Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tải bản đầy đủ - 0trang

thống điều khiển tự động với các thiết bị điện tử cơng suất có ý nghĩa khoa học lớn

trong việc xây dựng một hệ thống tự động hoàn chỉnh cả về chức năng lẫn hiệu quả

kinh tế. Đề tài “Ứng dụng PLC đo, điều khiển và cảnh báo tốc độ động cơ với dải

đo: [0 ÷ 1500]v/p.” đi theo hướng phát triển mới cho các hệ thống đo, điều khiển và

cảnh báo tốc độ động cơ, thay thế cho các phương pháp đã coi là nỗi thời.



I.2



Phương pháp đo

Có 3 phương pháp dùng để đo tốc độ, tùy vào mục đích sử dụng để có thể đo



được tốc độ vòng quay động cơ chính xác nhất.

I.2.1 Phương pháp đo tiếp xúc

Đây là phương pháp cũ nhất trong các phương pháp đo tốc độ. Tốc độ vòng

quay của vật cần đo sẽ được cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu điện, tín hiệu này sẽ

được thiết bị phân tích và hiển thị. Phương pháp đo này vẫn được sử dụng thường

xuyên nhưng chủ yếu dùng cho những vật có vận tốc quay thấp. Sự bất lợi của phương

pháp đo này là tốc độ quay của tải phụ thuộc rất nhiều vào lực tiếp xúc. Ngồi ra,

phương pháp đo này khơng thể đo cho những vật có kích thước nhỏ. Nếu như tốc độ

vòng quay quá lớn cảm biến sẽ bị trượt ra ngồi.

I.2.2 Phương pháp đo khơng tiếp xúc (đo bằng phản quang)

Tốc độ vòng quay sẽ được đo bằng cách đo thời gian của chùm tia phản xạ tại

vật cần đo. Thiết bị sẽ phát ra 1 chùm tia hồng ngoại, chùm tia ánh sáng này sẽ bị phản

xạ lại tại vật cần đo bởi tấm phản quang được dán trên vật cần đo. Chú ý rằng khoảng

cách lớn nhất giữa tấm phản quang và thiết bị đo không vượt quá 350nm. Phương

pháp đo này sẽ cao cấp hơn phương pháp đo tiếp xúc. Tuy nhiên, không phải lúc nào ta

cũng có thể dán được tấm phản quang lên trên vật cần đo.

Phương pháp đo tốc độ động cơ thông dụng nhất hiện nay dùng cảm biến quang

hay còn gọi là encoder. Tín hiệu từ encoder tạo ra các dạng xung vng có tần số thay

đổi phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Do đó các xung vng này được đưa vào bộ vi xử

lý để đếm số xung trong khoảng thời gian cho phép từ đó ta có thể tính được giá trị

vận tốc của động cơ.



4



I.2.3 Phương pháp đo tốc độ sử dụng tần số thấp

Dựa vào nguyên lý của tần số chớp, các vật thể đứng yên trong mắt người quan

sát khi tần số chớp tốc độ cao đồng bộ với sự di chuyển của vật. Phương pháp đo này

có những đặc tính nổi bật hơn các phương pháp khác là: phương pháp đo có thể đo

được cho những vật rất nhỏ hoặc đo được ở những nơi ta không chạm đến được.

Không cần thiết phải dán tấm phản quang lên đồ vật đó. Ví dụ như ta khơng cần thiết

phải dừng lại quy trình sản xuất. Ngồi ra, phương pháp đo này khơng chỉ đo được tốc

độ mà nó còn có thể đo rung và theo dõi chuyển động ví dụ như: các màng rung, màng

loa...

Từ những ưu điểm, nhược điểm của các phương pháp đo nhóm chúng em thống

nhất dùng phương pháp đo khơng tiếp xúc (đo bằng phản quang) để tực hiện đề tài

này. Cụm là sử dụng encoder.



I.3



Tìm hiểu về encoder



I.3.1 Khái niệm

Encoder là 1 loại cảm biến vị trí, đưa ra thơng tin về góc quay dưới dạng số mà khơng

cần đến bộ ADC. Encoder sử dụng để quản lý vị trí góc của 1 đĩa quay, đĩa quay có thể

là bánh xe, trục động cơ, hoặc là bất kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc.

I.3.2 Cấu tạo

Đĩa quay được khoét lỗ gắn vào trục quay.

Một đèn Led làm nguồn phát sáng và 1 mắt thu quang điện được bố trí thẳng hàng.

Mạch khuếch đại tín hiệu.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý cơ bản của Encoder đó là 1 đĩa tròn xoay quanh trục.



5

HÌNH 1.1 Ngun lí hoạt động của encoder



Trên đĩa có các lỗ, người ta dùng 1 đèn Led để chiếu lên mặt đĩa. Khi quay đĩa, người

ta đặt một mắt thu. Cứ mỗi lần mắt thu nhận được tín hiệu từ led, thì Encoder này trả

về 1 xung.



I.4



Tìm hiểu về PLC



I.4.1 Khái quát chung về PLC

PLC (programmable logic controller) là một loại máy tính điều khiển chuyên

dụng, cho phét thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiên logic thơng qua một ngơn

ngữ lập trình.

Cũng giống như các PLC cùng họ khác, PLC s7-1200 gồm 4 bộ phận cơ bản :

bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất – nhập.



HÌNH 1.2 Cấu tạo chung cơ bản của PLC

- Bộ xử lý còn được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU) chứa bộ vi xử lý, biên

dịch các tín hiệu nhập, và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được

lưu trong bộ nhớ PLC, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu đến các thiết bị xuất.

- Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC 24V cần

thiết cho bộ xử lý và các mạch điện trong các modune giao tiếp nhập và xuất hoạt

động

- Bộ nhớ là nơi lưu giữ chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều

khiển dưới sự kiểm soát của bộ vi xử lý.

- Các thành phần nhập và xuất (input-output) là nơi bộ nhớ nhận thông tin

từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị điều khiển. Tín hiệu nhập có



6



thể từ các cơng tắc, các bộ cảm biến…Các thiết bị xuất có thể là các cuộn dây của bộ

khởi động động cơ, các van solenoid.

I.4.2 Giới thiệu về PLC S7-1200 CPU 1214 AC/DC/Rly



HÌNH 1.3 Cấu tạo ngoài của PLC S7-1200

Đặc điểm nổi bật của CPU 1214C

Chức năng



CPU 1214c



Chức năng



CPU 1214c



Kích thước vật lý

(mm)



110x100x75



Các ngõ ra xung



2



Bộ nhớ người dùng













I/O tích hợp cục bộ







• 50kB

• 2MB

• 2kB



Bộ nhớ làm việc

Bộ nhớ nạp

Bộ nhớ giữ lại



Kiểu số

• Kiểu tương tự

Bộ nhớ bit (M)

Độ mở rộng các

module tín hiệu

Các module truyền

thơng



Các bộ đếm tốc độ cao



• Đơn pha

• Vng pha



• 14 ngõ vào /





10 ngõ ra

2 ngõ ra

8192 byte

8

3 (mở rộng

về bên trái)



Thẻ nhớ

PROFINET



6



• 3 cổng 100kHz

3 cổng 30kHz

• 3 cổng 80kHz

3 cổng 20kHz

Thẻ nhớ

SIMATIC

1 cổng Ethernet



Tốc độ thực thi

tính tốn thực



18µs/lệnh



Tốc độ thực thi

Boolean



0.1µs/lệnh



7



8



Đấu dây

Chúng ta cấp nguồn 220VAC cho PLC và các thông số điện áp được thể hiện

trong hình



HÌNH 1.4 Sơ đồ đấu dây S7-1200 AC/DC/Rly

Có hai kiểu đấu :



• Kiểu “sinking inputs” đấu “ - ” vào chân chung 1M

• Kiểu “sourcing inputs” đấu “ + ”vào chân chung 1M

Các ngõ ra Rơle có thể là 24VDC hay 220VAC. Tùy theo yêu cầu thực tế

mà ta có thể nối nguồn khác nhau để phù hợp với ứng dụng của nó.

Nguyên lý hoạt động:

PLC S7-1200 hoạt động theo nguyên tắc vòng lặp được gọi là chu kì qt



HÌNH 1.5 Mơ tả chu kì quét của PLC



Khi thực hiện quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào

như cảm biến, cơng tắc…Trạng thái của tín hiệu sẽ vào được lưu tạm vào một

9



mảng nhớ. Trong suốt thời gian quét chương trình, bộ xử lý sẽ quét lần lượt các

lệnh của chương trình điều khiển, sử dụng các trạng thái của tín hiệu vào trong

mảng nhớ để xác định các đầu ra đáp ứng hay không. Kết quả cuối cùng là các

trạng thái của đầu ra đều được ghi vào mảng nhớ, PLC sẽ cấp hoặc ngắt điện

cho các mạch ra để điều khiển các thiết bị ngoại vi.

I.4.3



Ngôn ngữ lập trình.

Ngơn ngữ lập trình LAD (ladder logic)

Chương trình LAD bao gồm cột dọc biểu diễn nguồn điện logic cùng với các



HÌNH 1.6 Cấu trúc ngơn ngữ LAD

kí hiệu cơng tắc logic tạo thành một nhánh mạch điện logic nằm ngang. Ở hình trên,

logic điều khiển được được biểu diễn bằng 2 tiếp điểm thường mở, 1 tiếp điểm thường

đóng và một đầu ra relay logic.

Các kí hiệu tiếp điểm trên được dùng để xây dựng lên bất kì mạch logic nào:

sự kết hợp nhiều mạch logic có thể biểu diễn mạch điều khiển cho một ứng dụng có

logic điều khiển phức tạp.

Các quy ước của ngơn ngữ lập trình LAD:



 Các đường dọc trên sơ đồ biểu diễn đường công suất, các mạch được kết nối

với đường dây này

 Mỗi lấc thang (thanh ngang) xác định một hoạt động trong quá trình điều khiển.

 Sơ đồ thang được đọc từ trái sáng phải và từ trên xuống. Khi ở chế đọ hoạt

động, PLC sẽ đi từ đầu đến cuối chương trình sau đó lặp đi lặp lại nhiều lần.



 Mỗi nấc thang bắt đầu với một hoặc nhiều ngõ vào và kết thúc với ít nhất một

ngõ ra.

 Thiết bị bất kì có thể xuất hiện trên nhiều nấc thang. Có thể có một rơle đóng

một hoặc nhiều thiết bị.

 Các ngõ vào và ra được nhận biết theo địa chỉ của chúng. Kí hiệu tùy theo nhà

sản xuất quy định.



10



I.5



Giới thiệu về phần mềm lập trình TIA Portal

Phần mềm SIMATIC TIA Portal cung cấp một môi trường thân thiện với người



dùng, từ hiệu chỉnh, thư viện, và bộ điều chỉnh logic cần thiết đến ứng dụng điều

khiển.

SIMATIC TIA Portal cung cấp công cụ cho quản lý và cấu hình tất cả các thiết

bị trong project. SIMATIC TIA Portal cung cấp hai ngơn ngữ lập trình (LAD và FBD),

thích hợp và hiệu quả trong cải tiến lập trình điều khiển trong ứng dụng. Ngồi ra

SIMATIC TIA Portal còn cung cấp bộ cơng cụ tạo và cấu hình thiết bị HMI.

Trình tự các bước thiết kế chương trình điều khiển.



Giao diện phần mềm SIMATIC TIA Portal.

Phần mềm chạy hệ điều hành Windows, phần mềm làm nhiệm vụ trung gian

giữa người lập trình và PLC.



11



HÌNH 1.7 Giao diện chính khi mở phần mền

Tạo Project mới và mô phỏng trên PLC Sim đối với TIA PORTAL

Bước 1: Chọn Create

New Project, nhập tên Project,

đường dẫn mong muốn và nhấn

Create



Bước 2: Chọn

Device and Network 

Add new Device để

thêm thiết bị. Chọn CPU

mong muốn rồi chọn

Add



12



Bước 3: Chạy phần mềm PLC Sim rồi tạo Project mới với S7-1200 (hoặc chọn

nút Simulation trong TIA PORTAL)



Bước 4: Tiến hành download cấu hình và chương trình qua cửa sổ Extended

download to device



13



CHƯƠNG II:



II.1



THIẾT KẾ HỆ THỐNG



Tính chọn thiết bị



II.1.1 Lựa chọn động cơ

Chọn động cơ điện 3 pha 0.18kW, tốc độ 3000

vòng/phút, điện áp 220/380 V, dòng điện 0.7/1.2 A

khi đấu Y/ Δ, tần số 50Hz.

II.1.2 Lựa chọn biến tần

• Tên: Biến tần LS SV008iC5

HÌNH 2.7 Động cơ KĐB 3 pha



• Điện áp: 200 ~ 230 VAC

• Tần số: 0 ~ 400 Hz



• Tín hiệu đầu vào: FX (chạy thuận), RX (chạy



nghịch),



RST(reset lỗi), JOG, 5 đầu vào chức năng.

• Ngõ vào analog: 0 ~ 10V, 4 ~ 20mA

• Điều khiển hồi tiếp PID: có



HÌNH 2.8 Biến tần IC5



• Các cấp tốc độ: 8 cấp tốc độ

• Chức năng bảo vệ : Ngắt khi quá

II.1.3 Lựa chọn encorder

Encoder 1000 Xung Omron E6B2-CWZ6C





Model: Omron E6B2-CWZ6C 1000 p/r







Điện áp sử dụng: 5~24VDC.







Dòng tiêu thụ: max 80mA







Số xung: 1000 xung / 1 vòng (1000 p/r)







Số kênh xung: 3 kênh xung riêng biệt A, B,



HÌNH 2.9 Encoder E6B2-CWZ6C



Z.

14



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×