1. Trang Chủ
  2. Tự động hoá
  3. Giáo trình Hệ thống tự động hóa công nghiệp (Ngành: Điện công nghiệp và dân dụng) - CĐ Kinh tế Kỹ thuật TP.HCM

Giáo trình Hệ thống tự động hóa công nghiệp (Ngành: Điện công nghiệp và dân dụng) - CĐ Kinh tế Kỹ thuật TP.HCM

Nội dung giáo trình gồm 3 chương, được trình bày cụ thể như sau: Tổng quan hệ thống tự động hóa công nghiệp; Hoạt động của hệ thống tự động hóa CN; Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì và sửa chữa hệ thống tự động hóa công nghiệp. Mời các bạn cùng tham khảo! ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP NGÀNH: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP VÀ DÂN DỤNG TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP THÔNG TIN CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Họ tên:

Thể loại Tài liệu miễn phí Tự động hoá

Số trang 47

Ngày tạo 5/21/2021 9:31:16 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 3.68 M

Tên tệp

Tải Giáo trình Hệ thống tự động hóa công nghiệp (Ngành... (.pdf)

Xem mẫu

  1. ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP NGÀNH: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP VÀ DÂN DỤNG TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP THÔNG TIN CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Họ tên: Đỗ Hữu Nhân Học vị: Thạc sỹ Đơn vị: Khoa Điện – Tự động hóa Email: dohuunhan@hotec.edu.vn TRƯỞNG KHOA TỔ TRƯỞNG CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐỀ TÀI Đỗ Hữu Nhân HIỆU TRƯỞNG DUYỆT Tháng 7, năm 2020
  2. TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
  3. LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình được xây dựng và biên soạn trên cơ sở chương trình đào tạo nghề bậc học Trung cấp đã được Tổng cục dạy nghề phê duyệt. Giáo trình biên soạn gắn liền với tính thực tế, tính khoa học và hướng đến liên thông và tiệm cận khu vực và được dùng để giảng dạy sinh viên trình độ Trung cấp. Nội dung giáo trình gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa công nghiệp Chương 2: Hoạt động của hệ thống tự động hóa CN Chương 3: Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì và sửa chữa hệ thống tự động hóa công nghiệp Giáo trình được biên soạn trên cơ sở người học đã học qua các môn kỹ thuật khí nén, kỹ thuật lập trình PLC, trang bị điện. Để thuận tiện người học cuối mỗi bài đều có phần câu hỏi và bài tập áp dụng để người học dễ dàng tiếp cận và vận dụng. Trong suốt thời gian biên soạn giáo trình này không tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các đồng nghiệp, người đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 07 năm 2020 Chủ biên Đỗ Hữu Nhân
  4. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CHỮ CÁI VIẾT TẮT CỤM TỪ ĐẦY ĐỦ CN Công nghiệp HT Hệ thống TĐH Tự động hóa ĐKTĐ Điều khiển tự động
  5. MỤC LỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU ................................................................................................................ 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TỔNG QUAN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CN ............. 7 1.1. Khái niệm cơ bản về hệ thống tự động hóa công nghiệp ............................................. 7 1.2. Các phần tử trong hệ thống tự động hóa công nghiệp ................................................. 8 1.2.1. Vị trí, vai trò của các phần tử trên hệ thống tự động hóa công nghiệp................... 8 1.2.2. Cấu tạo, chức năng của các phần tử trên hệ thống tự động hóa CN ....................... 8 1.3. Các yêu cầu điều khiển của hệ thống tự động hóa công nghiệp ................................. 16 1.4. Nhận dạng, phân tích chức năng hoạt động các phần tử trong HT TĐH CN............. 16 CHƯƠNG 2: HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CN ........................... 18 2.1. Tổng quan về công cụ mô tả hoạt động của hệ thống TĐH CN................................. 18 2.2. Công cụ mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp .............................. 19 2.2.1. Ngôn ngữ lập trình GRAFCET – các thành phần ................................................ 19 2.2.2. Bài tập ví dụ xây dựng biểu đồ Grafcet cho hệ thống Distributing ...................... 25 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, BẢO TRÌ VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP .................................................................... 27 3.1. Phương pháp lắp ráp hệ thống tự động hóa công nghiệp ........................................... 27 3.2. Lắp ráp và vận hành hệ thống ..................................................................................... 35
  6. GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP Mã môn học: MH2102329 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Trước khi học môn học này cần hoàn thành các môn học cơ sở và một số môn ho ̣c chuyên môn: kỹ thuật khí nén, kỹ thuật lập trình PLC, trang bị điện. - Tính chất: Là môn học tích hợp chuyên ngành Điện công nghiệp và Dân dụng. Mục tiêu của môn học/mô đun: - Về kiến thức: + Mô tả được cấu tạo và hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp. + Phân tích được chức năng hoạt động của các phần tử hệ thống tự động hóa công nghiệp. + Triǹ h bày được cấ u ta ̣o và các chức năng hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp. - Về kỹ năng: + Nhận dạng được vị trí của các phần tử trên hệ thống tự động hóa công nghiệp. + Xây dựng được lưu đồ điều khiển mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp. + Thiết lập được cấu hình giao tiếp giữa máy tính và PLC cho hệ thống tự động hóa công nghiệp. + Lắp ráp và kiểm tra được hoạt động của các phần tử trong hệ thống. + Lập trình điều khiển được hệ thống tự động hóa công nghiệp. + Vận hành và kiểm tra được hoạt động của hệ thống. + Tìm và sửa lỗi được cho hệ thống tự động hóa công nghiệp. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Thể hiện tính chặt chẽ và chính xác. + Thể hiện tư duy phản biện. + Thể hiện tinh thần độc lập, sáng tạo.
  7. Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa công nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP Giới thiệu: Chương 1 này sẽ giới thiệu tổng quan về hệ thống tự động hóa công nghiệp và các thành phần trên hệ thống tự động hóa công nghiệp. Mục tiêu: + Mô tả được cấu tạo của hệ thống tự động hóa công nghiệp. + Xác định được chức năng của các thành phần trên hệ thống. + Thể hiện tính chặt chẽ và chính xác. + Thể hiện tư duy phản biện. + Thể hiện tinh thần độc lập, sáng tạo. Nội dung chính: 1.1. Khái niệm cơ bản về hệ thống tự động hóa công nghiệp Đặc trưng cơ bản của các hệ thống tự động hóa công nghiệp là không có sự can thiệp của con người trong quá trình hoạt động của nó. Sơ đồ tổng quát hệ thống tự động hóa công nghiệp được mô tả như sau: Hình 1.1. Sơ đồ tổng quát hệ thống tự động hóa công nghiệp Khối chấp hành: Bao gồm các hệ thống dẫn dộng. Mục đích của hệ thống dẫn động trong hệ thống sản xuất tự động là nhằm thực hiện các chức năng công tác của quá trình sản xuất. Có thể phân hệ dẫn động theo 2 dạng cơ bản dực trên cơ sở nguồn năng lượng là dẫn động điện và dẫn động bằng thuỷ lực hay khí nén. Khối điều khiển: Khối điều khiển là nơi thực hiện các nhiệm vụ như nhận thông tin từ các vật mang tin và chuyển nó thành các lệnh để điều khiển khối chấp hành, đồng thời giám KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 1
  8. Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa công nghiệp sát sự hoạt động của khối chấp hành thông qua các cảm biến để điều chỉnh hệ thống hoạt động ổn định một cách kịp thời và chuẩn xác. Khối điều khiển có 2 dạng là hệ điều khiển cứng và hệ điều khiển lập trình được. 1.2. Các phần tử trong hệ thống tự động hóa công nghiệp 1.2.1. Vị trí, vai trò của các phần tử trên hệ thống tự động hóa công nghiệp Khối điều khiển: + Hệ điều khiển cứng là hệ chỉ hoạt động theo các chương trình mà người thiết kế đã lắp đặt. Khi cần thay đổi một số hoạt động của hệ thống thì phải điều chỉnh hoặc thay thế một số phần tử, thậm chí có thể phải thay thế toàn bộ hệ thống khác. + Hệ điều khiển lập trình được là hệ cho phép người ta đưa vào các bộ vi xử lý, các bộ tính toán số học, logíc và nội suy vào trong các khối điều khiển nhằm mục đích điều khiển quá trình hoạt động của các thiết bị một cách linh hoạt bằng việc thay đổi các chương trình hoạt động của các máy móc, thiết bị theo công nghệ yêu cầu nhờ sự thay đổi chương trình trên cơ sở các vật chất đã có. Ví dụ như các bộ điều khiển khả trình PLC sử dụng trong công nghiệp, các hệ thống điều khiển số trên các máy công cụ CNC, các trung tâm gia công, Robot và các hệ thống DNC, CIM. Van dẫn động: Mục đích của các van là sử dụng tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển có công suất rất nhỏ để thực hiện các chức năng đóng mở các dẫn động có công suất lớn. Đặc điểm của các van này có nhiều kiểu khác nhăunhng yêu cầu cơ bản là phải có tác động nhanhvà nhạy với các tín hiệu điều khiển. Tuỳ theo hệ dẫn động mà sử dụng các các loại van tương ứng. Đối với dẫn động điện, nó thường là Rơle, Công tắc tơ hoặc khởi động từ. Đối với dẫn động thuỷ khí thì thường sử dụng các loại van Solenoid, van trượt, van quay điều khiển. Cảm biến: Mục đích của cảm biến là giám sát các hoạt động của các dẫn động hoặc các cơ cấu chấp hành để nhận các đại lượng vật lý thực của quá trình hoạt động và biến đổi nó thành các đại lượng điều khiển (đại lượng điện) để cung cấp cho khối điều khiển nhằm điều khiển hệ thống một cách ổn định và chính xác nhất. Tuỳ thuộc vào các quá trình công nghệ mà lựa chọn các loại cảm biến cho thích hợp với các đại lượng cần xác định. 1.2.2. Cấu tạo, chức năng của các phần tử trên hệ thống tự động hóa công nghiệp 1.2.2.1. Đối tượng điều khiển a. Đối tượng điều khiển là động cơ Động cơ DC: là loại động cơ sử dụng nguồn điện DC, với loại động cơ này có đặc tính ngẫu lực lớn, dễ điều khiển… Động cơ AC: sử dụng nguồn điện AC loại này hiện rất thông dụng với động cơ không đồng bộ dạng 1 pha và 3 pha, loại này thường được điều khiển dùng biến tần. Động cơ khí nén: ĐC khí nén biến đổi năng lượng của khí thành năng lượng cơ. b. Đối tượng điều khiển là xylanh Xy lanh là thiết bị dùng để biến đổi năng lượng thế năng hay động năng thành năng KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 2
  9. Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa công nghiệp lượng cơ học – chuyển động thẳng hoặc xoay. Xy lanh chia làm 2 loại: Xy lanh chuyển động tịnh tiến và xylanh chuyển động quay (< 360o). Xy lanh chuyển động tịnh tiến: + Xy lanh tác động đơn: Xy lanh tác động một phía được cung cấp khí nén bởi một phía duy nhất. Như vậy nó chỉ có thể cho hành trình làm việc ở một chiều duy nhất. Hành trình ngược lại của piston được thực hiện bởi lò xo hoặc lực ngoài. Cho nên khí nén chỉ cần thiết cho việc di chuyển ở một chiều duy nhất. Trong xy lanh tác động 1 phía phản hồi bằng lò xo, hành trình là một hàm theo độ dài của lò xo. Thường trong xy lanh tác động một phía hành trình không vượt quá 100mm. Như thế chỉ sử dụng chúng giới hạn trong các công việc đơn giản như: siết chặt, đẩy ra, nâng lên, lắp vào của các chi tiết, cấp chuyển động ... + Xylanh tác động kép: Nguyên tắc hoạt động của xylanh tác động kép là áp suất khí nén được dẫn vào cả 2 phía. Xy lanh tác động 2 phía được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng: nâng vật, siết chặt, ứng dụng trong các dây chuyền tự động phân loại sản phẩm, dán nhãn, đóng mở van… + Xylanh tác động 2 chiều: + Xy lanh 2 cần: 1.2.2.2. Khối điều khiển thiết bị Trong một hệ thống tự đông hóa công nghiệp, Khối điều khiển thiết bị (đối tượng điều khiển) là thành phần rất quan trọng, nó quyết định đến kết quả của quá trình điều khiển. Các bộ điều khiển có thể là những mạch điện tử đơn giản (dùng linh kiện điện tử, IC số, vi điều khiển…) đến các bộ lập trình tích hợp sẵn (Logo, PLC…) các bộ điều khiển này cũng thường được thiết kế để có thể kết nối với máy tính hai màn hình HMI để giao tiếp trong việc điều khiển và giám sát. KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 3
  10. Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa công nghiệp Hình 1.2. Mô hình hệ thống điều khiển băng tải dùng PLC 1.2.2.3. Cảm biến Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý được. Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện như (nhiệt độ, áp suất…) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện như (điện áp, dòng điện, trở kháng…) chứa đựng thông tin cho phép ta có thể xác định giá trị của đại lượng điện đó, đặc trưng (s) chính là hàm của đại lượng cần đo (m). Ta có s = F(m). Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hay là phản ứng của cảm biến, (m) là đại lượng đầu vào hay gọi là kích thích. Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị của (m). Các loại cảm biến thông dụng:  Cảm biến tiệm cận.  Cảm biến quang.  Cảm biến màu sắc.  Cảm biến thông minh.  Cảm biến sợi quang.  Cảm biến lực căng áp suất.  Cảm biến nhiệt.  Cảm biến siêu âm…. a. Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor) Đặc điểm: + Phát hiện vật không cần tiếp xúc. + Tốc độ đáp ứng cao. + Ðầu cảm biến nhỏ có thể lắp ở nhiều nơi, sử dụng trong môi trường khắc nghiệt. KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 4
  11. Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa công nghiệp Cảm ứng từ loại điện cảm (Inductive Sensor) Cảm ứng từ loại điện cảm dựa vào điện cảm của cuộn dây sinh ra từ trường xung quanh nó để nhận biết vật. Cảm biến loại điện cảm rất đa dạng như ở hình. Cảm ứng từ bao gồm vùng từ trường được tạo ra nhờ vào cuộn dây quấn tạo cảm ứng từ với tần số làm việc từ 300 đến 800kHz, loại này thường đưa ra 2 dây cáp kết nối nguồn và một dây tín hiệu ra. Khi có tín hiệu ra sẽ có led chỉ chỉ thị báo hiệu cảm biến nhận thấy vật trong vùng tác động. Khi vật cản tác động lên bề mặt của cảm biến, biên độ tín hiệu của mạch dao động sẽ thay đổi, biên độ này sẽ giảm dẩn khi vật càng tiến gần bề mặt tác động. Khi khoảng cách đủ lớn ngõ ra của cảm biến sẽ cho ra một xung và đèn chỉ báo sẽ sáng lên. Cảm ứng từ loại từ cảm Loại tác động bằng tiếp điểm (Reed Switch - Công tắc lưỡi gà): KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 5
  12. Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa công nghiệp + Cảm biến loại này phát hiện được tất cả các loại vật liệu dẫn điện trong khoảng cách cho phép. Từ trường được tạo ra từ cuộn dây cảm ứng tác động lên lưỡi gà làm đóng tiếp điểm. Cảm biến bị ảnh hưởng bởi 3 yếu tố: Nhiệt độ, vật cản bằng KL, khoảng cách vật cản. + Khi có từ trường đi qua vùng công tắt thì sẽ làm cho hai tiếp điểm nhiễm từ và hút nhau, hai tiếp điểm sẽ được nối lại. + Sự phụ thuộc từ các từ trường khác nhau cần được tránh:  Vị trí của điểm tác động phụ thuộc vào khoảng cách dịch chuyển.  Dòng cực đại cần được giới hạn để tránh cháy tiếp điểm. Một vài ứng dụng cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ: + Phát hiện tình trạng của hộp thiết: + Phát hiện vị trí: Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng điện dung (Capacitive Sensor) Dùng phát hiện các loại vật thể có hằng số điện môi lớn hơn không khí: Nhựa, thủy tinh, gỗ, kim loại... KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 6
  13. Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa công nghiệp Cảm biến điện dung có cấu tạo bao gồm các thành phần: điện cực nối nguồn, điện cực nối mass led chỉ báo và nút hiệu chỉnh độ nhạy như hình. Phát hiện theo nguyên tắc tĩnh điện (sự thay đổi điện dung giửa vật cảm biến và đầu sensor), có thể phát hiện tất cả các vật. Cảm biến mức điện dung hoạt động dựa trên sự khác biệt hằng số điện môi giữa chất lưu và không khí. Ðiều kiện cần thiết để áp dụng phương pháp này là hằng số điện môi của chất lưu phải lớn hơn hằng số điện môi của không khí, thường là gấp đôi. Hằng số điện môi của không khí là khoảng 1.0; dầu có hằng số điện môi từ 1,8 đến 5; nước có hằng số điện môi ở giữa khoảng 50 đến 80. Ứng dụng cảm biến tiệm cận loại cảm ứng điện dung: + Phát hiện mức chất lỏng: bên trong chai từ bên ngoài vỏ. + Truyền tín hiệu kiểm tra hay bộ nối: Phát hiện cánh tay robot đang giử vật. KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 7
  14. Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa công nghiệp b. Cảm biến quang (Optical Sensor) Bộ phát: Thường dùng đèn led (Led Emitting Diodes). Ðây là loại led có khả năng phát sáng khi có dòng điện thuận chạy qua. Led được chế tạo để phát ra nhiều loại ánh sáng khác nhau. Bộ thu: Nhận ánh sáng từ bộ phát, thực hiện tạo tín hiệu ngõ ra thường ở dạng ON/OFF. Thường là các loại linh kiện: Photodiode, Phototransitor, Photocell (các tế bào quang điện, quang trở...) Lượng ánh sáng nhận về sẽ được chuyển tỉ lệ thành tín hiệu áp (hoặc dòng) và sau đó được khuếch đại. Sensor xuất tín hiệu ra báo có vật nếu mức điện áp lớn hơn mức ngưỡng. Cảm biến quang loại thu phát độc lập (Through Beam) Hình 1.8. Cảm biến quang thu phát độc lập Cảm biến quang loại thu phát độc lập bao gồm hai phần: phần thu và phần phát độc lập nhau, vật được đặt vào giửa bộ thu và phát như hình. Cảm biến quang loại thu phát độc lập có đặc điểm: + Ðộ tin cậy cao. + Khoảng cách phát hiện xa. + Không bị ảnh hưởng bởi màu sắc và bề mặt của vật. + Khoản cách có thể lên đến 30m. + Kiểm tra được tất cả các vật thể trừ một ít vật thể có bề mặt trong suốt. Cảm biến quang loại thu phát chung (Retro Replective) Cảm biến quang loại thu phát chung bao gồm hai bộ thu và phát gắn chung nhau, bề mặt phản xạ đặt hướng vào bề mặt thu phát của cảm biến, trong loại này ảnh hưởng phản xạ lên bề mặt là rất quang trong đến việc thu phát của cảm biến. KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 8
  15. Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa công nghiệp Cảm biến quang loại thu phát chung có đặc điểm: + Ðộ tin cậy cao. Giảm bớt dây dẫn. + Có thể phân biệt được vật trong suốt, mờ, bóng loáng. + Khoảng cách chỉ cỡ ½ , 1/3 so với phương pháp truyền xuyên tâm. + Không thích hợp khi dùng để phát hiện các vật liệu trong suốt hoặc các vật liệu có bề mặt phản xạ được. + Vật phát hiện phải có kích thước lớn hơn bộ phận phản xạ của cảm biến. + Sử dụng nhiều nhất trong các ứng dụng phát hiện vật, thùng trong băng chuyền. Cảm biến quang loại đặt khoảng cách Ứng dụng của cảm biến quang + Phát hiện vật đi qua chổ hẹp: + Phát hiện chai ngã: KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 9
  16. Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa công nghiệp 1.3. Các yêu cầu điều khiển của hệ thống tự động hóa công nghiệp Thiết kế hệ thống tự động điều khiển được bắt đầu từ yêu cầu kỹ thuật. Yêu cầu kỹ thuật có liên quan mật thiết tới công nghệ của đối tượng tự động hóa và cấu trúc của chúng. Phương án tối ưu, xét từ khía cạnh năng suất lao động và kinh tế có được khi hệ thống tự động hóa có tính tối ưu về thiết bị, công nghệ, cấu trúc, giá thành. Nói cách khác, thiết kế một hệ thống tự động hóa điều khiển mới xuất phát từ yêu cầu cần hiện đại hóa công nghệ, cấu trúc máy, trên cơ sở những công nghệ và máy móc mới. 1.3.1. Đảm bảo các sai số trong phạm vi cho phép Trong các bài toán kỹ thuật, khi thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh có liên quan đến số lượng, dạng, công suất của các thiết bị động lực chính, chúng được lựa chọn theo những chỉ tiêu kĩ thuật của từng thiết bị đó. Bài toán kỹ thuật cho biết chế độ làm việc của đối tượng điều chỉnh, các chế độ làm việc của các thiết bị động lực chính mà hệ thống tự động cần thực hiện. Nó cho chúng ta biết những sai số tĩnh và động cho phép của đại lượng điều chỉnh. Từ những thông số đó mà chọn những thông số của các thiết bị điều chỉnh cho hợp lý, đáp ứng được những yêu cầu về sai số. 1.3.2. Đảm bảo độ nhanh, điều chỉnh phù hợp Các máy móc công nghiệp ngày càng có yêu cầu cao về năng suất lao động. Muốn đạt được yêu cầu đó, mạch điều khiển phải chính xác. Tuy nhiên, thường gặp trong các hệ thống tự động điều khiển, hệ thống tác động nhanh sẽ kéo theo lượng điều chỉnh lớn, do đó thường phải lựa chọn sao cho tối ưu theo yêu cầu thực tế của đối tượng. 1.3.3. Có chỉ tiêu năng lượng cao Các hệ thống điều khiển cần có chỉ tiêu kinh tế cao. Trong chỉ tiêu kinh tế thì tổn thất năng lượng khi biến đổi và điều chỉnh đóng vai trò quan trọng. Ngoài ra hệ số công suất của hệ thống cũng góp phần ảnh hưởng không nhỏ đến chỉ tiêu năng lượng 1.4. Nhận dạng, phân tích chức năng hoạt động các phần tử hệ thống tự động hóa CN a. Hệ thống điều khiển động cơ DC Hình 1.3. Hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC + Cơ cấu chấp hành: động cơ AC hoặc DC KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 10
  17. Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa công nghiệp + Thiết bị điều khiển: biến tần (Inverter). + Cảm biến: sensor đo tốc độ động cơ. b. Hệ thống điều khiển nhiệt độ Hình 1.4. Hệ thống điều khiển nhiệt độ + Cơ cấu chấp hành: bộ điều chỉnh nhiệt độ trong lò nhiệt + Thiết bị điều khiển: là một thiết bị tự động được chế tạo làm việc theo chức năng và yêu cầu thực tế như chuyển nhiệt độ từ lò nhiệt và hiển thị lên màn hình hiển thị và gởi tín hiệu điều khiển để điều khiển lò nhiệt ổn định nhiệt độ. + Cảm biến: được dùng là loại cảm biến nhiệt. c. Hệ thống điều khiển động cơ AC 3 pha Hình 1.5. Hệ thống điều khiển động cơ AC 3 pha + Thiết bị điều khiển: là card điều khiển trung tâm điều khiển giao tiếp máy tính + Cơ cấu chấp hành: là động cơ AC 3 pha. + Cảm biến: sử dụng cảm biến từ Hall là thành phần hồi tiếp. CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1 Câu hỏi 1.1. Trình bày vai trò của các phần tử trên hệ thống tự động hóa công nghiệp Câu hỏi 1.2. Nêu vai trò và chức năng của cảm biến thường dùng trong hệ thống tự động hóa. KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 11
  18. Chương 2: Hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp Chương 2: HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP Giới thiệu: Chương 2 này sẽ giới thiệu công cụ Grafcet dùng để mô tả được hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp. Sinh viên sẽ dựa vào công cụ này để xây dựng lưu đồ điều khiển mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp. Mục tiêu: - Về kiến thức: + Mô tả được hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp. - Về kỹ năng: + Nhận dạng được vị trí của các phần tử trên hệ thống tự động hóa công nghiệp. + Xây dựng được lưu đồ điều khiển mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa CN. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Thể hiện tính chặt chẽ và chính xác. + Thể hiện tư duy phản biện. Thể hiện tinh thần độc lập, sáng tạo. Nội dung chính: 2.1. Tổng quan về công cụ mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp Trong lập trình điều khiển dùng PLC (bộ điều khiển khả trình), Grafcet là một trong 5 ngôn ngữ chính thức được công nhận và được biết dưới tên gọi bằng tiếng Anh là SFC (Sequential Function Chart của tiêu chuẩn IEC 1131-3). Grafcet là từ viết tắt của tiếng Pháp: Graphe Fonctionnel de Commande des Etapes et Transitions (đồ hình điều khiển bước - chuyển tiếp) do hai cơ quan AFCET (Liên hiệp Pháp về tin học kinh tế và kỹ thuật) và ADEPA (Tổ chức nhà nước về phát triển nền sản xuất tự động hóa) hợp tác soạn thảo ra từ tháng 11/1982. Grafcet là ngôn ngữ lập trình bằng biểu đồ để mô tả các hoạt động của hệ thống điều khiển trình tự. Grafcet được xây dựng trên các bước và các chuyển tiếp, mỗi bước (tương ứng với một vị trí trong mạng Petri) diễn tả trạng thái mà tại đó ứng xử của hệ thống được xác định bởi tác động gắn liền với bước đó. Mỗi chuyển tiếp (tương ứng chuyển tiếp của mạng Petri) thể hiện điều kiện chuyển trạng thái của hệ thống, chuyển tiếp gắn liền với một điều kiện. + Dòng điều khiển chuyển từ bước này sang bước kế tiếp thông qua chuyển tiếp có điều kiện. Nếu điều kiện chuyển tiếp là đúng thì dòng điều khiển sẽ chuyển từ bước này sang bước kế tiếp ... KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 12
  19. Chương 2: Hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp + Chức năng điều khiển ở bất cứ mức nào đều có thể biểu diễn bởi một nhóm bước và các chuyển tiếp được gọi là biểu đồ chức năng. Sau đó những biểu đồ này có thể được kết nối lẫn nhau theo trình tự yêu cầu, bởi các liên kết có hướng biểu diễn dòng điều khiển nhằm tạo nên một biểu đồ Grafcet hoàn chỉnh. 2.2. Công cụ mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp 2.2.1. Ngôn ngữ lập trình GRAFCET – các thành phần 1 Bước mở đầu Liên kết có hướng a Bước 2 Tác động gắn ACTIONS liền với bước Điều kiện gắn liền Chuyển tiếp b với chuyển tiếp 2.2.1.1. Các bước (Step) Bước là thành phần ngôn ngữ Grafcet, được dùng để xác định trạng thái của một phần hoặc toàn bộ hệ thống. Tại một thời điểm một bước có thể là tích cực hoặc không tích cực. Tập hợp các bước tích cực xác định tình trạng của hệ thống đã cho tại thời điểm nào đó. Bước: Mỗi bước được biểu diễn bằng hình vuông nét đơn, có con số ở nữa trên bên trong hình vuông. Ví dụ: "Bước 1" 1 Biến bước: Trạng thái tích cực và không tích cực của bước có thể được biểu thị bằng các giá trị logic "1" hoặc "0" . Ví dụ: "Biến bước của bước thứ 8" X8 "X8" =1 và " x 8 " =0 khi bước "8" tích cực. "X8" =0 và " x 8 " =1 khi bước "8" không tích Bước mở đầu: được biểu diễn bằng hình vuông nét đôi. Bước này là ở trạng thái tích cực khi bắt đầu quá trình hoạt động của Grafcet. Ví dụ: "Bước mở đầu 3" 3 Các kết nối đầu vào và đầu ra của một bước: Khi nhiều chuyển tiếp được nối với nhau trong cùng một bước, các kết nối được định vị tương ứng là được nhóm lại phía trên hoặc phía dưới của bước. KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 13
  20. Chương 2: Hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp Ví dụ: nhiều kết nối tại đầu vào và đầu ra của bước 7. 7 2.2.1.2. Tác động gắn liền với bước Mỗi bước có thể được gắn liền một hoặc nhiều tác động. Các tác động này được thực hiện khi bước mà chúng gắn liền ở trạng thái tích cực. Một bước có thể không có tác động nào gắn liền. Ta có thể sử dụng bước này để chờ của một sự kiện bên ngoài. Ví dụ sự thay đổi trạng thái của đầu vào, đồng bộ giữa nhiều bước trong Grafcet. Tác động: được biểu diễn bằng hình chữ nhật gắn kết với bước. Gán nhãn cho đầu ra: Mỗi tác động sẽ có nhãn viết bằng chữ in hoa bên trong hình chữ nhật, đại diện cho tác động này. Ví dụ: Để biểu diễn 1 tác động VAN 2 mở khi bước 9 tích cực, biểu diễn như sau: 9 MO VAN 2 9 VAN 2 9 YV2 2.2.1.3. Chuyển tiếp (transition) Chuyển tiếp là để chỉ khả năng chuyển đổi giữa các bước. Chuyển tiếp từ một bước đến bước khác: Chuyển tiếp được biểu diễn bởi một đường vuông góc với đường thẳng nối giữa hai bước. Quy ước: + Chuyển tiếp được kích hoạt khi bước liền trước là tích cực. + Giữa hai bước bao giờ cũng chỉ có một chuyển tiếp. Gán chuyển tiếp: Chuyển tiếp được gán một con số nằm trong ngoặc kép, bên trái chuyển tiếp. KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 14
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học