Giáo trình Thực hành điều khiển lập trình

ị Analog được CPU xử lý, chúng được chuyển sang dạng số, điều này được thực hiện bằng bộ chuyển đổi ADC ở các modules Analog input. Việc chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số được thực hiện tuần tự, có nghĩa là tín hiệu được chuyển đổi lần lượt cho từng kênh Analog input. Kết quả bộ nhớ: (Result memory) kết quả chuyển đổi được lưu trữ trong bộ nhớ, chúng chỉ mất đi khi có giá trị mới viết đè lên. Cơ cấu chấp hành Analog ; Các tín hiệu đầu ra Analog chuẩn có thể nối trực tiếp tới các mdules đầu ra Analog. Bảng dưới mô tả giá trị Analog trong các phạm vi đo Vùng Voltage e.g: Current eg: Resistance eg: Temperature eg: Meas range ± 10v Units Meas range + 20mA Units Meas range 0...3000Ω Units Meas range -2000...+8500c Units Overflow ≥ 11,759 32767 ≥ 22,815 32767 ≥352,778 32767 ≥1000,1 32767 Overrange 11,7589 .......... 10,0004 32511 ........ 27649 22,810 ......... 20,0005 32511 ......... 27649 352,767 ............ 300,011 32511 ......... 27649 1000,0 ............. 850,1 32511 ........ 850,1 Vùng định mức 10,7589 7,50 ........... - 7,5 -10,00 27648 20736 ......... -2073 -27648 20,810 16,000 ......... .......... 4,000 27648 20736 ......... .......... 0 300,000 225,000 ......... .......... 0,000 27648 20736 ......... ......... 0 850,0 ........... ........... ........... -200,0 850,0 ........ ........ ........ -200,0 Underrange -10,0004 ............ -11,759 - 27649 ............ - 32512 3,9995 ........... 1,1852 -1 ......... -4864 Không có giá trị âm -1 ........ -4864 -200,1 ............. -243,0 -200,1 ............ -243,0 Underflow ≤-11,76 -32768 ≤-1,1845 -32768 -32768 ≤-243,1 -32768 Điện áp, dòng điện đối xứng : Mã hóa phạm vi điện áp hoặc dòng điện đối xứng: ± 80mV ; ± 2,5V ; ± 3,2mA ± 250mV ± 5V ± 10mA ± 500mV ± 10V ± 20mA ± 1V ........ ....... 78 Kết quả trong vừng định mức từ - 27648 đến + 27648 Điện áp, dòng điện không đối xứng: Mã hóa phạm vi điện áp hoặc dòng điện không đối xứng ; 0V đến 2V; 0 mA đến 20 mA 1V đến 5V ; 4 mA đến 20 mA Kết quả trong vùng định mức từ 0 đến + 27648 Điện trở : Mã hóa phạm vi điện trở 0 đến 150 Ω 0 đến 300 Ω 0 đến 600 Ω Kết quả trong vùng định mức từ 0 đến + 27648 Nhiệt độ : Nhiệt độ được đo bằng nhiệt kế trở hoặc cặp nhiệt. Kết quả mã hoá nằm trong phạm vi định mức gấp 10 lần phạm vi nhiệt độ Cảm biến Vùng nhiệt độ Vùng định mức khi mã hóa Pt 100 -200 đến 8500C -2000 đến 8500 Ni 100 - 60 đến 2500C - 600 đến 2500 Loại cặp nhiệt K - 270 đến 13720C - 2700 đến 13720 Loại cặp nhiệt N - 270 đến 13000C - 2700 đến 13000 Loại cặp nhiệt J - 210 đến 12000C - 2100 đến 12000 Loại cặp nhiệt E - 270 đến 10000C - 2700 đến 10000 Để xử lý tín hiệu đầu vào Analog đã chuẩn hóa, cần thực hiện định tỷ lệ giá trị analog bằng cách sử dụng khối chuẩn FC105 (khối FC105 nằm trong thư viện ‘Standard library” trong chương trình S7 ‘T1 -S7 Converting Block’ của phần mềm STEP 7) như Network sau : 79 Giả sử máy phát tốc được nối đồng trục với động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha, tốc độ đồng bộ của động cơ là 1500 vg/phút và máy phát tốc phát ra điện áp một chiều (analog ) chuẩn + 10V; Module Analog chuyển đổi giá trị analog 10V thành số nguyên 27648. Giá trị này bây giờ đã được chuyển đổi thành đại lượng vật lý. Quá trình này người ta gọi là định tỷ lệ giá trị Analog. Chú ý : IN : Giá trị Analog tại đàu vào IN có thể được đọc trực tiếp từ module hoặc đọc qua giao tiếp dữ liệu dưới dạng số nguyên (Interger); LO_LIM ; HI_LIM : Các giới hạn chuyển đổi các đại lượng vật lý sẽ được đặt trước ở các đầu vào LO_LIM (giới hạn dưới) và HI_LIM (giới hạn trên). Trong ví dụ trên thì giới hạn chuyển đổi từ 0 đến 1500 vòng/phút. OUT : Giá trị tỉ lệ 9đại lượng vật lý) thì được lưu trữ như một số thực tại đầu ra OUT. BIPOLAR: Đầu vào BIPOLAR xác định liệu giá trị âm có được chuyển đổi hay không. Trong ví dụ trên bít nhớ M0.0 có mức 0 và vì thế báo hiệu giá trị đầu vào là một cực. RET_VAL: Đầu ra có giá trị 0 nếu sự hoạt động không có sự cố. Khi tính toán giá trị Analog trong phạm vi 0 đến 100,0%. Giá trị này được chuyển tới đầu ra nhờ module đầu ra Analog. Khối chuẩn FC 106 được sử dụng cho việc không chia tỷ lệ (sự biến đổi của một số thực từ 0 đến 100,0% thành 80 một số nguyên 16 bít từ 0 đến 27648). (khối FC106 nằm trong thư viện ‘Standard library” trong chương trình S7 ‘T1-S7 Converting Block’ của phần mềm STEP 7) như Network dưới đây: OUT: Giá trị Analog không chia tỷ lệ tại đầu ra có thể được truyền đi dưới dạng một số nguyên 16 bít đến nơi giao tiếp dữ liệu hoặc đến trực tiếp ngoại vi. Bài thực hành này triển khai kỹ năng lập trình điều khiển hệ thống băng tải sử dụng thiết bi lập trình PLC S7-300 và những lệnh đã giới thiệu. II. Nội dung 2.1. Mục tiêu thực hiện Kiến thức - Phân tích được hệ truyền động điện và trang điện hệ thống băng tải ; - Phân tích được yêu cầu điều khiển của hệ thống băng tải; - Phân tích được trình tự lập trình, kết nối và điều khiển hệ thống băng tải. Kỹ năng - Lựa chọn được các modules cần thiết và thiết lập cấu hình cứng PLC phù hợp với đối tượng điều khiển ; - Lựa chọn các phần tử đầu vào, ra và kết nối được với thiết bị điều khiển lập trình PLC trong hệ thống điều khiển băng tải ; - Viết được chương trình điều khiển băng tải theo yêu cầu công nghệ; - Nạp chương trình, chạy thử chương trình, nhận biết và sửa chữa lỗi nếu có. 81 - Vận dụng sáng tạo vào thực tế . Thái độ Tích cực, chủ động, hợp tác và chia xẻ cùng các thành viên trong nhóm hoạt động lập trình, kết nối và chỉnh sửa, vận dụng sáng tạo trong thực tiễn. 2.2. Lập trình điều khiển hệ thống băng tải 2.2.1 Mô tả hoạt động Trong dây chuyền sản xuất, người ta sử dụng hệ thống 3 băng tải để vận chuyển nguyên vật liệu, yêu cầu công nghệ của hệ thống đòi hỏi: +) Ấn nút khởi động M, băng tải 3 khởi động trước, sau 30 giây băng tải 2 khởi động và 30 giây tiếp theo thì băng tải 3 khởi động; +) Ấn nút dừng D, băng tải 1 dừng trước, sau 15 giây băng tải 2 dừng và 20 giây tiếp theo thì băng tải 3 dừng làm việc. +) Khi xảy ra sự cố hệ thống băng tải phải được bảo vệ. 2.2.2. Giản đồ thời gian 2.2.3. Lựa chọn thiết bị, khai báo phần cứng bộ điều khiển lập trình PLC và kết nối thiết bị phần cứng. 2.2.3.1. Lựa chọn thiết bị, dụng cụ , vật tư 82 stt Tên phần tử Ký hiệu Thông số kỹ thuật Số lượng 1 Nút khới động ON Putton 5A, 220v 01 2 Nút dừng OFF Putton 5A, 220v 01 3 áp tô mát AB 3 pha, 25A, 380V 01 4 Công tắc tơ K1; K2; K3 Một chiều 24v 03 5 Rơ le nhiệt RN 3 pha 3 phần tử 25A 01 6 Mô đun nguồn PS.... 01 7 Mô đun xử lý CPU... 01 8 Mô đun mở rộng vào số DI.... 01 9 Mô đun mở rộng ra số DO... 01 10 Mô hình hệ thống 01 2.2.3.2. Khai báo phần cứng bộ điều khiển lập trình PLC Sử dụng phần mềm simatic manager khai báo phần cứng (hardware) theo thứ tự các bước : +) Đặt tên New project → Insert → station → simatic 300 → Hardware → Rack 300 → Rail ; +) Lựa chọn và khai báo các mô đun lần lượt mô đun chính rồi đến mô đun mở rộng (chú ý mã của, các thông số và vị trí khai báo của mô đun liên quan tới địa chỉ quản lý dữ liệu) ; +) Lưu cấu hình phần cứng của bộ PLC đã khai báo. 2.2.3.3. Kết nối thiết bị phần cứng +) Kết nối mạch động lực (nguồn xoay chiều cấp cho các động cơ) 83 +) Kết nối PLC với các phần tử vào, ra -) Các phần tử đầu vào kết nối với mô đun mở rộng đầu vào -) Các phần tử chấp hành kết nối với mô đun mở rộng đầu ra 2.2.4. Quy định địa chỉ miềm nhớ cho các phần tử vào và ra, biến trung gian sử dụng trong chương trình. 2.2.4.1. Các phần tử đầu vào ON → I4.0 ; OFF → I4.1; RN → I4.2 2.2.4.2. Các phần tử chấp hành K1 → Q8.0 ; K2 → Q8.1; K3 → Q8.2 2.2.3.3. Các phần tử trung gian và biến cờ M Bộ thời gian Timer : S- ODT Biến cờ M0.0 – M0.7 D → I4.0 ; M→ I4.1; 2.2.3.4. Xây dựng lưu đồ lập trình + Lưu đồ lập trình 24v ON OFF RN I4.0 I4.1 I4.2 PLC Q8.0 Q8.1 Q8.2 K1 K2 K3 0v 84 2.2.5. Lập trình điều khiển Sử dụng phần mềm “Trình quản lý Simatic S7- 300” và tập lệnh của nó viết chương trình điều khiển 03 băng tải trên 85 2.2.6. Nạp chương trình và chạy thử 2.2.6.1 Cấp nguồn cho thiết bị lập trình điều khiển +) Nguồn +/- 24v DC cấp cho PLC +) Nguồn cấp cho mạch động lực động cơ 2.2.6.2. Chuẩn bị và nạp chương trình +) Bật công tắc chuyển chế độ làm việc của thiết bị lập trình về vị tri Reset bộ nhớ 86 +) Bật công tắc chọn chế độ Stop, download chương trình lên thiết bị PLC. 2.2.6.3. Chạy thử +) Bật công tắc chọn chế độ Run, chạy thử chương trình, sửa lỗi +) Kiểm tra hoàn thiện. 2.2.7. Một số lỗi thường gặp và phương pháp khắc phục stt Hư hỏng (lỗi) Nguyên nhân PP khắc phục 1 Phần cứng Kết nối không tiếp xúc Kiểm tra, nối lại cho tiếp xúc tốt 2 Phần mềm Lệnh, giải thuật chưa đúng Kiểm tra lại lệnh, và giải thuật 3 Thao tác, vận hành Không đúng trình tự, và yêu cầu điều khiển Thao tác đúng trình tự III. Bài tập 3.1. Bài tập số 1 Lập trình điều khiển hệ thống băng tải sau: Mô tả yêu cầu điều khiển Trong một công đoạn của dây chuyền sản xuất, người ta sử dụng hệ thống 3 băng tải để vận chuyển nguyên vật liệu , yêu cầu công nghệ được mô tả như sau: +) Ấn nút khởi động M, băng tải 1 và băng tải 2 khởi động trước, sau 10 giây hai van Y1 và Y2 mở nguyên vật liệu từ 2 thùng chứa 1 và 2 được vận Tank 1 Tank 2 87 chuyển vào thùng trộn số 3, khi cảm biến B1 báo thùng trộn 3 đã đầy thì van Y1 và Y2 đóng lại sau 5 giây băng tải 1 và 2 dừng, khi đó băng tải 3 chạy và 5 giây sau thì van Y3 mở. Khi cảm biến B2 báo đã hết thì van Y3 đóng lại và sau 5 giây thì băng tải 3 dừng kết thúc một mẻ trộn. (hệ thống có bảo vệ quá tải cho băng 3) +) Ấn nút dừng D hệ thống dừng lại. 3.2. Bài tập 2 Lập trình điều khiển hệ thống băng tải sau: Ghi chú: Tank - Bình chứa Band, Conveyor - Băng tải, băng chuyền Mô tả yêu cầu điều khiển Hệ thống trộn trong công nghiệp, người ta sử dụng hệ thống 2 băng tải để vận chuyển nguyên vật liệu vào tank trộn, 1 băng tải để chuyển liệu đã trộn ra ngoài. Yêu cầu công nghệ được mô tả như sau: Tank 1 Tank 2 ---- ---- 88 +) Ấn nút khởi động M, băng tải 1 và băng tải 2 khởi động, sau 5 giây hai van Y1 và Y2 mở nguyên vật liệu từ 2 thùng chứa 1 và 2 được vận chuyển vào thùng trộn số 3, Van Y1, Y2 và hai van tuyến tính độ mở của van Y2 gấp 2,5 lần van Y1. Khi cảm biến B1 báo thùng trộn 3 đã đầy thì van Y1 và Y2 đóng lại sau 5 giây băng tải 1 và 2 dừng, khi đó băng tải 3 chạy và 5 giây sau th ì van Y3 mở. Khi cảm biến B2 báo đã hết thì van Y3 đóng lại và sau 5 giây thì băng tải 3 dừng kết thúc một mẻ trộn. +) Ấn nút dừng D hệ thống dừng lại. +) Hệ thống có bảo vệ quá trọng lượng, bảo vệ quá tải cho băng xả. 3.3. Bài tập 3 Lập trình điều khiển hệ thống băng tải sau: Mô tả yêu cầu công nghệ cần lập trình điều khiển (bài tập) Trong dây chuyền sản xuất, người ta sử dụng hệ thống 4 băng tải để vận chuyển nguyên vật liệu có thay đổi hướng dịch chuyển của dòng vật liệu, yêu cầu công nghệ được mô tả như sau: 89 +) Trường hợp 1: Bốn băng tải cùng làm việc, S7 tác động, cánh phân luồng vật liệu ở vị trí giữa vật liệu được vận chuyển về 2 hướng +) Trường hợp 2: Ba băng tải 1,2,3 cùng làm việc, S8 tác động, cánh phân luồng vật liệu ở vị trí bên phải, vật liệu được vận chuyển theo hướng bên trái; +) trường hợp 3: Ba băng tải 1,2,4 cùng làm việc, S6 tác động, cánh phân luồng vật liệu ở vị trí bên trái, vật liệu được vận chuyển theo hướng bên phải. Hãy lập trình và điều khiển hệ thống băng tải trên sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC S7-300. +) Ấn nút mở M1 hệ thống băng tải hoạt động trường hợp 1 ; +) Ấn nút mở M2 hệ thống băng tải hoạt động trường hợp 2; +) Ấn nút mở M3 hệ thống băng tải hoạt động trường hợp 3; +) Ba trường hợp không hoạt động đồng thời. Khi xảy ra sự cố hệ thống băng tải phải được bảo vệ. 90 BÀI 6 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH (THIẾT BỊ ĐÓNG DẤU) I. Mở đầu Các hệ thống sản xuất công nghiệp ngày nay mang tính tích hợp cao, với độ linh hoạt mềm dẻo (thường gọi là hệ thống sản xuất linh hoạt FMS). Trong hệ thống FMS, quá trình sản xuất được phân chia thành nhiều công đoạn cụ thể. Mỗi công đoạn được liên kết với nhau theo yêu cầu côn g nghệ. Trách nhiệm của người lập trình là phải lập trình điều khiển cho từng công đoạn sản xuất sau đó liên kết toàn bộ hệ thống lại với nhau. Trong một công đoạn sản xuất, hệ thống điều khiển thường gồm nhiều cơ cấu chấp hành khác nhau như : phần tử cơ khí, phần tử khí nén, phần tử điện...Hệ thống đóng dấu (nhãn sản phẩm) là một trong những công đoạn tích hợp các phần tử chấp hành sử dụng chủ yếu là các phần tử điện–khí nén. Trong chương trình thực hành PLC dành cho sinh viên đại học chuyên ngành điện, lập trình điều khiển hệ thống tích hợp thống qua bài lập trình điều khiển hệ thống đóng dấu có tính thực tiễn rất cao. 1.1. Khái quát một số phần tử hệ thống điều khiển đóng dấu 1.1.1. Van đảo chiều Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằ ng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng của dòng năng lượng khí. +) Nguyên lí hoạt động: Nguyên lí hoạt động của van đảo chiều (hình 6.1) khi chưa cĩ tín hiệu tác động vào cửa 12, thì cửa 1 bị chặn và cửa 2 nối với cửa 3. khi cĩ tín hiệu tác động vào cửa 12, ví dụ tác động bằng khí nén, nồng van sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa 1 nối với cửa 2 và cửa 3 bị chặn. 91 Hình 6.1 Nguyên lí hoạt động của van đảo chiều +) Kí hiệu van đảo chiều Chuyển đổi vị trí của nòng van được biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái o, a, b, c hay các số 0, 1, 2 (hình 6.2) a 0 b a b Hình 6.2 Kí hiệu chuyển đổi vị trí của nòng van Vị trí “không” được kí hiệu là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu đầu vào. Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí ở giữa, kí hiệu “o” là vị trí “ không”; Đối với van có 2 vị trí, thì vị trí “không” có thể là “b”, thông thường vị trí bên phải “b” là vị trí “không”. Cửa nối van ký hiệu như sau: Kí hiệu theo ISO 5599 Kí hiệu theo ISO1219 Cửa nối với nguồn( từ bộ lọc khí) 1 p Cửa nối làm việc 2,4,6 A,B,C Cửa xả khí 3,5,7.. R,S,T Cửa nối tín hiệu điều khiển 12,14 X,Y Trường hợp cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn được biểu diển ở hình 6.3a, cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn được biểu diễn ở hình 6.3b. 92 Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường thẳng có hình mũi tên, biểu diễn hướng chuyển động của dòng qua van. Trườ ng hợp dòng bị chặn được biểu diễn bằng dấu gạch ngang (hình 6.4). Hình 6.4 : Kí hiệu các cửa nối của van đảo chiều 5/2 Kí hiệu và tên gọi van đảo chiều xem hình 6.5. Ví dụ hình 6.5a là van đảo chiều 3 cửa, 2 vị trí. Hình 6.5b là van đảo chiều 4 cửa 3 vị trí. Hình 6.5 Kí hiệu và tên gọi van đảo chiều Hình 6.3 Kí hiệu cửa xả khí a. b. Cửa nối điều khiển 14 (Z) Cửa 1 nối với cửa 4 Cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn Cửa nối điều khiển 12 (Y) Cửa 1 nối với cửa 2 4 (B) 2 (A) 5 (S) 1 (P) 3 (R) Cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn 93 +) Tín hiệu tác động Nếu kí hiệu nằm ngay phía bên phải của kí hiệu van đảo chiều, thì van đảo chiều đó có vị trí “không”, vị trí đó là ô vuông phía bên phải của kí hiệu van đảo chiều và được kí hiệu “0”. Điều đó có nghĩa là chừng nào có tác động vào nòng van thì lò xo tác động giữ vị trí đó. Tác động phía đối diện của van, ví dụ: tín hiệu tác động bằng cơ, bằng khí nén hay bằng điện giữ ô vuông phía bên trái của van và được kí hiệu “ 1”. Trên hình 6.6 là sơ đồ biểu diễn các loại tín hiệu tác động lên nòng van đảo chiều. Tác động bằng tay ( dùng để tác động thử) Tác động bằng nam châm điện Hình 6.6 Tín hiệu tác động 1.1.2.Van tiết lưu Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành, van tiết lưu cũng có nhiệm vụ điều chỉnh thời gian chuyển đổi vị trí của van đảo chiều. Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay đổi tiết diện . *) Van tiết lưu có diện tích thay đổi: Lưu lượng dòng chảy qua khe hở của van có tiết diện không thay đổi , được ký hiệu như trên hình 6.7. Hình 6.7 Van tiết lưu Trực tiếp Kí hiệu nút nhấn thử 94 Van tiết lưu có tiết diện thay đổi điều chỉnh đư ợc lưu lượng dòng qua van. Hình 6.8 là nguyên lý hoạt động và ký hiệu của van tiết lưu có tiết diện thay đổi tiết lưu được cả 2 chiều, dòng khí nén đi từ A qua B và ngược lại. Tiết diện Ax thay đổi bằng vít điều chỉnh . Van tiết lưu lắp trực tiếp trên cửa S và R của van đảo chiều, để điều chỉnh vận tốc ở đường ra của cơ cấu chấp hành, ví dụ vận tốc của pittông +) Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay Nguyên lý hoạt động và ký hiệu của van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay (hình 6.9): tiết diện chảy Ax thay đổi bằng điều chỉnh vít điều chỉnh bằng tay. Khi dòng khí nén từ A qua B, lò xo đẩy màng chắn xuống và dòng khí nén chỉ đi qua tiết diện Ax. Khi dòng khí nén đi từ B sang A, áp suất khí nén thắng lực lò xo, đẩy màng chắn lên và như vậy dòng khí nén sẽ đi qua khoảng hở giữa màng chắn và mặt tựa màng chắn, lưu lượng không được điều chỉnh. Hình 6.8 Van tiết lưu có tiết diện thay đổi (hãng Herion) Kí hiệu 95 Hình 6.9 Van tiết lưu một chiều (hãng Bosch) 1.1.3. Xi lanh +) Xilanh tác dụng 2 chiều (xilanh tác dụng kép) Nguyên lý hoạt động của Xilanh tác dụng 2 chiều (tác dụng kép), áp suất khí nén tác động vào cả 2 phía của xilanh (hình 6.10) 1. Cửa nối mặt sau của pittông 2. Cửa nối mặt trước của pittông 3. Mặt sau của pittông 4. Mặt trướ c pittông 5. Bề mặt xilanh 6. Vỏ pittoõng 7. Diện tích cần pittong 8. Đáy xilanh 9. Nắp xilanh +) Xilanh tác dụng 2 chiều không có giảm chấn Xilanh tác dụng 2 chiều không có phần giảm chấn cuối khoảng chạy trình bày ở hình 6.11 Kí hiệu 1 3 4 2 97658 Hình 6.10. Xilanh tác dụng 2 chiều 96 +) Xilanh tác dụng 2 chiều có giảm chấn A Hình 6.14 Biểu diễn xilanh tác dụng 2 chiều và ký hiệu a. Xilanh tác dụng 2 chiều có cơ cấu giảm chấn không điều chỉnh được b. Xilanh tác dụng 2 chiều có cơ cấu giảm chấn điều chỉnh được 1.1.4. Động cơ khí nén Động cơ khí nén là cơ cấu chấp hành, có nhiệm vụ biến đổi thế năng hay động năng của khí nén thành cơ năng (chuyển động quay). Động cơ khí nén có những ưu điểm sau: -) Điều chỉnh đơn giản số vòng quay và moment quay. -) Đạt được số vòng quay cao và điều chỉnh vô cấp. -) Không xảy ra hư hỏng khi làm việc trong tình trạng quá tải. -) Giá thành bảo dưỡng thấp. Tuy nhiên động cơ khí nén có những khuyết điểm sau: -)Giá thành năng lượng cao (khoảng 10 lần so với động cơ điện). -) Số vòng quay phụ thuộc quá nhiềøu khi tải trọng thay đổi. Kí hiệu chung Kí hiệu theo yêu cầu HHình 6.11: Xilanh tác dụng 2 chiều có giảm chấn a. Kí hiệu b. 97 -) Xảy ra tiếng ồn lớn khi xả khí. *) Động cơ bánh răng Động cơ bánh răng được chia ra làm ba loại: Động cơ bánh răng thẳng, động cơ bánh răng nghiêng và động cơ bánh răng chữ V. Động cơ bánh răng thường có công suất đến 59 kW với áp suất làm việc đến 6 bar và moment đạt đến 540 Nm. Hình 6.15. Động cơ bánh răng. *) Động cơ trục vít: Hai trục quay của động cơ trục vít có biên dạng lồi và biên dạng lõm. Số răng của mỗi trục khác nhau. Điều kiện để hai trục quay ăn khớp là hai trục phải quay đồng bộ. Hình 6.16: Động cơ trục vít. 98 Hình 6.17. Động cơ cánh gạt. 1.2. Biểu đồ trạng thái hệ thống điều khiển khí nén Biểu đồ trạng thái biểu diễn trạng thái các phần tử trong mạch, mối liên hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử. Tục tọa độ thẳng đúng biểu diễn trạng thái (hành trình chuyển động, áp suất, góc quay...) trục tọa nằm ngang biểu diễn các bước thực hiện hoặc là thời gian hành trình. Hành trình làm việc được chia thành các bước. Sự thay đổi trạng thái trong các bước được biểu diễn bằng đường đậm. Sự liên kết các tín hiệu được biểu diễn bằng đường nét nhỏ và chiều tác động biểu diễn bằng mũi tên và một số ký hiệu và qui ước như sau : +) Xi lanh đi ra ký hiệu dấu (+), lùi về ký hiệu (-) +) Các phần tử điều khiển ký hiệu vị trí (0) và vị trí (1) hoặc (a), (b) +) Biểu diễn một số phần tử trên biểu đồ trạng thái t p Phần tử áp suất Phần tử thời gian Tín hiệu tác động nhanh Liên kết AND Liên kết OR Phần tử tín hiệu tác động bằng cơ động nhanh 99 Ví dụ : Biểu đồ trạng thái của quy trình điều khiển Xi lanh tác động 2 chiều 1.0 sẽ đi ra khi tác động vào nút ấn 1.2 hoặc 1.4. Muốn xi lanh lùi về thì phải tác động đồng thời 2 nút ấn 1.6 và 1.7. Hình 6.18: Biểu đồ trạng thái của xi lanh 1.0 Nút ấn 1.2 và 1.4 là liên kết OR Nút ấn 1.6 và 1.8 là liên kết AND Xi lanh 1.0 ký hiệu đi ra đấu (+), lùi về dấu ( -) Ví dụ: có sơ đồ điều khiển một xi lanh như hình vẽ : Hình 6.19: Sơ đồ mạch khí nén điều khiển xi lanh một chiều + - 1 2 3 4 1.2 1.4 1.6 1.8 1.0 1.0 1.2 1.1 100 Biểu đồ trạng thái của sơ đồ được biểu diễn như sau: Bài thực hành này triển khai kỹ năng lập trình điều khiển hệ thống điện khí nén sử dụng thiết bi lập trình PLC S7-300 và những lệnh đã giới thiệu. II. Nội dung 2.1. Mục tiêu thực hiện Kiến thức - Hiểu và phân tích được cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống truyền động và trang bị điện của thiết bị đóng dấu; - Phân tích được yêu cầu hệ thống điều khiển của thiết bị đóng dấu; - Phân tích được trình tự lập trình, kết nối điều khiển hệ thống thiết bị đóng dấu. Kỹ năng - Lựa chọn được các modules cần thiết và thiết lập cấu hình cứng PLC phù hợp với đối tượng điều khiển ; - Lựa chọn các phần tử đầu vào, ra và kết nối được với thiết bị điều khiển lập trình PLC trong hệ thống điều khiển thiết bị đóng dấu ; - Viết được chương trình điều khiển băng tải theo yêu cầu công nghệ ; - Nạp và chạy thử chương trình, nhận biết và sửa chữa lỗi nếu có. - Vận dụng sáng tạo vào thực tế . Kỹ năng - Lựa chọn được các modules cần thiết và thiết lập cấu hình cứng thiết bị PLC; - Lựa chọn và kết nối được PLC với các phần tử vào, ra của hệ thống đóng dấu ; 0 Kí hiệu Tên gọi Vịtrí Bước thực hiện, thời gian 1 2 3 4 1.0 1.2 1.1 Xi lanh một chiều Van đảo chiều 3/2 Nút ấn 3/2 - + 0 1 0 1 101 - Viết chương trình điều khiển hệ thống đóng dấu theo yêu cầu ; - Nạp chương trình, chạy thử chương trình, nhận biết và sửa chữa lỗi nếu có. - Vận dụng sáng tạo vào thực tế . Thái độ Tích cực, chủ động, hợp tác và chia xẻ cùng các thành viên trong nhóm hoạt động lập trình, kết nối và chỉnh sửa. 2.2. Lập trình điều khiển quá trình 2.2.1. Mô tả hoạt động Hệ thống gồm các phần tử được giới thiệu trong hình vẽ 6.20. Ban đầu các xi lanh ở vị trí thu vào, mô tơ chấm mực ở phía ngoài. Khi có tín hiệu Start hệ thông khởi động. Xi lanh 1 đẩy băng giấy vào vị trí, Xilanh 2 đẩy hộp mực vào vị trí, Mô tơ 3 quay chấm mực cho con dấu. Sau khi chấm mực xong mô tơ 3 quay về vị trí đầu, Xilanh 2 thu về. Hình 6.20: Hệ thống đóng dấu. Trong đó: 1- Xi lanh đẩy giấy (X1) 4- Xi lanh chặn giấy (X4) 2- Xi lanh đẩy hộp mực dấu (X2) 5- Xi lanh đẩy dao cắt giấy (X5) 3- Mô tơ quay chấm mực (M3) 1 2 3 4 5 102 2.2.2. Biểu đồ trạng thái Ghi chú: A1, A2, B1, B2, C1, C2 là các cảm biến hành trình tác động điện 2.2.3. Lựa chọn thiết bị, khai báo phần cứng bộ điều khiển lập trình PLC và kết nối thiết bị phần cứng. +) Lựa chọn thiết bị (cho 1 nhóm thực tập) stt Tên phần tử Ký hiệu Thông số kỹ thuật Số lượng 1 Nút khới động ON Putton 5A, 220v 01 chiếc 2 Nút dừng OFF Putton 5A, 220v 01 chiếc 3 Cầu dao CD 1 pha, 15A, 380V 01 chiếc 4 Rơ le trung gian K1; ...K6 Một chiều 24v 06 bộ 5 Mô hình đóng dấu xxx Thiết bị KFV 01Bộ 6 Nguồn câp khí xxx Thiết bị KFV 01Bộ 7 Dây dẫn điện PVC 1x 0,75 10 mét 8 Mô đun nguồn PS.... PLC –S7300 01 module 9 Mô đun xử lý CPU... 01 module 10 Mô đun mở rộng đầu vào số DI.... 01module 11 Mô đun mở rộng đầu ra số DO... 01 module 12 Bộ dụng cụ lắp đặt Kìm, tuốc lô vít.... 01 bộ X1 X2 M3 1 Start A1 A2 B2 B1 C1 C2 Hình 6.21: Biểu đồ trạng thái của hệ thống khí nén 0 1 0 1 0 103 +) Khai báo phần cứng bộ điều khiển lập trình PLC Sử dụng phần mềm Simatic khai báo phần cứng theo thứ tự các bước: +) Đặt tên New project → Insert → station → simatic 300 → Hardware → Rack 300 → Rail ; +) Lựa chọn và khai báo các mô đun lần lượt mô đun chính rồi đến mô đun mở rộng (chú ý mã của, các thông số và vị trí khai báo của mô đun liên quan tới địa chỉ quản lý dữ liệu) ; +) Lưu cấu hình phần cứng của bộ PLC đã khai báo. +) Kết nối thiết bị phần cứng Kết nối mạch động lực (Mạch khí nén) 4 2 5 1 3 1Y1 2Y1 50 % 50 % A1 A2 4 2 5 1 3 1Y2 2Y2 50 % 50 % B1 B2 4 2 5 1 3 1Y3 2Y3 50 % 50 % Hình 6.22: Sơ đồ mạch khí nén Giới thiệu các phần tử khí nén trong sơ đồ Kết nối PLC với các phần tử vào, ra -) Các phần tử đầu vào kết nối với mô đun mở rộng đầu vào -) Các phần tử chấp hành kết nối với mô đun mở rộng đầu ra -) Kết nối nguồn cho PLC và cuộn dây rơ le (nguồn một chiều 24v cấp cho PLC) 104 Hình 6.23: Sơ đồ kết nối PLC 2.2.4. Quy định địa chỉ miềm nhớ cho các phần tử vào và ra, biến trung gian sử dụng trong chương trình. +) Các phần tử đầu vào D → I4.0 ; M→ I4.1; +) Các phần tử chấp hành (1Y1) K1 → Q8.0 ; (2Y1) K2 → Q8.1; (1Y2) K3 → Q8.2; (2Y2) K4 → Q8.3; (1Y3)K5 → Q8.4; (2Y3)K6 → Q8.5 +) Các phần tử trung gian và biến cờ M Bộ thời gian Timer : S- ODT Biến cờ M0.0 – M0.7 2.2.5. Lập trình điều khiển Sử dụng phần mềm “Trình quản lý Simatic S7 - 300” và tập lệnh của nó viết chương trình điều khiển hệ thống đóng dấu 105 106 2.2.6. Nạp chương trình và chạy thử Cấp nguồn cho thiết bị lập trình điều khiển +) Nguồn + 24VDC cấp vào chân “L” +) Nguồn 0VDC cấp vào chân “M” (chú ý cấp nguồn đầy đủ cho các mô đun mở rộng) Nạp chương trình +) Bật công tắc chuyển đổi chế độ làm việc của thiết bị lập trình về vị trí Reset để xóa bộ nhớ. +) Bật công tắc chọn chế độ Stop, download chương trình lên thiết bị điều khiển lập trình Chú ý: Nếu truyền thông bị lỗi không thực hiện được Download (Upload) thì phải kiểm tra lại đương cáp truyền thông xem đấu nối đúng chưa và khai báo truyền thông đúng chưa. (vào Option- set PG/PC interface xem đúng cáp truyền và thông số truyền qua cáp ) 107 Chạy thử +) Bật công tắc chọn chế độ Run để chạy thử chương trình ; Chú ý các thao tác vận hành đúng yêu cầu công nghệ. +) Sửa lỗi: Khi thấy quá trình hoạt động của hệ thống đóng dấu không đúng yêu cầu công nghệ. +) Kiểm tra và hoàn thiện chương trình phần mềm, kết nối phần cứng chắc chắn, đảm bảo mỹ thuật. 2.2.7. Một số lỗi thường gặp và phương pháp khắc phục stt Hư hỏng (lỗi) Nguyên nhân PP khắc phục 1 Phần cứng không tác động Kết nối không tiếp xúc Kiểm tra, nối lại cho tiếp xúc tốt 2 Chương trình chạy sai. Lệnh, giải thuật chưa đúng Kiểm tra lại lệnh, và giải thuật 3 Thao tác, vận hành Không đúng trình tự, và yêu cầu điều khiển Thao tác đúng trình tự III. Bài tập 3.1. Bài tập số 1 3.1.1. Mô tả yêu cầu điều khiển Hệ thống các phần tử trong máy đóng dấu như hình vẽ 6.24. Ban đầu các xi lanh ở vị trí thu vào, mô tơ chấm mực ở phía ngoài. Khi có tín hiệu Start hệ thống khởi động. Xilanh 2 đẩy hộp mực vào vị trí, mô tơ 3 quay chấm mực cho con dấu. Sau khi chấm xong mô tơ 3 quay về vị trí đầu, Xilanh 2 thu về. Khi xi lanh 2 thu về hết thì Mô tơ M3 quay mạnh cho con dấu đóng vào băng giấy. Xi lanh1 đẩy băng giấy chạy ra. (và lặp lại quá trình) 108 Hình 6.24: Hình ảnh hệ thống 3.1.2. Hãy chỉ ra các phần tử trong hệ thống? 3.1.3. Hoàn thiện biểu đồ trạng thái các phần tử trong hệ thống máy đóng dấu 3.1.4. Hãy lập trình và điều khiển hệ thống trên 3.2. Bài tập số 2 3.2.1. Mô tả yêu cầu điều khiển Hệ thống kết nối như hình vẽ 7.7. Ban đầu các xi lanh ở vị trí thu vào, mô tơ chấm mực ở phía ngoài. Khi có tín hiệu Start hệ thống khởi động. Xilanh 2 đẩy hộp mực vào vị trí, Mô tơ 3 quay chấm mực cho con dấu. Sau khi chấm X1 X2 M3 1 0 1 0 0 1 Star t B2 B1 C 1 C2 Hình 6.25: Biểu đồ trạng thái các phần tử khí trong máy đóng dấu X4 1 0 1 2 3 4 5 109 xong mô tơ 3 quay về vị trí đầu, Xilanh 2 thu về. Khi xi lanh 2 thu về hết thì Mô tơ M3 quay mạnh cho con dấu đóng vào băng giấy. Xi lanh1 đẩy băng giấy chạy ra. Xilanh X4 đi xuống giữ chạt băng giấy và Xi lanh X5 thu về cắt băng giấy. Quá trình tự động lặp lại. Hình 6.26: Hình ảnh hệ thống 3.2.2. Hãy chỉ ra các phần tử trong hệ thống? 3.2.3. Lập biểu đồ trạng thái các phần tử trong hệ thống máy đóng dấu 3.2.4. Hãy lập trình và điều khiển hệ thống trên 3.3. Bài tập số 3 3.3.1. Mô tả yêu cầu điều khiển Cho mô hình thiết bị robot 4 bậc tự do, thực hiện được các chuyển động kẹp (gắp), nhả chi tiết; nâng, hạ chi tiết theo tọa độ trục Z ; di chuyển chi tiết theo tọa độ trục X và trục Y được điều khiển bằng thiết bị điện khí nén (như hình 6.27). 3.3.2. Hãy khảo sát mô hình và vẽ lại sơ đồ kết nối của các phần tử khí nén và các phần tử điện của mô hình. 3.3.3. Xây dựng biểu đồ trạng thái của các phần tử trong mô hình theo yêu cầu hoạt động. 3.3.4. Kết nối thiết bị khí nén; các phần tử điện với PLC và lập trình điều khiển theo yêu cầu hoạt động của mô hình. 1 2 3 4 5 110 Hình 6. 27: Mô hình ro bot điều khiển bằng điện khí nén 1. Xi lanh kẹp chi tiết 2. Xi lanh Nâng hạ chi tiết theo trục Z 3. Xi lanh di chuyển chi tiết theo trục Y 4. Xi lanh di chuyển chi tiết theo trục X 5. Cảm biến vị trí 6. Van đảo chiều điện khí nén 7. Thiết bị điều khiển lập trình PLC 8. Board các phần tử điều khiển bằng tiếp điểm 9. Van điều chỉnh áp suất 10. Bộ lọc nguồn khí nén 8 10 9 6 4 3 2 1 7 5 111 BÀI 7 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY I. Mở đầu 1.1. Khái quát Sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đang thúc đẩy sự phát triển đô thị với nhiều nhà cao tầng và thang máy chở người và thang máy chở hàng được chọn là phương tiện chủ yếu để đi lại, vận chuyển hàng hóa trong các tòa nhà đó. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của tự động hóa trong công nghiệp thì việc ứng dụng thiết bị điều khiển lập trình PLC trong các hệ thống điều khiển thang máy lớn, hiện đại được sử dụng ngày một thông dụng. Vì vậy lập trình điều khiển hệ thống thang máy, thang nâng hàng có ý nghĩa thực tiễn rất cao trong đào tạo kỹ sư chuyên ngành điện. 1.2. Cấu trúc chung của thang máy Các thiết bị chính của thang máy gồm có: buồng thang, tời nâng, cáp treo buồng thang, đối trọng, động cơ truyền động, phanh hãm điện từ và các thiết bị điều khiển khác. Tất cả các thiết bị của thang máy được đặt trong giếng thang (khoảng không gian từ trần của tầng cao nhất đến mức sâu nhất của tầng 1), trong buồng máy (trên sàn tầng cao nhất ) và hố buồng thang (dưới mức sàn tầng 1). Bố trí các thiết bị của một thang máy được biểu diễn trên hình 7.1 1.3. Hệ truyền động điện dùng trong thang máy Khi thiết kế hệ trang bị điện – điện tử cho thang máy, việc lựa chọn một hệ truyền động, chọn loại động cơ phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Độ chính xác khi dừng - Tốc độ di chuyển buồng thang - Gia tốc lớn nhất cho phép - Phạm vi điều chỉnh tốc độ 112 - Hình 7.1: Cấu trúc chung của thang máy Sàn phòng máy Thiết bị an toàn Cáp cân bằng Hệ thống điều khiển Hệ thống truyền động và pha Puli quấn cáp Bộ chuyển đổi vận tốc sơ cấp Bộ chuyển đổi vị trí sơ cấp Máy điều tốc Cáp tời Con trượt dẫn hướng cabin Bộ chuyển đổi vận tốc thứ cấp Hệ thống điều khiển cửa Hệ thống bảo vệ cửa cabin Cáp điện lưu độ ng Ray dẫn hướ ng Đối trọng Bộ giảm chấn cho cabin Bộ giảm chấn cho đối trọng Bộ chuyển đổi tải trọng Bánh bồi thường Bánh ứng suất điều tốc Đáy giếng thang 113 Hệ truyền động điện xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ ro to lông sóc và rô to dây quấn khá phổ biến trong trang bị điện – điện tử thang máy. Hệ truyền động không đồng bộ ro toloongf sóc thường dùng cho thang máy chở hàng tốc độ chậm. Hệ truyền động động cơ không đồng bộ ro to dây quán thường dùng cho máy nâng có trọng tải lớn. Hệ truyền động xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ thường dùng cho thang máy chở khách tốc độ trung bình. Hệ truyền động một chiều máy phát động cơ có khuếch đại trung gian thường dùng cho thang máy tốc độ cao. Những năm gần đây các hệ truyền động một chiều dùng bộ biến đổi tĩnh đã được áp dụng khá rộng rãi trong thang máy cao tốc. II. Nội dung 2.1. Mục tiêu thực hiện Kiến thức - Hiểu và phân tích được cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống truyền động và trang bị điện của thang máy; - Phân tích được trình tự lập trình, kết nối và điều khiển hệ thống thang máy. Kỹ năng - Lựa chọn được các modules cần thiết và thiết lập cấu hình cứng PLC phù hợp với đối tượng điều khiển ; - Lựa chọn các phần tử đầu vào, ra và kết nối được với thiết bị điều khiển lập trình PLC trong hệ thống điều khiển thang máy ; - Viết được chương trình điều khiển thang máy theo yêu cầu công nghệ ; - Nạp chương trình, chạy thử chương trình, nhận biết và sửa chữa lỗi nếu có. - Vận dụng sáng tạo vào thực tế . Thái độ Tích cực, chủ động, hợp tác và chia xẻ cùng các thành viên trong nhóm hoạt động lập trình, kết nối và chỉnh sửa bài thực hành. 2.2. Lập trình điều khiển mô hình thang máy chở người nhà 5 tầng 2.2.1. Cấu trúc của mô hình thang máy 5 tầng 114 Kích thước của mô hình như sau: - Chiều dài: 350 mm - Chiều rộng: 300 mm - Chiều cao: 1500 mm Kết cấu của khung ngoài mô hình được làm bằng khung nhôm bao xung quanh là mica, mặt trước của mô hình được làm bằng nhựa và tạo ra 5 cửa buồng thang với kích thước 200 -120 mm, bên trong là buồng thang (cabin) có bố trí các hệ thống thanh ray bằng nhôm để di chuyển buồng thang, ở mỗi tầng có bố trí các cảm biến tầng đặt ở phía sau. Động cơ nâng hạ buồng thang đặt trên giá đỡ được bố trí ở phần trên mô hình, động cơ mở cửa đặt trên đỉnh của buồng thang. Buồng thang được làm bằng mika trong, xung quanh dán giấy màu xanh. Phía mặt ngoài buồng thang ở mỗi tầng đều có bố trí đặt các bộ nút ấn nút gọi tầng. Đối trọng của buồng thang được làm bằng bằng thép. Phần bên của mô hình là hệ thống điều khiển gồ m có: - Các đầu vào, ra để kết nối phần cứng của PLC. - Các khối nguồn: AC-220C, DC-24V, DC-12V, DC-5V. - Các nút gọi tầng ( từ tầng 1 đến tầng 5). - Các rơle dùng để điều khiển truyền động chính và truyền động mở cửa. - Các mạch kết nối truyền động chính và truyền động mở cửa. Cấu trúc chi tiết của mô hình được mô tả: * Bên ngoài các sàn tầng: + Tầng 1 và 5 chỉ có 1 nút ấn gọi tầng và 1 đèn trạng thái minh họa cho yêu cầu của nút ấn. Tầng 1 chỉ có nút gọi tầng lên các tầng trên (V 1), và tầng 5 chỉ có nút gọi tầng xuống các tầng dưới (X 5). + Các tầng 2, 3 và 4 có 2 nút ấn gọi tầng và 2 đèn trạng thái. Trong đó 1 nút gọi tầng lên các tầng trên (X 2,X3,X4) và 1 nút gọi tầng xuống các tầng dưới (V2,V3,V4) cùng đèn minh họa tương ứng. 115 * Cơ cấu truyền động nâng hạ buồng thang dùng 1 động cơ điện 1 chiều 24V có đảo chiều quay, buồng thang được kéo bởi 1 cáp vắt qua puli trục động cơ qua dòng dọc gắn trên nóc của buồng thang. * Cơ cấu đóng mở cửa tầng khi buồng thang đến tầng cần phục vụ dùng 1 động cơ 1 chiều có đảo chiều. * Để điều khiển cấp điện cho động cơ động cơ nâng hạ buồng thang và động cơ đóng mở cửa tầng, dùng 4 rơle để điều khiển cho 2 động cơ ứng với 2 chiều chuyển động (nâng-hạ, đóng-mở). * Tương ứng trên mỗi tầng có gắn 1 công tắc tầng (cảm biến tầng) để xác định vị trí của buồng thang. * Trên đỉnh của buồng thang có 2 công tắc hành trình dùng để hạn chế đóng và mở cửa. * Nguồn điện sử dụng cho mô hình : - Nguồn 5V-DC cấp cho led 7 đoạn. - Nguồn 24V-DC cấp cho các công tắc hành trình, các nút ấn điều khiển, 2 động cơ truyền động. - Nguồn 12V-DC cấp cho các cuộn dây rowle điện từ. * Các đèn tín hiệu được điều khiển từ PLC Cấu trúc chi tiết của mô hình được mô tả cụ thể như hình 2.1a,b,c 2.2.2. Phân tích mô hình và nguyên tắc điều khiển chung mô hình thang máy chở người nhà 5 tầng Mô hình thang máy được thiết kế để mô phỏng điều khiển hoạt động của một thang máy chở người dùng cho nhà 5 tầng (hình 7 -2). Ở mỗi tầng có các công tắc hành trình để báo tầng. Khi buồng thang đang ở tầng nào thì LED sẽ báo buồng thang đang ở tầng đó. Khi xây dựng các bài tập lập trình điều khiển cho mô hình này đáp ứng các yêu cầu * Yêu cầu điều khiển của buồng thang mô hình thang máy. - Có tín hiệu xử lý cho thang đi lên, đi xuống theo yêu cầu. - Có tín hiệu nhớ và thực hiện lần lượt từng yêu cầu. 116 - Có tín hiệu điều khiển gọi thang. - Có tín hiệu báo buồng thang đang ở tầng nào. - Có tín hiệu báo thang đang đi lên hay đi xuống. * Yêu cầu điều khiển cửa buồng thang. - Khi có tín hiệu dừng thang ở các tầng thì cửa mở, khi có người cuối cùng đi vào, đi ra khỏi buồng thang thì cửa tự động đóng lại. * Các tín hiệu đèn báo. Ngoài cửa tầng: - Có tín hiệu báo thang đến tầng nào. - Tín hiệu báo chiều lên/ xuống của buồng thang. Trong khối cabin: - Tín hiệu báo gọi các tầng. - Tín hiệu báo tầng đang đi lên. - Tín hiệu báo tầng đi xuống. - Tín hiệu báo thang đang ở tầng nào. * Khi có quá trình ưu tiên - Quá trình ưu tiên khi gọi tầng + Khi buồng thang đang đứng yên, đang đi lên hoặc đi xuống nếu có lệnh gọi tầng theo chiều lên hoặc xuống đó thì sẽ có quá trình ưu tiên xảy ra. + Khi buồng thang đang đi lên hoặc đi xuống nếu có lệnh gọi tầng theo chiều ngược lại thì quá trình sẽ thực hiện xong các lệnh đã gọi rồi tiếp tục thực hiện lện theo chiều ngược lại. - Quá trình ưu tiên khi đến tầng + Khi có lệnh đến tầng trong cabin thì thang máy sẽ đi lên hoặc đi xuống theo lệnh, nếu trong cùng cabin có 2 lệnh đến tầng khác nhau và cùng chiều thì sẽ thực hiện ưu tiên quãng đường ngần nhất tính từ vị trí cabin đang đứ ng. + Khi trong cabin có 2 lệnh đến tầng khác nhau và ngược chiều thì quá trình thực hiện sẽ ưu tiên quãng đường ngần nhất tính từ vị trí cabin đang đứng. 117 Hình 7.2: Sơ đồ dàn trải và kết nối mạch điện mô hình thang máy năm tầng hÖ thèng ®iÒu khiÓn thang m¸y hÖ thèng ®iÒu khiÓn thang m¸y Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 ®Çu vµo ®Çu ra 220V puse C«ng t¾c Nguån 24v 24V 0V 12V 0V 5V 0V ®kt® chÝnh ®kt® më cöa Khèi cabin Nót gäi tÇng 1Nót gäi tÇng2Nót gäi tÇng 3 Nót gäi tÇng 4 Nót gäi tÇng 5 b¸o lªn b¸o xuèng R¬le ®k truyÒn ®éng TruyÒn ®éng chÝnh TruyÒn ®éng më cöa +12V gnd K1 K1 K2 K2 +12V gnd K3 K3 K4 K4 hÖ thèng ®iÒu khiÓn thang ¸y Ö t iÒ iÓ t I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0. I0.2 I0.7 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0. 2 2 I2.2 2 2 2 2 I2.7 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0. 1 1 I1.2 1 1 1 1 I1.7 I3.0 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7 118 Hình 7.3: Mặt trước của tầng và cửa buồng thang - Quá trình ưu tiên khi đến tầng kết hợp với gọi tầng Khi buồng thang đang đi lên hoặc đi xuống nếu có lệnh gọi tầng theo chiều lên hoặc xuống đó thì sẽ có quá trình ưu tiên, khi có lệnh đến tầng trong cabin cùng chiều thì các lệnh sẽ được thực hiện tuần tự theo kết cấu của nó. Nếu có 1 2 3 6 4 5 119 lệnh đến tầng trong cabin theo chiều ngược lại thì các lệnh sẽ thực hiện theo chiều đã chọn xong rồi mới thực hiện quá trình ngư ợc lại. 2.2.3. Hoạt động của buồng thang - Điều khiển hoạt động của thang máy được thực hiện từ hai vị trí: + Tại cửa tầng bằng nút ấn lên, xuống. + Trong buồng thang điều khiển bằng nút ấn đến tầng. - Khi buồng thang được gọi và di chuyển theo chiề u lên hoặc xuống thì sẽ thực hiện lần lượt từng yêu cầu theo hành trình lên hoặc xuống. - Trong trường hợp có yêu cầu cả ở 2 hành trình lên và xuống thì buồng thang sẽ ưu tiên thực hiện yêu cầu theo hành trình mà nó đang thực hiện, tín hiệu theo hành trình ngược lại sẽ được nhớ lại và thực hiện khi buồng thực hiện hết hành trình đang hoạt động của nó và không còn yêu cầu với hành trình này. - Trong cùng một hành trình của buồng thang, các yêu cầu sẽ được thực hiện ưu tiên theo vị trí của tầng được gọi chứ không phụ thuộc vào yêu cầu nào được gọi trước hay gọi sau. - Khi buồng thang dừng ở vị trí tầng nào thì cửa mở ra ở tầng đó sau đó thì đóng lại. 2.2.4. Lập trình điều khiển cho mô hình thang máy 5 tầng vớ i yêu cầu - Có thể gọi chọn bất kỳ tầng nào theo ý muốn. Khi 1 tầng đã được gọi thì tầng khác không có tác dụng gọi. - Trước cửa tầng các đèn báo chiều lên hoặc chiều xuống của cabin, led hiển thị cabin đang ở tầng nào. - Khi lệnh gọi thực hiện xong đến tầng nào thì sau 2 giây cửa sẽ mở ra, sau 2 giây cửa tự động đóng lại. Lưu đồ giải thuật điều khiển được biểu diễn như trên hình 7. 4 120 Hình 7.4: : Lưu đồ giải thuật điều khiển 2.2.5. Lựa chọn cấu trúc và gán địa chỉ cho PLC Sử dụng phần mềm simatic manager khai báo phần cứng (hardware) theo thứ tự các bước : a) Đặt tên New project → Insert → station → simatic 300 → Hardware → Rack 300 → Rail . b) Lựa chọn và khai báo các mô đun lần lượt mô đun chính rồi đến mô đun mở rộng (chú ý mã, các thông số và vị trí khai báo của mô đun liên quan tới địa chỉ quản lý dữ liệu; đặt lại địa chỉ vào ra nếu cần thiết). Vị trí gọi /đến < vị trí dừng thang Vị trí gọi /đến = vị trí dừng thang Vị trí gọi /đến > vị trí dừng thang Đi lên Đi xuống YesYesNo No Gọi/Đến tầng Dừng thang Mở cửa Đóng cửa Cabin ở tầng 1 Start Người vào/ra 121 c) Lưu cấu hình phần cứng của bộ PLC đã khai báo. * Modules của bộ PLC-S7-300 được lựa chọn - Một module nguồn nuôi PS 2A và đượ c khai báo ở Slot số 1 - Một module xử lý CPU và được khai báo ở Slot số 2 - Một module tín hiệu vào số DI 32 bits và được khai báo ở Slot số 5 có đia chỉ từ : Từ I4.0 đến I4.7 Từ I5.0 đến I5.7 Từ I6.0 đến I6.7 Và từ I7.0 đến I7.7 - Một module tín hiệu vào ra số DO 32 bits và được khai báo ở Slot số 6 có điaọ chỉ Q8.0 đến Q11.7. Cấu trúc vị trí các modules của bộ PLC như sau Hình 7.5: Cấu trúc của bộ PLC * Lựa chọn địa chỉ cho các phần tử đầu vào và đầu ra của bộ PLC Đầu vào địa chỉ Đầu ra địa chỉ Công tắc hành trình tầng 1(S 1) I4.0 Hiển thị led 7 đoạn Q8.0 Công tắc hành trình tầng 2(S 2) I4.1 Hiển thị led 7 đoạn Q8.1 Công tắc hành trình tầng 3(S 3) I4.2 Hiển thị led 7 đoạn Q8.2 Công tắc hành trình tầng 4(S 4) I4.3 Hiển thị led 7 đoạn Q8.3 Công tắc hành trình tầng 5(S 5) I4.4 Điều khiển cuộn dây K1 Q8.4 Công tắc hành trình mở cửa(S 6) I5.6 Điều khiển cuộn dây K2 Q8.5 Công tắc hành trình đóng cửa(S7) I5.7 Điều khiển cuộn dây K3 Q8.6 Nút ấn xuống tầng 1(V1) I4.5 Điều khiển cuộn dây K4 Q8.7 Nút ấn xuống tầng 2(V2) I4.6 Nút ấn xuống tầng 3(V3) I4.7 Nút ấn xuống tầng 4(V4) I5.0 Nút ấn lên tầng 2(X 2) I5.1 Nút ấn lên tầng 3(X 3) I5.2 Nút ấn lên tầng 4(X 4) I5.3 Nút ấn lên tầng 5(X 5) I5.4 PS CPU DI 32 bits DO 8 bits 122 Nút gọi tầng 1 (G1) I6.0 Nút gọi tầng 2 (G2) I6.1 Nút gọi tầng 3 (G3) I6.2 Nút gọi tầng 4 (G4) I6.3 Nút gọi tầng 5 (G5) I6.4 2.2.6. Sơ đồ kết nối động lực và điều khiển a) Sơ đồ kết nối mạch động lực +) Sơ đồ mạch động lực của truyền động chính và truyền động mở c ửa Hình 7.7: Sơ đồ mạch động lực của truyền động chính và truyền động mở cửa a. Truyền động chính b. Truyền động mở cửa +) Sơ đồ mạch động lực kết nối rơle trung gian Hình 7.8: Sơ đồ kết nối chân đế của rơle b) Sơ đồ kết nối mạch điều khiển +) Mạch kết nối khối hiển thị : Vì ta sử dụng IC giải mã 7447 nên đầu vào là các mã nhị phân 4 bít dạng BCD vì vậy ta cần sử dụng 4 đầu vào của PLC để 24V DC 0V BBAABA Q8.4 Q8.5 Q8.6 Q8.7 +24V GND ĐC K2K1 K2 K1 +24V GND ĐC K4K3 K4 K3 a) b) 123 kết nối vào IC giải mã.Đầu ra của IC giải mã là các bit: a, b, c, d, e, f, g dùng kể kích thích LED 7 đoạn. * Bảng trạng thái STT Đầu vào Đầu ra Q8.3 Q8.2 Q8.1 Q8.0 g f e d c b a 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 2 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 3 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 4 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 5 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 * Mạch kết nối a a b b c c d d e e f f g g a b c d e f g a b c d e f g 321 g f e d c b a 4 a b c d e f g 5 6 g f e d c b a 654321 Q8.0 Q8.1 Q8.2 Q8.3 A7 QA 13 B1 QB 12 C2 QC 11 D6 QD 10 BI/RBO4 QE 9 RBI5 QF 15 LT3 QG 14 5V LED hiÓn thÞ IC 7447 Hình 7.9: Sơ đồ kết nối led 7 đoạn +) Mạch kết nối led báo Cabin lên xuống Hình 7.10: mạch kết nối Led báo cabin lên xuống X5 X4 X3 X2 X1 DV5V4V3V2V1 V D13 D14 R1 2.2k A LED vµng b¸o cabin ®i xuèng LED xanh b¸o cabin ®i lªn Motor T§ chÝnh D48D49 +8 8. 8 R2 2.2k B 124 +) Mạch kết nối phần cứng PLC aa bb cc dd ee ff gg a b c d e f g a b c d e f g a b c d e f g a b c d e f g a b c d e f g 11 12 13 14 A B 5 0 9 0 B A 6 0 9 0 BB AA 7 0 9 0 BB AA 8 0 0 9 1 2 3 4 5 6 7 8 4 3 2 1 14 13 12 11 A7 QA 13 B1 QB 12 C2 QC 11 D6 QD 10 BI/RBO4 QE 9 RBI5 QF 15 LT3 QG 14 Q8.0 Q8.7 Q8.1 Q8.2 Q8.3 Q8.4 Q8.5 Q8.6 PLC I4.0 I4.1 I4.2 I4.3 I4.4 I5.6 I5.7 I4.5 I4.6 I4.7 I5.0 I5.1 I5.2 I5.3 I5.4 I6.0 I6.1 I6.2 I6.3 I6.4 24V 24V mass IC 7447 5V LED hiÓn thÞ S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 V1 V2 V3 V4 X2 X3 X4 X5 G1 G2 G3 G4 G5 X5 X4 X3 X2 X1 DV5V4V3V2V1 V D13 D14 R1 2.2k A LED vµng b¸o xuèng LED xanh b¸o lªn Motor T§ chÝnh D15 +88.8 BBAA Motor T§ më cöa D16 D17 D18 D19 D20 D21 D22 D23 D24 D25 D26 D27 D28 D29 D30 D31 D32 D33 I4.0 I4.1 I4.2 I4.3 I4.4 I4.5 I4.6 I4.7 I5.0 I5.1 I5.2 I5.3 I5.4 I5.6 I5.7 I6.0 I6.1 I6.2 I6.3 I6.4 D34 D35 D36 D37 D38 D39 LED b¸o ®Çu vµo cña PLC D40 D41 D42 D43 D44 D45 D46 D47 D48D49 +8 8. 8 R2 2.2k B Q8.0 Q8.7Q8.1 Q8.2 Q8.3 Q8.4 Q8.5 Q8.6 LED b¸o ®Çu ra cña PLC R¬le 4 R¬le 3 R¬le 2 R¬le 1 R3 2.2k R4 2.2k 1.8K Hình 7.11: Sơ đồ nguyên lý kết nối phần cứng PLC 125 2.2.4. Lập trình điều khiển Kết nối và lập trình điều khiển cho mô hì nh thang máy 5 tầng với yêu cầu sau : - Có thể gọi chọn bất kỳ tầng nào theo ý muốn. Khi 1 tầng đã được gọi thì tầng khác không có tác dụng gọi. - Trước cửa tầng các đèn báo chiều lên hoặc chiều xuống của cabin, led hiển thị cabin đang ở tầng nào. - Khi lệnh gọi thực hiện xong đến tầng nào thì sau 2 giây cửa sẽ mở ra, sau 2 giây cửa tự động đóng lại. 126 127 128 129 2.2.5. Nạp chương trình và chạy thử a) Cấp nguồn cho thiết bị lập trình điều khiển +) Nguồn + 24VDC cấp vào chân “L” +) Nguồn 0VDC cấp vào chân “M” Chú ý : Cấp nguồn đầy đủ cho các mô đun mở rộng. b) Nạp chương trình +) Bật công tắc chuyển đổi chế độ làm việc của thiết bị lập trình về vị trí Reset để xóa bộ nhớ. +) Bật công tắc chọn chế độ Stop, download chương trình lên thiết bị điều khiển lập trình Chú ý: Nếu truyền thông bị lỗi không thực hiện được Download (Upload) thì phải kiểm tra lại đương cáp truyền thông xem đấu nối đúng chưa và khai báo truyền thông đúng chưa. (vào Option- set PG/PC interface xem đúng cáp truyền và thông số truyền qua cáp ) c) Chạy thử +) Bật công tắc chọn chế độ Run để chạy thử chương trình; Chú ý các thao tác vận hành đúng yêu cầu công nghệ. +) Sửa lỗi: Khi thấy quá trình hoạt động của hệ thống đóng dấu không đúng yêu cầu công nghệ. +) Kiểm tra và hoàn thiện chương trình phần mềm, kết nối phần cứng chắc chắn, đảm bảo mỹ thuật. 2.2.6. Một số lỗi thường gặp và phương pháp khắc phục stt Hư hỏng (lỗi) Nguyên nhân PP khắc phục 1 Phần cứng không tác động Kết nối không tiếp xúc Kiểm tra, nối lại cho tiếp xúc tốt 2 Chương trình chạy sai. Lệnh, giải thuật chưa đúng Kiểm tra lại lệnh, và giải thuật 3 Thao tác, vận hành Không đúng trình tự, và yêu cầu điều khiển Thao tác đúng trình tự 130 III. Bài tập 3.1. Bài tập số 1 : Kết nối và lập trình điều khiển cho mô hình thang máy 5 tầng với yêu cầu sau : - Có thể gọi chọn bất kỳ tầng nào theo ý muốn. Khi 1 tầng đã được gọi thì tầng khác không có tác dụng. - Có thể đến bất kỳ tầng nào theo ý muốn. Khi 1 tầng đã được chọn thì tầng khác không có tác dụng. - Trước cửa tầng các đèn báo chiều lên hoặc chiều xuống của cabin, led hiển thị cabin đang ở tầng nào. - Trong cabin có tín hiệu báo đến tầng, led hiển thị cabin đang ở tầng nào, đèn báo cabin đang lên hoặc xuống. - Khi lệnh gọi thực hiện xong đến tầng nào thì sau 2 giây cửa sẽ mở ra, sau 2 giây cửa tự động đóng lại. 3.2. Bài tập số 2 : Kết nối và lập trình điều khiển cho mô hình thang máy 5 tầng với yêu cầu sau : - Có thể gọi chọn bất kỳ tầng nào theo ý muốn. Khi 1 tầng đã được gọi thì tầng khác cũng có thể gọi được ( xảy ra quá trình ưu tiên). - Có thể đến bất kỳ tầng nào theo ý muốn. Khi 1tầng đã được chọn thì tầng khác cũng có thể chọn được ( xảy ra quá trình ưu tiên) . - Trước cửa tầng các đèn báo chiều lên hoặc chiều xuống của cabin, led hiển thị cabin đang ở tầng nào. - Trong cabin có tín hiệu báo đến tầng,led hiển thị cabin đang ở tầng nào, đèn báo cabin đang lên hoặc xuống. - Khi lệnh gọi thực hiện xong đến tầng nào thì sau 2 giây cửa sẽ mở ra, sau 2giây cửa tự động đóng lại. 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. NguyÔn §øc Hç, NguyÔn TiÕn H­ng Gi¸o tr×nh kü thuËt ®iÒu khiÓn lËp tr×nh, l­u hµnh néi bé §HSPKTN§ [2]. NguyÔn Do·n Ph­íc, Phan Xu©n Minh (2004), Tù ®éng ho¸ víi SIMATIC S7-300, NXB KHKT. [3]. PTS. Lª Hoµi Quèc ; KS. Chung TÊn L©m, (2005) Kü thuËt ®iÒu khiÓn lËp tr×nh; NXB KHKT . [4]. Siemens AG: (1996); Simatic STEP7 Program Design, Programming Manual. [5]. Siemens AG: (1995), Simatic STEP7 User Manual. 132 Phụ lục PHIẾU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HÀNH Bài thực hành số: ..........................................Bài tập số: ...................................... Họ và tên sinh viên thực hiện:........................ Lớp:................................................ Ngày thực hiện:.......................Học kỳ.............Năm học:........................................ Họ và tên GV hướng dẫn:........................ ................................................................ Nội dung đánh giá: TT Tên bước công việc Điểm Ghi chú Tối đa Đánh giá 1 Mô tả hoạt động 10 2 Liệt kê thiết bị 5 3 Vẽ giản đồ xung 10 4 Vẽ sơ đồ mạch lực 10 5 Vẽ sơ đồ kết nối PLC 10 6 Lập bảng địa chỉ 5 7 Lập trình điều khiển 20 8 Nạp chương trình và chạy thử 10 9 Lỗi và khắc phục lỗi 10 10 Thao tác kết nối, vận hành, trình bày kết quả trên mô hình 10 Tổng cộng 100 (Tổng điểm đạt được tính bằng tổng điểm đánh giá chia cho 10) Điểm đạt được bằng số: Giáo viên ký