất định. Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các phiến đồng gọi là phiến góp, các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là cổ góp hay vành góp.

Tỳ trên cổ góp là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo.

+) Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5 (mm0 phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.

+) Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua, dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kW thường dùng dây có tiết diện tròn.

điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakelit.

+) Cổ góp: Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng.

b. Phân loại, ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều - Phân loại động cơ điện một chiều

Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ta có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng:

+) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ.

+) Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song song với phần ứng.

+) Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tếp với phần ứng.

+) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có 2 cuộn dây kích từ, một cuộn mắc song song với phần ứng và một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng.

- Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều

Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải..., cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành... mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện...) Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn. Nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại.

+) Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần....) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao.

+) Nhược điểm chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp - chổi than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ.

3.3.2.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều a. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Khi cho điện áp một chiều vào, trong dây quấn phần ứng có điện. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay, chiều của lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau. Do có phiếu góp chiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi. Khi quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiều của suất điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải, ở động cơ chiều sđđ Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động. Khi đó ta có phương trình: U = Eư + Rư.Iư

b. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từ phương trình cân bằng điện áp của động cơ: Uư = Eư + (Rư + Rf)Iư = Eư + RIư (1) Trong đó: Uư: điện áp phần cứng (V) Eư: sức điện động phần ứng (V) Rư: điện trở của mạch phần ứng ()

Iư: dòng điện mạch phần ứng (A) với Iư = rư + fcf + fb + rct rư: điện trở cuộn dây phần ứng ()

rct: điện trở tiếp xúc của chổi điện ()

Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo công thức Eư = a pN  2  = k





= k E_u Trong đó: p – số đôi cực từ chính

N – số đôi mạch dẫn nhanh song song của cuộn dây phần ứng  _{- từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb)}



- tốc độ góc (rad/s) k = a pN  2 - hệ số cấu tạo động cơ Từ phương trình (1), ta có: Eư = Uư - (Rư + Rf)Iư Chia cả hai vế cho k ta được:

 

đt f u u u _M k R R k U k E 2       hay đt f u u _M k R R k U 2 ) (       ₍₂₎  f(I)_{: đặc tính động cơ điện}

Mặt khác mô men điện từ của cơ điện được xác định bởi:

u đt k I M   _{suy ra}   k M I đt u Thế vào (2) ta được: đt f u u _M k R R k U 2 ) (       _,  f(M) _{là đặc tính cơ theo mô men.}

Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mô men trục điện cơ bằng mô men điện từ, ta kí hiệu là M, nghĩa là: Mđt = Mcơ = M

đt f u u _M k R R k U 2 ) (       ₍₃₎

Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông  = const thì phương trình đặc tính cơ điện (2) và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính đồ thị của chúng được thể hiện như sau:

Theo các đồ thị trên khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có: 0      k U_u 0

 _{: được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ.}

khi



= 0 ta có: nm f u u I R R U I   

Imn, Mnm, được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch.

- Nhận xét: Nếu cho U, Rư + Rf,  là hằng số thì phương trình (3) sẽ là phương trình bậc nhất:    ₀ D M k R R_{u f}    D : gọi là độ sụt tốc độ Hình 3.12 Độ sụt tốc độ 3.3.2.3 Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ: Từ phương trình đặc tính cơ: đt f u u _M k R R k U 2 ) (       0 I_®m I_nm ω_®m ω₀ ω I 0 M_® m M_nm ω_®m ω₀ ω M Hình 3.11: Phương trình đặc tính cơ điện Hình 3.12: Phương trình đặc tính cơ ∆ω ω ω₀ 0 M

Ta thấy có 3 tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ đó là: - Từ thông động cơ.

- Điện áp phần ứng Uư

- Điện trở phần ứng động cơ.

Ta lần lượt xét ảnh hưởng của các tham số này đến đặc tính cơ. 3.3.2.3.1 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:

Giả thiết Uư = Uđm và  = dm = const

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng.

Hình 3.13: Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi tăng điện trở trong mạch phần ứng.

-Tốc độ không tải lý tưởng: k const U dm dm _   0  -Độ cứng của đặc tính cơ: var ) ( 2      D D  f u dm R R k M   Khi Rf càng lớn,  càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. - Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên: u dm TN R k 2 ) (     - TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các đường đặc tính có điện trở. - Rf khác 0 càng lớn thì  càng nhỏ dần, với đặc tính cơ càng dốc

Như vậy khi thay đổi điện trở phụ ta được một họ đặc tính cơ như hình 3.6, ứng với một tải phụ Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ càng giảm, đồng thời dòng điện

ω ω₀ 0 _{Mc M} R_f1 R_f2 R_f3 R_f4

ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản.

Đặc điểm:

+ Tốc độ n bằng phẳng + Phạm vi điều chỉnh tốc độ + Vùng điều chỉnh tốc độ nđc < nđm

+ Việc điều chỉnh tốc độ thực hiện trong mạch phần ứng có dòng điện lớn, tổn hao vô Ých nhiều, hệ số động cơ giảm.

3.3.2.3.2 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:

Giả thiết từ thông  = dm = const, điện áp phần ứng Rư = const trong thực tế thường giảm điện áp theo hướng giảm so với Uđm, ta có:

-Tốc độ không tải 0  _ var dm x x k U 

Ta thấy tốc độ 0x thay đổi theo sự thay đổi của điện áp phần ứng Ux khi điện

áp phần ứng giảm xuống thì tốc độ cũng giảm xuống.

-Độ cứng đặc tính cơ: R const k u dm _    ( )2 

Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta được một họ đặc tính cơ song song với đường đặc tính cơ tự nhiên. Nhận thấy rằng khi thay đổi điện áp, thực chất là giảm áp thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ của động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Vì vậy phương pháp này cũng được sử dụng để điều chình tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động.

-Đặc điểm:

+ Tốc độ điều chỉnh bằng phẳng. + Phạm vi điều chỉnh rộng.

+ Vùng điều chỉnh tốc độ nđc < nđm

Để thực hiện phương pháp này ta cần phải có nguồn điện áp thay đổi được (bộ biến đổi điện áp bằng điện tử công suất).

Hình 3.14: Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập khi giảm điện áp phần ứng

3.3.2.3.3 Ảnh hưởng của từ thông

Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm = const, điện trở phần ứng Rư = const. Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ.

Trong trường hợp này: - Tốc độ không tải: 0 var   x dm x k U  - Độ cứng của đặc tính cơ: var ) ( 2     u x R k 

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông giảm thì 0x tăng, còn  sẽ giảm. Ta có một họ đặc tính cơ với 0xtăng

dần và độ cứng đặc tính giảm dần khi giảm từ thông.

Hình 3.15 Đặc tính cơ (a) và đặc tính điện (b) của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông.

Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông: ω₀₄ ω₀₃ ω₀₂ ω₀₁ ω 0 U₃ U₂ U₁ U_®m(TN) M(I) M_nm Φ₂ Φ₁ Φ_® m ω₀ ω₀₁ ω₀₂ ω Φ₂ Φ₁ Φ_® m , TN , TN I_nm I a) ω₀ ω₀₁ ω₀₂ ω M_nm1 M_nm2 M_C b) 0 0 M

-Dòng điện ngắn mạch: R const U I u dm nm   -Mômen ngắn mạch: Mnm kxInm var

Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểu diễn hình 16

Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên.

Đặc điểm:

- Tốc độ bằng phẳng. - Phạm vi rộng

- Vùng điều chỉnh nđm < nđc

- Với điều chỉnh tốc độ tổn hao ít, thực hiện trong máy kích từ thì dòng điện nhỏ, hiệu suất cao.

Kết luận: Trong đồ án không có điều khiển tốc độ động cơ, chỉ sử dụng ở chế độ on/off.

Động cơ quay trong 5s để khuấy sơn. 3.3.3. Tổng quan về động cơ giảm tốc

Thực chất là động cơ điện một chiều, được gắn thêm hệ thống bánh răng.

Hình 3.16: Động cơ giảm tốc dùng trong đồ án

- Động cơ giảm tốc được sử dụng trong băng chuyền giúp băng chuyền chạy ổn định hơn.

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN

4.1.

G

iới thiệu về plc s7-1200 và tia portal

4.1.1. Tổng quan về PLC S7-1200:

Hình 4.1.Hình dáng bên ngoài của PLC S7-1200 và các module mở rộng.

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200. So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200.

S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:

+ Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC.

+ Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngoài ra, có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.

Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal của Siemens.

Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.

Dòng sản phẩm PLC S7-1200 có nhiều CPU khác nhau như: CPU 1211, CPU 1212, CPU 1214, CPU 1215…trong mỗi dòng CPU đều được phân biệt bởi ký hiệu như AC/DC/Ply, DC/DC/DC…tương ứng với Nguồn cấp cho CPU, Dạng cổng ngõ vào, dạng cổng ngõ ra. Mỗi CPU có bộ nhớ làm việc, chu kỳ lệnh, cổng truyền thông giao tiếp, khối tổ chức chương trình OB, chức năng khác nhau…Tùy vào ứng dụng và hệ thống mà ta sẽ lựa chọn dòng CPU phù hợp để đáp ứng về tốc độ xử lý,cũng như về giá thành của CPU. Dưới đây chúng em xin đưa ra thông tin một số loại CPU S7-1200:

Dòng CPU Thông tin sản phẩm

CPU 1211C AC/DC/Rly (6ES7 211-1BE31-0XB0)

Work memory 30 KB; 120/240VAC power supply with DI6 x 24VDC SINK/SOURCE; DQ4 x relay and AI2 on board; 3 high-speed counters (expandable with digital signal board) and 4 pulse outputs on board; signal board expands on-board I/O; up to 3 communication modules for serial communication; 0.04 ms/1000 instructions; PROFINET interface for programming, HMI and PLC to PLC

communication. CPU 1212C DC/DC/Rly

(6ES7 212-1HE31-0XB0)

Work memory 30 KB; 24VDC power supply with DI8 x 24VDC SINK/SOURCE; DQ6 x relay and AI2 on board; 4 high-speed counters (expandable with digital signal board) and 4 pulse outputs on board; signal board expands on-board I/O; up to 3 communication modules for serial communication; up to 2 signal modules for I/O expansion; 0.04 ms/1000 instructions; PROFINET interface for

communication

CPU 1214C DC/DC/DC (6ES7 214-1AG31-0XB0)

Work memory 75 KB; 24VDC power supply with DI14 x 24VDC SINK/SOURCE, DQ10 x 24VDC and AI2 on board; 6 high-speed counters and 4 pulse outputs on board; signal board expands on-board I/O; up to 3

communication modules for serial

communication; up to 8 signal modules for I/O expansion; 0.04 ms/1000 instructions;

PROFINET interface for programming, HMI and PLC-to-PLC communication

CPU 1215C AC/DC/Rly (6ES7 215-1BG31-0XB0)

Work memory 100 KB; 120/240VAC power supply with DI14 x 24VDC SINK/SOURCE, DQ10 x relay and AI2 and AQ2 on board; 6 high-speed counters and 4 pulse outputs on board; signal board expands on-board I/O; up to 3 communication modules for serial

communication; up to 8 signal modules for I/O expansion; 0.04 ms/1000 instructions;

PROFINET interface for programming, HMI and PLC-to-PLC communication

Bảng 4.1. Các dòng CPU của PLC s7-1200

Với PLC S7-1200 thì các CPU khác nhau về ký hiệu ngay sau tên CPU. Ví dụ CPU 1214C DC/DC/DC: Với nguồn điện áp 24VDC/ ngõ vào kích hoạt ở cấp điện áp 24VDC/ Ngõ ra Transistor. Ưu điểm của loại ngõ ra Transistor dùng để điều biến độ rộng xung, xuất xung tốc độ cao…Nhược điểm là chỉ có thể sử dụng với 1 cấp điện áp là 24VDC và phải thông qua 1 Relay đệm 24VDC để sửng dụng với các cấp điện áp khác nhau. Với ngõ ra Relay có thể sử dụng ngõ ra ở nhiều cấp điện áp khác nhau, tuy nhiên do tác động chậm nên không dùng cho điều biến độ rộng xung hoặc phát xung tốc độ cao.

4.1.1.1. Những module phần cứng cơ bản của PLC S7-1200:

Thông thường để tăng tính năng linh động trong ứng dụng thực tế những bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hóa về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được sử dụng nhiều hay ít tùy thuộc vào từng bài toán,

nhưng tối thiểu bao giờ cũng phải có Module chính là module CPU. Các module còn lại là các module nhận truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các module chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ…được gọi là các module mở rộng. Tất cả các module được gắn trên một thanh Rail (rack).

4.1.1.1.1. Rack:

Dòng sản phẩm PLC S7-1200 được lắp ráp trên một phần cơ khí để cố định CPU, IM và các module I/O, Analog, FM… nó được gọi là rack và PLC S7-1200 chỉ có 1 rack.

4.1.1.1.2. Sign Board của PLC S7-1200: Sign board: SB1223 DC/DC:

- Digital inputs / outputs. - DI 2 x 24 VDC 0.5A. - DO 2x24 VDC 0.5A Sign boards: SB1232AQ:

- Ngõ ra analog. - AO 1 x 12bit.

- +/- 10VDC, 0 – 20mA

Bảng 4.2. Sign Board của PLC s7-1200 Cards ứng dụng:

- CPU tín hiệu để thích ứng với các ứng dụng. - Kích thước của CPU sẽ không thay đổi.

4.1.1.1.3. Module xuất / nhập tín hiệu số:

Bảng 4.4. Module tín hiệu số cho s7-1200 4.1.1.1.4. Module xuất / nhập tín hiệu tương tự:

4.1.1.1.5. Module truyền thông:

Bảng 4.6. Module truyền thông cho s7-1200 4.1.1.2. Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển:

Khác với điều khiển bằng tay, trong hệ thống điều khiển có lập trình, cấu trúc bộ điều khiển và cách đấu dây độc lập với chương trình. Chương trình định nghĩa hoạt động điều khiển được viết nhờ sự giúp đỡ của máy tính.

Để thay đổi tiến trình điều khiển, ta chỉ cần thay đổi nội dung bộ nhớ điều khiển, chứ không cần thay đổi cách đấu dây bên ngoài.

4.1.2. Làm việc với phần mềm SIMATIC TIA Portal:

Phần mềm TIA Portal cung cấp một môi trường làm việc thân thiện với người dùng, dễ sử dụng. Phần mềm TIA Portal cung cấp công cụ cho quản lý và cấu hình tất cả các thiết bị trong Project: Tích hợp phần mềm lập trình PLC và HMI. Với Phần mềm TIA Portal có các loại khác nhau nhưng sử dụng phổ biến là TIA Portal Step7 Basic và TIA Portal Step7 Professional với các phiên bản như: TIA Portal

Step7(Basic/Professional) V10.5/V11/V12/V13.

TIA Portal Step7 cung cấp một hệ thống trợ giúp trực tuyến và 2 chế độ hiễn thị là: Project view và Portal view.

Kết nối giao thức TPC/IP

- Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP. - Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau.

4.1.2.1. Kỹ thuật lập trình:

4.1.2.1.1 Vòng quét chương trình:

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét. Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét

đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dụng của bọ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi.

Bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào / ra tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đệm.

4.1.2.1.2. Cấu trúc lập trình:

Hình 4.2 Cấu trúc lập trình 4.1.2.1.3. Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS:

Organization blocks (OB): là giao diện giữa hoạt động hệ thống và chương trình người dùng. Chúng được gọi ra bởi hệ thống hoạt động, và điều khiển theo quá trình:

- Xử lý chương trình theo quá trình.

- Báo động – kiểm soát xử lý chương trình. - Xử lý lỗi.

- Startup oB, Cycle OB, Timing Error OB và Diagnosis OB: có thể chèn và lập trình các khối này trong các project. Không cần phải gán các thông số cho chúng và cũng không cần gọi chúng trong chương trình chính.

- Process Alarm OB và Time Interrupt OB: Các khối OB này phải được tham số hóa khi đưa vào chương trình. Ngoài ra, quá trình báo động OB có thể được gán cho một sự kiện tại thời gian thực hiện bằng cách sủ dụng các lệnh ATTACH, hoặc tách biệt với lệnh DETACH.

- Time Delay Interrupt OB: OB ngắt thời gian trễ có thể được đưa vào dự án và lập trình. Ngoài ra, chúng phải được gọi trong chương trình với lệnh SRT_DINT, tham số là không cần thiết.

- Start Information: Khi một số OB được bắt đầu, hệ điều hành đọc ra thông tin được thẩm định trong chương trình người dùng, điều này rất hữu ích cho việc chẩn đoán lỗi, cho dù thông tin được đọc ra được cung cấp trong các mô tả của các khối OB

4.1.2.1.4. Hàm chức năng- FUNCTION:

- Funtions (FC) là các khối mã không cần bộ nhớ. Dữ liệu của các biến tạm thời bị mất sau khi FC được xử lý. Các khối dữ liệu toàn cầu có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu FC.

- Functions có thể được sử dụng với mục đích: + Trả lại giá trị cho hàm chức năng được gọi.

+ Thực hiện công nghệ chức năng, ví dụ: điều khiển riêng với các hoạt động nhị phân.

+ Ngoài ra, FC có thể được gọi nhiều lần tại các thời điểm khác nhau trong một chương trình. Điều này tạo điều kiện cho lập trình chức năng lập đi lặp lại phức tạp.

- FB (function block): đối với mỗi lần gọi, FB cần một khu vực nhớ. Khi một FB được gọi, một Data Block (DB) được gán với instance DB. Dữ liệu trong Instance DB sau đó truy cập vào các biến của FB. Các khu vực bộ nhớ khác nhau đã được gán cho một FB nếu nó được gọi ra nhiều lần.

- DB (data block): DB thường để cung cấp bộ nhớ cho các biến dữ liệu. Có hai loại của khối dữ liệu DB: Global DBs nơi mà tất cả các OB, FB và FC có thể đọc được dữ liệu lưu trữ, hoặc có thể tự mình ghi dữ liệu vào DB, và instance DB được gán cho một FB nhất định.

4.1.2.1.5. Giới thiệu một số tập lệnh trong S7-1200: a) Bit logic (tập lệnh tiếp điểm ):

L A D

Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ là n bằng 1 Toán hạng n: I, Q, M, L, D 2) tiếp điểm thường đóng: L A D

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

Toán hạng n: I, Q, M, L, D 3) Lệnh OUT:

L A D

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

Toán hạng n: Q, M, L, D

Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ

4) Lệnh OUT đảo: L

A D

Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 0 và ngược lại

Toán hạng n: Q, M, L, D

Chỉ sử dụng một lệnh out not cho 1 địa chỉ 5) Lệnh logic NOT:

L A D

Lệnh đảo trạng thái ngõ vào / ra

L A D

Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạng thái. Toán hạng n: Q, M, L, D 7) Lệnh Reset: L A D

Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 0 khi đầu vào của lệnh này bằng 1. Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì các bit này vẫn giữ nguyên trạng thái.

Toán hạng n: Q, M, L, D

8) Tiếp điểm phát hiện xung cạnh lên:

L A D

Thay đổi trạng thái tín hiệu phía trước không ảnh hưởng đến “IN”

Phát hiện sự thay đổi trạng thái của 1 tín hiệu “IN” từ 0 lên 1

Trạng thái của tín hiệu IN được lưu lại vào “M_BIT”

Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì quét.

L A D

Thay đổi trạng thái tín hiệu phía trước không ảnh hưởng đến “IN”

Phát hiện sự thay đổi trạng thái của 1 tín hiệu “IN” từ 1 xuống 0

Trạng thái của tín hiệu IN được lưu lại vào “M_BIT”

Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì quét.

b) Các lệnh time

1) Timer tạo xung - TP:

L A D

Timer TP tạo một chuỗi xung với độ rộng xung đặt trước. Thay đổi PT, IN không ảnh hưởng khi Timer đang chạy.

Khi đầu vào IN được tác động vào timer sẽ tạo ra một xung có độ rộng bằng thời gian đặt PT

2) Timer trễ sườn lên có nhớ - Timer TONR:

L A D

Thay đổi PT không ảnh hưởng khi Timer đang vận hành, chỉ ảnh hưởng khi timer đếm lại

Khi ngõ vào IN chuyển sang “FALSE” khi vận hành thì timer sẽ dừng nhưng không đặt lại bộ định thì. Khi chân IN “TRUE” trở lại thì Timer bắt đầu tính thời gian từ giá trị thời gian đã tích lũy.

3) Timer trễ không nhớ - TON:

L A D

Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì reset và dừng hoạt động Timer.

Thay đổi PT khi Timer vận hành không có ảnh hưởng gì

4) timer trễ sườn xuống – TOF:

L A D

Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì reset và dừng hoạt động Timer.

Thay đổi PT khi Timer vận hành không có ảnh hưởng gì

a. Các lệnh Counter:

Lệnh Counter được dùng để đếm các sự kiện ở ngoài hay các sự kiện quá trình ở trong PLC. Mỗi Counter sử dụng cấu trúc lưu trữ của khối dữ liệu DB để làm dữ liệu của Counter. Step 7 tự động tạo khối DB khi lấy lệnh.

Tầm giá trị đếm phụ thuộc vào kiểu dữ liệu mà bạn chọn lựa. Nếu giá trị đếm là một số Interger không dấu, có thể đếm xuống tới 0 hoặc đếm lên tới tầm giới hạn. Nếu giá trị đếm là một số interder có dấu, có thể đếm tới giá trị âm giới hạn hoặc đếm lên tới một số dương giới hạn.

1) Counter đếm lên – CTU:

L A D

Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 khi tín hiệu ngõ vào CU chuyên từ 0 lên 1. Ngõ ra Q được tác động lên 1 khi CV>=PV. Nếu trạng thái R = Reset được tác động thì bộ đếm CV = 0.

L A D

Giá trị bộ đếm được giảm 1 khi tín hiệu ngõ vào CD chuyển từ 0 lên 1. Ngõ ra Q được tác động lên 1 khi CV <=0. Nếu trạng thái LOAD được tác động thì CV = PV.

3) Counter đếm lên xuống – CTUD:

L A D

Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 khi tín hiệu ngõ vào CU chuyển từ 0 lên 1. Ngõ ra QU được tác động lên 1 khi CV >=PV. Nếu trạng thái R = Reset được tác động thì bộ đếm CV = 0.

Giá trị bộ đếm CV được giảm 1 khi tín hiệu ngõ vào CD chuyển từ 0 lên 1. Ngõ ra QD được tác động lên 1 khi CV <=0. Nếu trạng thái Load được tác động thì CV = PV.

b. Lệnh so sánh

So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu lệnh so sánh thỏa mãn thì ngõ ra sẽ là mức 1 = TRUE. Kiểu dữ liệu so sánh là: SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, LReal, String, Char, Time, DTL, Constant.

Lệnh so sánh dùng để so sánh hai giá trị IN1 và IN2 bao gồm IN1 = IN2, IN1 >= IN2, IN1 <= IN2, IN1 < IN2, IN1 > IN2 hoặc IN1 <> IN2

8 Lệnh toán học

1. Lệnh tính toán

Công dụng: thực hiện phép toán từ các giá trị ngõ vào IN1, IN2, IN (n) theo công thức OUT = … (+, -, *, /) rồi xuất kết quả ra ngõ ra OUT. Các thông số ngõ vào dùng trong khối phải chung định dạng.

2. Lệnh tăng, giảm

Tăng / giảm giá trị kiểu số Interger lên / xuống một đơn vị Tham số:

EN: cho phép ngõ vào ENO: cho phép ngõ ra IN/OUT: toán tử ngõ vào và ra ENO = 1: không có lỗi ENO = 0: kết quả nằm ngoài tầm giá trị của kiểu dữ liệu

f. Lệnh di chuyển MOVE

Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ vào IN đến ngõ ra OUT mà không làm thay đổi giá trị ngõ IN

ENO: cho phép ngõ ra IN: nguồn giá trị đến OUT1: Nơi chuyển đến

9 Lệnh Chuyển đổi CONV

Công dụng: chuyển đồi từ kiểu dữ liệu này sang kiểu dữ liệu khác

Tham số: IN: giá trị ngõ vào, OUT: giá trị sau khi chuyển đổi

4.2. Giới thiệu về wincc v12

Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý và lưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa.

WinCC v12 (tích hợp trong TIA Portal v12) là phần mềm kỹ thuật được dùng để thiết lập cho bảng điều khiển HMI, máy tính công nghiệp và máy tính PC thông thường. Wincc này được ứng dụng thông qua phần mềm hiển thị WinCC Runtime Advanced hoặc phức tạp hơn trong hệ thống SCADA với phần mềm hiển thị WinCC Runtime Professional.

WinCC v12 (tích hợp trong TIA Portal v12) có 4 phiên bản phụ thuộc vào hệ thống điều khiển:

- Wincc Basic để thiết lập cho màn hình HMI cơ bản.

Wincc Basic được đính kèm với trong mỗi phần mềm STEP 7 Basic and STEP 7 Professinal.

- Wincc Comfort để thiết lập cho tất cả các màn hình HMI (Bao gồm Comfort HMI và điện thoại di động).

- Wincc Advanced để thiết lập cho tất cả các màn hình HMI và máy tính với phần mềm hiển thị Wincc Runtime Advanced

Wincc Runtime Advandec là phần mềm hiển thị cho hệ thống máy tính 1 trạm. - Wincc Professional để thiết lập cho tất cả các màn hình HMI và máy tính trong có có cả hệ thống SCADA.

Wincc Runtime Proffesional là hệ thống SCADA được sử dụng để thiết lập cả hệ thống 1 trạm điều khiển và nhiều trạm điều khiển

Hình 4.3: Giao diện “Chương trình điều khiển và nhập dữ liệu vào Wincc - Trong chương trình điều khiển và nhập dữ liệu, khách hàng có thể chọn những màu có sẵn (do giới hạn của Đồ án nên chúng em lập trình cho 5 màu có sẵn đó là màu xanh lá cây, màu hồng, màu lam, thẩm và màu chàm. Khách hàng có thể nhấn nút gọi màu trong mô hình hoặc trong chương trình Wincc.

- Khách hàng có thể tham khảo bảng mã màu ở hình 4.3 hoặc tự lựa chọn tỷ lệ theo ý mình thích rồi nhập dữ liệu vào khối “I/O field” in put và dữ liệu sẽ được tính toán và chuyển tới khối “I/O field” out put cho ra tỷ lệ tương ứng, sau đó nhấn Enter, quá trình rót và trộn sơn được thực hiện và cho ra sản phẩm như mong muốn.

- Khách hàng có thể nhập dữ liệu bằng cách khác đó là từ thanh trượt khối “Slider” rất tiện dụng sau khi trượt để chọn tỷ lệ mình mong muốn kết quả sẽ được

hiện ra tại khối “Bar” rồi nhấn giữ nút TĐ/ TV/ TX để các van rót màu vào bình trộn và cho ra thành phẩm theo ý mình.

Hình 4.4: Bảng mã màu cho khách hang tham khảo và chọn màu thích hợp. - Ở bảng mã màu trong Wincc ta chọn màu tương ứng với các mã số cho sẵn và tỷ lệ tham khảo để nhập dữ liệu vào chương trình trong hình 4.2, ngoài ra có một số màu ta chỉ cần ấn nút gọi màu trong Wincc thì hệ thống tự động rót màu yêu cầu.

Hình 4.5: Giao diện hệ thống trên Wincc

Trong chương trình Wincc có các giao diện giúp ta quản lý và giám sát và cũng dể dàng chuyển từ giao diện này sang giao diện khác.