Tài liệu Dùng plc dùng của hãng siemens.thiết kế trương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển trạn dán túi.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LỜI NÓI ĐẦU. Trong sản xuất công nghiệp, kỹ thuật điều kiển tự động là lĩnh vực không thể thiếu.Có rất nhiều ưu điểm mang lại cho sản xuất trong việc tự động hóa sản xuất: Cải thiện chất lượng và hạ giá thành sản phẩm. Tối ưu hóa hiệu suất làm việc của hệ thống. Giảm tải đối với người vận hành nghững công việc mang tính chất lặp đi lặp lại. Trong khoảng thời gian 30 năm trở lại đây, nhu cầu kỹ sư phục vụ trong quá trình tự động hóa ngày càng lớn. Kinh doanh, sản xuất, lợi nhuận ngày càng phụ thuộc vào quá trình sản xuất, tự động hóa trong sản xuất. Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó việc nghiên cứu và sử dụng PLC (Programmable Logic Controller, là các thiết bị điều khiển lập trình được khả trình cho phép thực hiện một cách linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình) ngày càng trở nên phổ biến trong nhiều lĩnh vực trong cuộc sống (điều kiển tín hiệu đèn giao thông, tự động hóa các dây truyền sản xuất, điều khiển thang máy…) Ưu điểm của hệ thống điều kiển tự động sử dụng phần mềm PLC. Bảng so sánh giữa các hệ thống điều khiển tự động : Đặc tính kỹ thuật Giá thành Kích thước Tốc độ Độ bền Hệ thống rơle điện từ Trung bình Lớn Chậm Cao Thấp Rất nhỏ Rất nhanh Khá Phức tạp Hệ thống PC Thấp Nhỏ gọn Nhanh Trung bình khá Trung bình Thiết kế hệ thống Vận hành hệ thông phức tạp Lắp đặt hệ thống Thay đổi cấu hình Bảo trì hệ thống Hệ thống PLC Không nên Có khả năng Có khả năng Phức tạp Trung bình Đơn giản Khó Dễ Rất dễ Khó khăn Dễ Rất dễ Đơn giản Dựa vào bảng trên ta có thể thấy được những ưu điểm vượt trội của PLC so với các cách điều kiển tự động khác trong việc ứng dụng thực tế. Ngoài các tính năng nổi bật trong bảng trên PLC còn có các ưu điểm khi sử dụng như: Có thể chịu được môi trường làm việc khắc nhiệt như: nhiễu điện từ, nhiễu điện, độ rung lớn, nhiệt độ cao, độ ẩm lớn… -Có tính năng dễ duy trì bảo quản hệ thống. Hệ thống Plc được cấu trúc và thực thi theo kiểu tuần tự. Hệ thống Plc có thể phục hồi sau sự cố mất nguồn rất nhanh… Chính vì vậy PLC và các ứng dụng của nó được dùng rất rộng rãi trong thực tế. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất PLC như: Siemens, Mitsubitshi Elictric, Omron, General Elictric….. Đề bài: Thiết kế trương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển trạn dán túi.thiết kế PLC dùng của hãng siemens. (đề bài : P-4) MỤC LỤC Chương 1: Phân tích nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển Chương 2: Biểu đồ chức năng điều khiển Chương 3: Phân tích lựa chọn PLC Chương 4: Sơ đồ lập trình LAD(THEO CHUẨN IEC) Chương 5: Mô phỏng Chương 6: Chương trình LAD khi có điều khiển bằng tay Chương 7: Giao diện WinCC (nâng cao) Kết luận Chương 1: Phân tích nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển I. Yêu cầu Yêu cầu trong bài này chúng ta sẽ thiết kế trạm dán túi được mô phỏng theo hình vẽ. Khi hệ thống đang hoạt động, nhấn nút khởi động không ảnh hưởng tới hệ thống. Khi nhấn nút dừng (không tích cực), hệ thống ngừng hoạt động nếu băng chuyền đang hoạt động. Người vận hành không thể dừng hệ thống khi hai thanh nhiệt đang kẹp hoặc di chuyển. Nếu hệ thống đang ngừng hoạt động, nhấn nút khởi động thì hệ thống sẽ tiếp tục làm việc ở trạng thái trước khi ngừng. Nút RESET khi tích cực sẽ khởi tạo hệ thống. Khi nút RESET tích cực, cuộn hút nội tích cực với giả thiết không có túi trong trạm. Nếu hệ thống đang hoạt động, nút bấm RESET không có tác dụng. Khi hệ thống đang dừng, nhấn nút RESET, hệ thống được trả về trạng thái ban đầu, nếu nhấn nút khởi động, hệ thống sẽ hoạt động như khi nhấn nút khởi động lần đầu tiên. Túi dán Túi Băng c Thanh nhiệt Xilanh Xilanh Hình P6.4Hệ thốống điềều khiển trạm dán túi; (a). Nhìn từ phía trước; (b). Nhìn từ bền khi II. Các bước,điều kiện chuyển tiếp của các bước và cơ cấu điều khiển Bước 1 2 3 4 Trong đó: Tên bước Chờ sản phẩm tới Ép 2 thanh nhiệt Ép trong 1 giây Tách 2 thanh nhiệt Điều kiện chuyển tiếp PE1 LS1 T#1s LS2 Cơ cấu điều khiển MOTOR BAR_IN Timer 1s BAR_OUT PE1: Cảm biến quang, không tích cực khi có túi trong trạm LS1: Khóa giới hạn 1, tích cực khi hai thanh nhiệt kẹp tối đa LS2: Khóa giới hạn 2, tích cực khi hai thanh nhiệt nhả tối đa MOTOR: Điều khiển động cơ băng chuyền, tích cực khi chạy băng chuyền. BAR_IN: Cơ cấu điều khiển kẹp hai thanh nhiệt, tích cực khi cần kẹp. BAR_OUT: Cơ cấu điều khiển nhả hai thanh nhiệt, tích cực khi cần nhả. III. Đầu vào,ra: Đầu vào: START_PB, STOP_PB, RESET_PB, PE1, LS1, LS2 Đầu ra: MOTOR, BAR_IN, BAR_OUT Chương 2: Biểu đồ chức năng điều khiển CHƯƠNG 3 : Phân tích lựa chọn PLC I . GIỚI THIỆU S7-300 - PLC S7-300 là thiết bị điều khiển logic khả trình cỡ trung bình. - Thiết kế dựa trên tính chất của PLC S7-200 và bổ sung các tính năng mới - Kết cấu theo kiểu các module sắp xếp trên các thanh rack. Ứng dụng trong sản xuất và dân dụng như: - Điều khiển robot công nghiệp - Hệ thống xử lý nước sạch - Điều khiển trong các cẩu trục - Điều khiển dây chuyền băng tải. - Máy chế tạo công cụ - Máy dệt may v.v... II .CPU S7-300 - Chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)… và có thể có vài cổng vào/ra số onboard. - PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong CPU như CPU312, CPU314, CPU315, CPU316, CPU318… - Với các CPU có hai cổng truyền thông, cổng thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán có kèm theo những phần mềm tiện dụng được cài đặt sẵn trong hệ điều hành. Các loại CPU này được phân biệt với các CPU khác bằng tên gọi thêm cụm từ DP Một số đặc tính kỹ thuật của một số CPU S7-300 III . CÁC MODULE MỞ RỘNG Các module mở rộng của PLC S7-300 chia làm 5 loại: - Power Supply (PS): module nguồn nuôi, có 3 loại là 2A, 5A và 10A. - Signal Module (SM): module tín hiệu vào ra số, tương tự. - Interface Module (IM): module ghép nối, ghép nối các thành phần mở rộng lại với nhau. Một CPU có thể làm việc trực tiếp nhiều nhất 4 rack, mỗi rack tối đa 8 Module mở rộng và các rack được nối với nhau bằng Module IM. - Function Module (FM): module chức năng điều khiển riêng. Ví dụ module điều khiển động cơ bước, module điều khiển PID - Communication Processor (CP): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các bộ PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính. IV . Kết nối PlC S7-300 có thể kết nối với nhiều chuẩn mạng khác nhau như PROFIBUS, CAN, DeviceNet, ASi. V . Profibus Là một tiêu chuẩn mạng trường mở quốc tế theo chuẩn mạng trường châu Âu EN 50170 và EN 50254. Trong sản xuất, các ứng dụng tự động hóa quá trình công nghiệp và tự động hóa tòa nhà, các mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) có thể hoạt động như hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự động hóa và các thiết bị hiện trường phân tán. Chuẩn này cũng cho phép các thiết bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau giao tiếp với nhau mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt. PROFIBUS sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi và RS485 chuẩn công nghiệp trong các ứng dụng sản xuất hoặc IEC 1158-2 trong điều khiển quá trình. Profibus cũng có thể sử dụng Ethernet/TCP-IP. VI . CAN Viết tắt của Controller Area Network và được tạm dịch là Mạng Điều Khiển Vùng. Mạng CAN ra đời gần như đáp ứng nhiều vấn đề cho các hệ thống điện trong xe, với truyền tải dữ kiện trên 2 dây dẫn, tốc độ truyền tải cao, độ sai số rất thấp, độ tin cậy cao. Các hệ thống điện đã được nối với nhau bởi mạng CAN 2 dây này. VII . DeviceNet Là một hệ thống bus được hãng Allen-Bradley phát triển dựa trên cơ sở của CAN, dùng để nối mạng cho các thiết bị đơn giản ở cấp chấp hành. Sau này, chuẩn DeviceNet được chuyển sang dạng mở dưới sự quản lý của hiệp hội ODVA (Open DeviceNet Vendor Asscociation) và được dữ thảo chuẩn hóa IEC 62026-3. VIII . Hệ thống AS-I (Actuator Sensor Interface) Là hệ thống kết nối cho cấp thấp nhất trong hệ thống tự động hóa. Các cơ cấu chấp hành và cảm biến được nối với trạm hệ thống tự động qua bus giao tiếp AS (AS-I bus). AS-I là kết quả phát triển hợp tác của 11 hãng sản xuất thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành có tên tuổi trong công nghiệp, trong đó có SIEMENS AG, Festo KG, Peppert & Fuchs GmbH. IX . Ngôn ngữ lập trình - PLC S7-300 được lập trình qua các ngôn ngữ như: Step 7 (LAD/FBD/STL), SCL, GRAPH, HiGrap - Dạng LAD: Phương pháp hình thang, thích hợp với những người quen thiết kế mạch điện tử logic. - Dạng STL: Phương pháp liệt kê. Là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Mỗi một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh, mỗi câu lệnh có cấu trúc chung gồm “tên lệnh + toán hạng”. - Dạng FBD: Phương pháp hình khối. Là kiểu ngôn ngữ đồ họa dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số. - Dạng SCL: Có cấu trúc gần giống với ngôn ngữ dạng STL nhưng được phát triển nhiều hơn. Nó gần giống với các ngôn ngữ bậc cao như Pascal để người lập trình dễ thao tác. CHƯƠNG 4: Sơ đồ lập trình LAD(THEO CHUẨN IEC) I. II. Khai báo đầu vào, đầu ra,biến nội theo mô tả sau. Sơ đồ lập trình LAD(THEO CHUẨN IEC) Trong bài này thiết kế theo siemen s7 300, mô phỏng theo phần mềm PLCsim CHƯƠNG 5: Mô phỏng I. Bảng điều khiển và mô phỏng hoạt động các bước khi dùng phần mềm S7-PLCSim. II. Mô phỏng hoạt động. - Khi bấm nút start (I0.0). khởi tạo các biến trạng thái. Cuộn hút RUN (M0.0) được cấp điện. Theo thiết kế khi bỏ nút bấm start thì cuộn hút run luôn được cấp điện, vẫn duy trì trạng thái hoạt động để chuẩn bị cho các bước sau. - Kiểm tra an toàn. Nếu tất cả các bước không làm việc, set bước 1 và thoát ra khỏi bước khởi tạo. động cơ motor (Q0.0) bắt đầu quay đưa sản phẩm vào vị trí dán. - Khi sản phẩm đến vị trí dán cảm biến quang PE1 (I1.0) tích cực. hệ thống được set sang bước 2, reset bước 1. - Khi sang bước 2 cơ cấu điều khiển ép 2 thanh nhiệt Bar_In (Q0.1) hoạt động đến khi khóa giới hạn LS1(I1.1) tích cực hệ thống set sang bước 3 và reset bước 2. - Khi sang bước 3.theo thiết kế và đặt thời gian ở bộ định thời thì sau khi sang bước 3 (M0.3) tích cực được 1s thì hệ thống set sang bước 4 và reset bước 3. Khi khóa giới hạn LS2 tích cực sẽ reset bộ định thời. - Khi sang bước 4 cơ cấu điều khiển tách 2 thanh nhiệt Bar_out (Q0.2) điều khiển tách 2 thanh nhiệt ra cho đến khi khóa giới hạn LS2 (I0.2) tích cực hệ thống set về bước 1 và reset bước 4.hệ thống cứ thế hoạt động lặp đi lặp lại. - Khi hệ thống có sự cố xảy ra.chúng ta có thể dừng khẩn cấp hệ thống và reset các bước.theo yêu cầu của bài toàn thì không thể tạm dừng khi 2 thanh nhiệt đang ép và khi đang di chuyển. CHƯƠNG 6: Chương trình LAD khi có điều khiển bằng tay I. Khai báo đầu vào, đầu ra,biến nội theo mô tả sau. II. Bảng điều khiển và mô phỏng hoạt động các bước khi dung phần mềm S7-PLCSim. III. Sơ đồ lập trình LAD(THEO CHUẨN IEC) Trong bài này thiết kế theo siemen s7 300, mô phỏng theo phần mềm PLCsim