1. Trang Chủ
  2. Cơ khí - Chế tạo máy
  3. Đồ án: Điều khiển tay máy gắp sản phẩm dùng PLC S7- 200

Đồ án: Điều khiển tay máy gắp sản phẩm dùng PLC S7- 200

Đồ án: Điều khiển tay máy gắp sản phẩm dùng PLC S7 200 với nhu cầu tìm hiểu về hệ thống tự động hóa trong sản xuất, tìm hiểu kỹ thuật điều khiển PLC và ứng dụng PLC S7-200 CPU224 laser cho tay máy gắp sản sản phẩm. Mời bạn đọc cùng tham khảo. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 LỜI NÓI ĐẦU Robot và công nghệ cao là những khái niệm của sản xuất tự động hoá hiện đại. Một đặc điểm quan trọng của robot công nghiệp là chúng cho phép dễ dàng kết hợp những việc phụ và chính của một quá trình

Thể loại Tài liệu miễn phí Cơ khí - Chế tạo máy

Số trang 53

Ngày tạo 8/30/2018 4:37:47 AM +00:00

Loại tệp DOCX

Kích thước 1.05 M

Tên tệp

Tải Đồ án: Điều khiển tay máy gắp sản phẩm dùng PLC S7... (.docx) Tải Đồ án: Điều khiển tay máy gắp sản phẩm dùng PLC S7... (.pdf)

Xem mẫu

  1. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 LỜI NÓI ĐẦU Robot và công nghệ cao là những khái niệm của sản xuất tự động hoá hiện đại. Một đặc điểm quan trọng của robot công nghiệp là chúng cho phép dễ dàng kết hợp những việc phụ và chính của một quá trình sản xuất thành một dây chuyền tự động. So với các phương tiện tự động hoá khác, các dây chuyền tự động dùng robot có nhiều ưu điểm hơn như dễ dàng thay đổi chương trình làm việc, có khả năng tạo ra dây chuyền tự động từ các máy vạn năng, và có thể tự động hoá toàn phần. Tự động hóa là một nhu cầu không thể thiếu trong quá trình sản xuất ngày nay. Việc ứng dụng tay máy scara vào tự động hóa dây chuyền s ản xu ất mà c ụ th ể h ơn ở đây là dây chuyền phân loại sản phẩm trên băng chuyền giúp cho việc sản xu ất tr ở nên linh hoạt hơn, hiệu quả hơn. Với nhu cầu tìm hiểu về hệ thống tự động trong sản xu ất và v ới kiến thức của sinh viên năm thứ 3 tại trường đại học chúng em ch ọn đ ề tài “ ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM DÙNG PLC S7 200” để nghiên cứu và tìm hiểu. Do yêu cầu về kiến thức về thiết kế, tính toán và điều khiển chính xác đối với thiết kế phần cứng là rất cao nên nhóm chúng em không tránh khỏi những thiếu sót. Do đó, rất mong muốn được sự chỉ bảo thêm của các thầy, cô và đóng góp của bạn bè để đồ án được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo Th.s Phạm Thị Hồng Hạnh đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này ! MỤC LỤC
  2. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 CHƯƠNG I GIỚI THIÊU CHUNG 1. Tay máy công nghiệp Tay máy ( Manipulator ) là cơ cấu cơ khí gồm các khâu khớp. Chúng hình cánh tay đ ể t ạo các chuyển động cơ bản cổ tay tạo nên sự khéo léo, linh ho ạt và bàn tay ( End Effector ) đ ể trực tiếp hoàn thành các thao tác trên đối tượng . - Kết cấu của tay máy . Các tay máy có điểm chung về kết cấu là gồm có các khâu được n ối v ới nhau b ằng các khớp để hình thành một chuỗi động học hở, tính từ phần công tác. Các khớp phổ biến là khớp trượt và khớp quay. Tùy theo số lượng và cách bố trí các kh ớp mà người ta có th ể t ạo ra tay máy kiểu tọa độ đề các , tọa độ trụ, tọa độ cầu, SCARA, và ki ểu tay người ( Anthropomorpnic ). 2. Cảm Biến Để điêu khiên chuyên đông cua cac xy lanh khí nen hay cac loai cơ câu châp hanh khac cân ̀ ̉ ̉ ̣ ̉ ́ ́ ́ ̣ ́ ́ ̀ ́ ̀ có sự phat hiên sự dich chuyên, hay noi cach khac là có sự thay đôi về vị trí hoăc thay đôi cac ́ ̣ ̣ ̉ ́ ́ ́ ̉ ̣ ̉ ́ thông số cua quá trinh trong hệ thông điêu khiên. Trong phân nay, chung ta đê ̀ câp chủ yêu đên ̉ ̀ ́ ̀ ̉ ̀ ̀ ́ ̣ ́ ́ ́ ̣ ̉ ́ ́ ̣ ̣ ́ cac loai cam biên phat hiên hai trang thai ON - OFF. 24V ́ điêm cua cam biên chia ra lam 2 loai: thường đong (Normal Closed – NC) và th ường Tiêp ̉ ̉ ̉ ́ 24V ̀ ̣ ́ 24V mở (Normal Open – NO). Công tăc hanh trinh thường có cả 2 loai tiêp điêm NO và NC nh ưng ́ ̀ ̀ ̣ ́ ̉ với môt cực chung. Khi có tin hiêu tac đông thì sẽ chuyên đôi trangFe ́ cua 2 tiêp điêm nay: ̣ ́ ̣ ́ ̣ ̉ ̉ ̣ thai ̉ ́ ̉ ̀ tiêp điêm thường mở đong lai và tiêp điêm thường đong mở ra. ́ ̉ ́ ̣ ́ ̉ ́ 0V 0V 0V Caû bieá quang m n Caû bieá ñieä dung m n n Caû bieá caû öù g töø m n m n 2.1 Cảm biến từ E2E (Phát hiện sắt từ):  Dùng để phát hiện các vật thể bằng kim loại, thường dùng để khống ch ế các hành trình. Khoảng cách phát hiện của cảm biến loại này phụ thuộc rất nhi ều vào vật li ệu của vật cảm biến, các vật liệu có từ tính hoặc kim loại có chứa sắt sẽ có khoảng cách phát hiện xa hơn các vật liệu không có từ tính.
  3. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6  Đa chức năng, khoảng cách phát hiện tới 30mm  Vỏ bọc đồng thau hoặc thép không gỉ cho độ bền cao  Các model DC 2 dây, 3 dây và 4 dây (NO + NC).  Ứng dụng vào mô hình tại các cơ cấu Input:  I0.3 (Ta) cảm biến xác định vị trí tay máy bên trên.  I0.4 ( Tb) cảm biến xác định vị trí tay máy bên dưới  I0.5 (Tc) cảm biến xác định vị trí tay máy bên trái.  I0.6 (Td) cảm biến xác định vị trí tay máy bên phải 2.2 Cảm biến quang: Ánh sáng từ nguồn sáng được tập trung bởi thấu kính hội tụ và chiếu thẳng vào vật. Tia sáng phản xạ từ vật được tập trung lên dụng cụ cảm biến vị trí (PSD: position sensing device) bằng thấu kính thu. Nếu vị trí vật ( khoảng cách đến thi ết b ị đo) thay đ ổi, hình ảnh v ị trí vật hình thành trên PSD sẻ khác đi và nếu ở tr ạng thái cân b ằng c ủa hai ngõ ra PSD thay đổi ảnh vị trí vật hình thành trên PSD sẽ khác đi và trạng thái cân bằng c ủa 2 PSD cũng thay đổi.
  4. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Thông Số Kỹ Thuật Hình ảnh • Khoảng cách thu nhận tín hiệu: 50cm. • Điện áp ngõ ra: 12 - 240VDC hoặc 12 -240VAC. • Dòng tiêu thụ max DC/AC: 3mA max. Ứng dụng mô hình tại cơ cấu input  I0.7 (PDA) cảm biến xác định có sản phẩm. 3. Công tắt hành trình: Công tắt hành trình trước tiên là cái công tắc tức là làm ch ức năng đóng m ở m ạch đi ện, và nó được đặt trên đường hoạt động của một cơ cấu nào đó, sao cho khi c ơ cấu đến 1 v ị trí nào đó sẽ tác động lên công tắc. Hành trình có thể là tịnh ti ến ho ặc quay. Khi công tắc hành trình được tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt m ột mạch đi ện do đó có th ể ng ắt ho ặc kh ởi động cho một thiết bị khác. Người ta có thể dùng công tắc hành trình vào các mục đích như: Giới hạn hành trình ( khi cơ cấu đến vị trí dới hạn tác đ ộng vào công t ắc s ẽ làm ng ắt nguồn cung cấp cho cơ cấu -> nó không thể vượt qua vị trí giới hạn) Hành trình tự động: Kết hợp với các role, PLC hay VDK đ ể khi c ơ c ấu đ ến v ị trí đ ịnh trước sẽ tác động cho các cơ cấu khác hoạt động (hoặc chính cơ cấu đó).
  5. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Công tắc hành trình được dùng nhiều trong các dây chuyền tự động... Các công t ắc hành trình có thể là các nhút nhấn (button) thường đóng, thường m ở, công t ắc 2 ti ếp đi ểm, và c ả công tắc quang. 4. Công tắc Trong kỹ thuật điều khiển, công tắc, nút ấn thuộc phần tử đưa tín hi ệu. Có hai lo ại công tắc thông dụng: công tắc đóng – mở và công tắc chuyển mạch quay. 5. Nút ấn - Nút ấn đóng- mở: Khi chưa tác động thì chưa có dòng điện chạy qua (m ở), khi tác động thì dòng điện sẽ đi qua - Nút ấn chuyển mạch sẽ chuyển trạng thái của mạch Một số hình ảnh của nút ấn 6. Rơle Trong kỹ thuật điều khiển, rơle được sử dụng như phần tử xử lý tín hi ệu. Có nhi ều lo ại rơle khác nhau tùy vào công dụng. Nguyên tắc hoạt động của rơle là từ trường c ủa cu ộn dây, trong quá trình đóng mở sẽ có hiện tượng tự cảm
  6. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 a. Rơle đóng mạch - Nguyên lý làm việc: Khi dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, xu ất hi ện l ực t ừ tr ường sẽ hút lõi sắt, trên đó có lắp các tiếp điểm. Các tiếp điểm đó có thể là ti ếp điểm chính đ ể đóng , mở mạch chính và các tiếp điểm phụ để đóng, mở mạch điều khiển. - Ký hiệu b. Rơle điều khiển - Nguyên lý hoạt động: tương tự như rơle đóng mạch nhưng khác rơle đóng m ạch ở ch ỗ chỉ dùng cho mạch điều khiển có công suất nhỏ và thời gian đóng mở các ti ếp đi ểm r ất nh ỏ (từ 1ms đến 10ms). - Cấu tạo và ký hệu c. Rơle thời gian đóng chậm - Nguyên lý làm việc: Tương tự như rơle th ời gian tác động chậm c ủa ph ần t ử khí nén. Gồm các phần tử: điot tương tự van 1 chiều, tụ điện như bình chứa, đi ện tr ở R nh ư van ti ết lưu. Ngoài ra tụ điện còn có nhiệm vụ giảm điện áp quát tải trong quá trình ngắt. d. Rơle thời gian ngắt chậm - Nguyên lý làm việc: tương tự như rơle thời gian ngắt ch ậm c ủa phần t ử khí nén. Gồm các phần tử: điot như van đảo chiều, tụ điện như bình chứa, điện trở R 1 như van tiết lưu. Ngoài ra tụ điện còn có nhiệm vụ giảm điện áp quá tải trong quá trình ngắt. - Cấu tạo và ký hiệu
  7. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 7. Động Cơ Một Chiều DC: Động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu m ở máy l ớn ho ặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và phạm vi rộng như : băng tải, thang máy, máy ép… Nhược điểm chủ yếu của động cơ 1 chiều là cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt ti ền và kém tin cậy. Cần phải có nguồn điện 1 chiều kèm theo. 7.1 Cấu tạo động cơ DC Những phần chính gồm có: vỏ, trục, phần cảm (stato), phần ứng (roto),cổ góp, chổi điện. 7.1.1. Phần cảm (stato): Stato gồm có lõi thép và cuộn dây kích từ. Cuộn dây kích t ừ đ ược đ ặt vào trong lỏi thép để tạo thành một nam châm điện. Trong động cơ nh ỏ stato có th ể là một nam châm vĩnh cửu. Tuy nhiên trong động cơ lớn th ường là nam châm điện.
  8. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 7.1.2 Phần ứng (roto): Roto gồm có lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ làm bằng các lá thép kỷ thuật phủ sơn cách điện ghép lại. Dây quấn phần ứng có d ạng cu ộn và được đặt trong cách rãnh của lõi thép. Roto được lồng vào giữa các cuộn dây kích từ, được đỡ bằng ổ bi và nắp vỏ. 7.1.3. Cổ góp:
  9. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Cổ góp bao gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có d ạng hình trụ, gắn ở đầu trục roto 7.1.4. Chổi điện: Chổi điện hay còn gọi là chổi than. Các chổi điện được tỳ chặt lên mặt cổ góp nhờ lò xo và giá chổi điện gắn trên nắp máy để cung cấp điện áp 1 chiều cho động cơ. Chức năng của chổi than – vành góp là để đưa đi ện áp m ột chi ều và đ ổi chi ều dòng đi ện trong cuộn dây phần ứng. Số lượng chổi than bằng số lượng c ực từ (m ột n ửa có c ực t ừ âm, một nửa có cực từ dương). 7.2 Nguyên lý làm việc Sơ đồ nguyên lý của động cơ DC Như ta thấy ở trên động cơ điện 1 chiều có hai phần tử điện là dây qu ấn kích từ và dây quấn phần ứng. Dây quấn phần ứng làm từ dây dẫn điện có các đầu được nối với cổ góp. Điện áp 1 chiều được đặt vào cuộn dây ph ần ứng thong qua chổi than tỳ lên cổ góp. - Khi đặt điện áp 1 chiều Vf vào cuộn dây kích từ, một nam châm đi ện v ới các cực bắc nam hình thành và sinh ra từ trường gọi là t ừ trường cực t ừ. Từ trường này tĩnh ( không quay).
  10. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 - Khi cho điện áp 1 chiều Va vào 2 chổi điện , trong dây qu ấn ph ần ứng s ẻ có dòng điện 1 chiều Ia đi qua và sinh ra 1 t ừ trường gọi là t ừ tr ường phần ứng. Từ trường cực từ và từ trường phần ứng sẻ tương tác với nhau và làm cho trục động cơ quay. Từ trường cực từ và từ trường phần ứng Khi roto quay sinh ra một điện áp phần ứng ( sức đi ện động c ảm ứng) Ea trên dây qu ấn . Ea có chiều ngược với Va nên gọi là sức phản điện, sẻ làm giảm điện áp đặt vào phần ứng. Độ lớn của sức phản điện phụ thuộc vào số vòng dây quấn trong cuộn dây, m ật độ từ thong và tốc độ quay của roto. Ảnh hưởng của sức điện động cảm ứng lên điện áp đặt vào roto Khi có dòng điện chạy trong cuộn dây đặt trong từ trường, lực đi ện từ sẻ t ạo ra momen làm quay khung dây. Cổ góp có tác dụng đổi chiều sau mỗi nữa chu kỳ quay. Ưu điểm:
  11. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 - Động cơ DC có mô-men quay cao,thời gian đáp ứng nhanh. - Giá thành không cao - Cho phép điều khiển điện áp chính xác, mà cần thi ết với tốc đ ộ và các ứng d ụng điều khiển mô-men. - Động cơ DC hoạt động tốt hơn so với động cơ AC trên thiết bị kéo. - . Động cơ DC được thuận tiện cầm tay và rất thích hợp cho các ứng d ụng đ ặc biệt, chẳng hạn như các công cụ công nghiệp cầm tay máy móc thiết bị 8. Khí nén Các phần tử khí nén: 8.1. Máy nén khí: Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng l ượng c ơ h ọc c ủa đ ộng cơ điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng. Phân làm 2 loại : - Phân loại theo áp suất. + Máy nén khí áp suất thấp p = 15 bar + Máy nén khí áp suất rất cao p>= 300 bar - Phân loại theo nguyên lý hoạt động. + Máy nén khí theo nguyên lý trao đổi thể tích: Máy nén khí ki ểu pittong, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít. + Máy nén khí tuabin: Máy nén khi ly tâm và máy nén khí theo chiều trục. 8.2. Bình trích chứa khí nén: Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần ph ải có một b ộ phận lưu trữ để sử dụng. Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước.
  12. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công su ất tiêu th ụ của các thiết bị sử dụng, ngoài ra kích thước này còn ph ụ thu ộc vào ph ương pháp s ử d ụng: ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn. 8.3. Mạng đường ống dẫn khí nén: Mạng đường ống dẫn khí nén là thiết bị truyền dẫn khí nén từ máy nén khí đến bình trích chứa rồi đến các phần tử trong hệ th ống điều khi ển và c ơ c ấu chấp hành. 8.4. Van đảo chiều: Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở hay thay đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén. Trạng thái khi OFF và ON của van đảo chiều. * Ký hiệu của van đảo chiều Vị trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền nhau với các ch ữ cái o,a ,b ,c ,… hay các chữ số 0, 1, 2, … Vị trí ‘không’ là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu bên ngoài vào. Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí ở giữa, ký hiệu ‘o’ là v ị trí ‘không’. Đ ối v ới van có 2 vị trí thì vị trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường vị trí bên phải ‘b’ là vị trí ‘không’.
  13. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Trường hợp a là cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn, còn cửa xả khí có m ối n ối cho ống dẫn khí là trường hợp b. Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường mũi tên bi ểu di ễn h ướng chuy ển đ ộng c ủa dòng khí nén qua van. Khi dòng bị chặn thì được biểu diễn bằng dấu gạch ngang. Hình 1.28: Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều Hình trên là ký hiệu của van đảo chiều 5/2 Trong đó: 5 : chỉ số cửa và 2 : chỉ số vị trí. Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều: TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Van đảo chiều 2/2 Van đảo chiều 4/2
  14. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Van đảo chiều 5/2 * Tín hiệu tác động: Tín hiệu tác động vào van đảo chiều có 4 loại là: tác đ ộng b ằng tay, tác đ ộng bằng cơ học, tác động bằng khí nén và tác động bằng nam châm điện. Tín hiệu tác động từ 2 phía ( đối với van đảo chi ều không có v ị trí ‘không’) hay ch ỉ t ừ 1 phía (đối với van đảo chiều có vị trí ‘không’). 8.5. Cơ cấu chấp hành. 8.5.1. Nhiệm vụ Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng c ơ h ọc. Cơ cấu chấp hành có thể chuyển động thẳng (xilanh) ho ặc chuyển đ ộng quay (đ ộng c ơ khí nén). 8.5.2. Xi lanh. Xilanh tác dụng đơn - Áp lực khí nén chỉ tác động vào một phía của xilanh, phía còn lại do ngo ại l ực hay lò xo tác động. - Một số loại xilanh tác động 1 chiều: a b Chiều tác động ngược lại do ngoại lực (a) và do lo xo (b) Xilanh tác động 2 chiều (xilanh tác động kép). Khí nén được đưa vào 2 phía của xilanh, do yêu c ầu đi ều khi ển mà xilanh đi vào hay đi ra sẽ tuỳ thuộc vào việc đưa khí nén vào phía nào của xilanh.
  15. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Xilanh quay Hình biểu diễn tượng trưng của xilanh quay. Hai ngõ vào điều khiển để điều khiển pittong có răng di chuyển qua lại. Khi cần pittong di chuyển sẽ ăn kh ớp v ới 1 bánh răng làm bánh răng quay. Trục bánh răng sẽ được gắn với cơ cấu chuyển động. Ưu nhược điểm của khí nén: Ưu điểm: − Không gây ô nhiễm môi trường. − Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nh ớt động học của khí nén nhỏ, tổn thất trên dọc đường thấp. − Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo. Nhược điểm: − Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi. − Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn. − Bình khí nén có kích thước lớn, cồng kềnh. 9. Băng tải
  16. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Băng tải là một cơ chế hoặc máy có thể vận chuyển một tải đơn (thùng carton, hộp, túi..) từ một điểm A đến một điểm B Hệ thống băng tải là thiết bị truyền tải có tính kinh tế cao nhất trong ứng d ụng v ận chuyển hàng hóa nguyên vật liệu trong quá trình sản xuất Thành phần và cấu tạo băng tải : - Một động cơ giảm tốc, trục vít và bộ điều khiển tốc dộ - Bộ con lăn, truyền lực chủ động - Hệ thống khung đỡ con lăn - Hệ thống dây băng hoặc con lăn CHƯƠNG II. TÌM HIỂU KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN PLC 2.1 Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển: Hệ thống điều khiển là gì? Hệ thống điều khiển là tập hợp các thiết bị và dụng cụ điện tử. Nó dùng đ ể vận hành một quá trình một cách ổn định, chính xác và thông suốt. Hệ thống điều khiển dùng rơle điện: Sự bắt đầu về cuộc cách mạng khoa học kỹ thu ật đ ặc bi ệt vào nh ững năm 60 và 70, những máy móc tự động được điều khiển bằng những rơle đi ện t ừ như các bộ định thời, tiếp điểm, bộ đếm, relay điện từ. Những thiết bị này được liên kết với nhau để trở thành một hệ thống hoàn ch ỉnh bằng vô s ố các dây đi ện bố trí chằng chịt bên trong panel điện ( tủ điều khiển). Như vậy, với 1 hệ thống có nhiều trạm làm việc và nhiều tín hiệu vào/ra thì tủ điều khiển rất lớn. Điều đó dẩn đến hệ thống cồng kềnh, sửa ch ữa khi b ị hỏng rất phức tạp và khó khăn. Hơn nữa, các rơle tiếp đi ểm n ếu có s ự thay đ ổi yêu cầu điều khiển thì bắt buộc thiết kế lại từ đầu. Hệ thống điều khiển dùng PLC:
  17. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Với những khó khăn và phức tạp khi thiết kế hệ thống dùng r ơle đi ện. nh ững năm 80, người ta chế tạo ra các bộ điều khiển có lập trình nhằm nâng cao đ ộ tinh c ậy, ổn đ ịnh, đáp ứng hệ thống làm việc trong môi trường công nghi ệp kh ắc nghi ệt đem lại hi ệu qu ả kinh t ế cao đó là bộ điều khiển PLC. 2.2. Giới thiệu về PLC: Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được sáng tạo từ những ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968. Trong những năm gần đây, bộ điều khiển lập trình đ ược s ử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp của nước ta như là 1 giải pháp lý t ưởng cho việc tự động hóa các quá trình sản xuất. Cùng với sự phát triển công ngh ệ máy tính đến hiện nay, bộ điều khiển lập trình đạt được những ưu thế cơ bản trong ứng dụng điều khiển công nghiệp. Như vậy, PLC là một máy tính thu nhỏ nhưng với các tiêu chu ẩn công nghiệp cao và khả năng lập trình logic mạnh. PLC là đầu não quan tr ọng và linh hoạt trong điều khiển tự động hóa.
  18. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 2.3 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC  Cấu trúc • Đơn vị xử lý trung tâm: CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra ch ương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong ch ương trình, đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thi ết bị liên k ết đ ể th ực thi. Toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình đi ều khi ển đ ược gi ữ trong b ộ nhớ. • Hệ thống bus Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống g ồm nhi ều đ ường tín hi ệu song song Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Module khác nhau. Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu. Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và đi ểu khiển đồng b ộ các hoạt động trong PLC. • Bộ nhớ Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, là n ơi l ưu tr ữ các thông tin c ần x ử lý trong chương trình của PLC. Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi v ới các ch ức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau. Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần c ắm th ẻ nh ớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU.Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ li ệu chương trình khi mất điện Kích thước bộ nhớ: ♦ Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 - 1000 dòng lệnh tùy vào công ngh ệ ch ế tạo. ♦ Các PLC loại lớn có kích thước từ 1-16K, có khả năng chứa từ 2000 - 16000 dòng lệnh.
  19. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM. • Các ngõ vào ra I/O Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được n ối vào các module (các đ ầu vào c ủa PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra của PLC). Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiêu xử lý là 12/24 VDC ho ặc 100/240 VAC. Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển th ị tr ạng thái c ủa các kênh I/O đ ược cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho vi ệc ki ểm tra ho ạt đ ộng nh ập xu ất tr ở nên dể dàng và đơn giản. Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) đ ể th ực hi ện vi ệc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra. • Bộ nguồn: Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC. • Khối quản lý ghép nối Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận hành, mạng truyền thông công nghiệp. 2.4 Các hoạt động xử lý bên trong PLC - Xử lý chương trình Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC, các lệnh sẽ được trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ. PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong b ộ nh ớ s ẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh m ột, từ đầu cho đến cu ối ch ương trình. Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là m ột chu kỳ th ực hi ện. Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý c ủa PLC và đ ộ l ớn c ủa ch ương trình. Một chu lỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn nối tiếp nhau: ♦ Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào. Phần chương trình ph ục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành. ♦ Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong chương trình. Trong ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào, thực hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của các đầu ra.
  20. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 ♦ Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại các module đầu ra. -Xử lý xuất nhập Gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I/O trong PLC:  Cập nhật liên tục Điều nay đòi hỏi CPU quét các lệnh ngõ vào (mà chúng xu ất hi ện trong ch ương trình), khoảng thời gian delay được xây dựng bên trong để chắc chắn rằng chỉ có những tín hiệu hợp lý mới được đọc vào trong bộ nhớ vi xử lý. Các lệnh ngõ ra đ ược l ấy tr ực ti ếp t ới các thi ết bị. Theo hoạt động logic của chương trình , khi lệnh OUT đ ược th ực hi ện thì các ngõ ra cài lại vào đơn vị I/O, vì thế nên chúng vẫn giữ được trạng thái cho tới khi lần cập nhật kế tiếp. 2.5 PLC Simatic S7-200 CPU 224 2.5.1 Cấu trúc phần cứng của CPU 224 AC/DC/RLY S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình lo ại nhỏ c ủa Hãng SIEMENS (CHLB Đ ức) có cấu trúc theo kiểu Modul và có các modul mở rộng. Các modul này được s ử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU-224 PLC Siemens S7-200, CPU 224, 14 vào, 10 ra relay, nguồn 220 VAC PLC S7-200, CPU 224. 6ES7214-1BD23-0XB8 Nguồn cung cấp: 220 VAC. Ngõ vào: 14 DI DC.
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược