Bài tập lập trình điều khiển thiết bị điện điện tử và PLC

ĐẠI HỌC GTVT
BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN



Thiết kế môn học : Lập trình điều khiển thiết bị điện-điện tử
và PLC

Đề số 5
Tên đề tài : Thiết kế hệ thống điều khiển cho khâu hệ thống băng tải nạp liệu.Cho
công suất động cơ tait các đăng tait 5Kw


Sinh viên thực hiên
1: Đỗ Trọng Thắng
2: Nguyễn Hữu Tòng
3: Nghiêm Minh Tuân
4: Trịnh Thanh Niêm

Ngày ra đề :
Ngày nộp quyển báo cáo
Ngày bảo vệ: Sau khi nộp báo cáo 1 tuần
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Tuấn Phường

THIẾT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO KHÂU HỆ
THỐNG BĂNG TẢI NẠP LIỆU

LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc công nghiệp hóa_hiện đại hóa
đất nước, con người không thể thiếu máy móc bởi
vì nó là phương tiện từ trước đến nay đã giúp đỡ
con người giải quyết nhiều vấn đề mà con người
không có khả năng làm được.
Cùng với sự phát triển của công nghiệp hệ thống
băng tải đã được tạo ra. Đây là thiết bị vận chuyển
liên tục. Để vận chuyển các hàng hóa các chi tiết ở
dạng thành phẩm và bán thành phẩm, chở hành
khách ở một cung đường nhất định không có trạm
dừng giữa đường với những cự li không lớn lắm.
Vận chuyển bằng băng tải có rất nhiều ưu điểm: giá
thành công trình không cao, năng lượng tiêu tốn ít,
điều khiển dể dàng, số người vận hành ít…chính vì
thế trong các day chuyền sản xuất thiết bị này được

sử dụng khá rộng rải. Và để hiểu thên cách hoạt
động, trang bị điện cho hệ thống nay…
CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ VẬN CHUYỂN
LIÊN TỤC
-Các thiết bị vận chuyển liên tục được dùng trong các hầm mỏ,bến cảng,trong các nhà
máy,xí nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng,bến bãi để vận chuyển các hàng rời,thể hạt,cục
kích thước nhỏ,chuyên chở các chi tiết ở dạng thành phẩm và bán thành phẩm;chở hành
khách theo một cung đường nhất đường không có trạm dừng giữa đường với những cự ly
không lớn lắm,hoặc trong giới hạn của một vài công trường sản xuất có liên quan với nhau
ở cự ly khoảng 10km.
-Thiết bị vận chuyển liên tục có nhiều kiểu,ta có thể ví dụ 1 số loại sau:
�Máy vận chuyển liên tục có bộ phận kéo gồm những máy trong đó việc vận chuyển
hàng hóa (vật liệu) thực hiện nhờ di chuyển của bộ phận kéo như:
�Băng tải dùng để vận chuyển vật liệu dạng hạt và cục kích thước nhỏ,lớn khác nhau theo
phương thẳng đứng,phương ngang,phương nghiên(góc nghiên không quá 30 độ) với cơ
cấu đa dạng như băng tải cao su,thép tấm…
Hình băng tải cao su thép tấm.
�Máy vận chuyển tục không có bộ phận kéo bao gồm những máy trong đó việc vận chuyển
hàng
hóa(vật liệu) được thực hiện nhờ chuyển động quay hay dao động của bộ phận công tác như:
�Vít tải dùng vận chuyển vật liệu rời,dạng kiện bên cạnh các loại máy vận chuyển khác
�Máng lắc và băng tải rung dùng để vận chuyển tất cả vật liệu rời không dính
�Băng tải lăn dùng để vận chuyển thùng hàng đã đóng gói hoặc dùng nó để phân loại sản
phẩm
�Máy vận chuyển bằng thủy khí dùng sức nước và khí nén để vận hành chuyển vật
liệu.Trong các
máy nước(không khí) là bộ phận mang,là môi trường để vận chuyển vật liệu.Vận liệu được
dòng c
động trong ống dẫn từ nơi có áp suất cao sang nơi có áp suất thấp
.Chọn thiết bị vận chuyển liên tục

-Các thiết bị vận chuyển liên tục cần đảm bảo vận chuyển đến các nơi cần thiết theo thời gian
và s
lượng xác định,với mức độ cơ giới tối đa tất cả các nguyên công vận chuyển từ tải đến dở
tải.Cần
bố trí các thiết bị vận chuyển phù hợp với dây chuyền sản xuất chính,sao cho chúng không
choáng
cản trở các nguyên công công nghệ cũng như an toàn khi sử dụng.Chúng cũng phải kinh tế về
đầu
cũng như trong chi phí sử dụng.
-Khi chọn phương án tối ưu về thiết bị vận chuyển cần phải tính các yếu tố sau:
1.Đặc điểm của vật liệu vận chuyển:Các thiết bị vận chuyển khác nhau thường phải phù hợp
đẻ vận
chuyển vật có tính chất nhất định
2.Năng suất yêu cầu của thiết bị:Khi luồng hàng không lớn thì việc sử dụng thiết bị năng suất
cao là
không hợp lý vì các máy này sẽ non tải.Ngược lại cũng không có lợi khi sử dụng một số thiết
bị năn
thấp khi luồng hàng cao.
3.Phương của tuyến vận chuyển vật:Các phương vận chuyển khác nhau theo phương
ngang,phươ
đứng,phương nghiêng và các tuyến phối hợp đòi hỏi sử dụng các thiết bị vận chuyển tương
ứng
4.Chiều dài của tuyến vận chuyển vật:Không phải tất cả các thiết bị cho phép vận chuyển vật
đi nhữ
ly lớn.
5.Phương pháp bảo quản vật nơi chất tải và dở tải:Cần phải tránh việc sử dụng các thiết bị
chuyên
phức tạp hoặc sử dụng lao động thủ công trong chất tải và dở tải.
6.Đặc tính của các quá trình công nghệ gia công hoặc lắp đặt trong trường hợp thực hiện
chúng trê

đường dây chuyền trong quá trình di chuyển các vật.
7.Điều kiện bố trí tương quan các thiết bị vận chuyển,các tổng thành làm việc hoặc các máy
cái:Sự
lợi lắp đặt và bảo trì,nhiệt độ,độ ẩm,mức độ bụi của môi trường xung quanh.
8.Các yếu tố phát sinh từ điều kiện địa hình(kết cấu và kích thước của tòa nhà,địa hình địa
phương
điều kiện khí hậu đối với thiết bị ngoài trời).
.NHỮNG YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÁC THIẾT BỊ VẬN TẢI LIÊN
TỤC
Chế độ làm việc của các thiết bị vận tải liên tục là chế độ dài hạn với phụ tải hầu như không
đổi. Theo yêu cầu công nghệ hầu hết các thiết bị vân tải liên tục không yêu cầu điều chỉnh
tốc độ. Trong các phân xưởng sản xuất theo dây chuyền có nơi yêu cầu dải điều chỉnh tốc
độ. D = 2 : 1 để tang nhịp độ làm việc của toàn bộ dây chuyền khi cần thiết.
Hệ truyền động các thiết bị liên tục cần đảm bảo khởi động đầy tải. Mô men khởi động của
động cơ M kd = (1.6÷1.8) Mđm . Bởi vậy nên chọn động cơ truyền động thiết bị vận tải liên
tục là động cơ có hệ số trượt lớn, rãnh stator sâu để có mô men mở máy lớn.
Nguồn cung cấp cho động cơ truyền động các thiết bị vận tải liên tuc cần có dung lượng
đủ lớn, đặc biệt là với công suất động cơ >= 30kw, để khi mở máy không ảnh hưởng đến
lưới điện và quá trình khởi động được thực hiện nhẹ nhàng và dễ dàng hơn.
.KẾT CẤU CHUNG CỦA BĂNG TẢI HOÀN CHỈNH VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT
Kết cấu của băng tải gồm: giá đỡ 10 với các con lăn đỡ trên 12 và hệ thống con lăn đỡ
phía dưới 11, băng tải chở vật liệu 7( có thể là băng vải, băng cao su, băng thép…) di
chuyển trên các hệ thống lăn đó bằng 2 tang truyền động: tang chủ động 8 và tang thụ
động 5. tang chủ động 8 được lắp trên giá đỡ cố định và kết nối cơ khí với động cơ truyền
động qua 1 cơ cấu truyền lực dung dây cua-roa hoặc 1 số tốc độ. Cơ cấu tạo sức căng
ban đầu cho băng tải gồm đối trong 1, hệ thống định vị và dẫn hướng 2,3 và 4. vật liệu cần
chuyển từ phiểu 6 đổ xuống băng tải và đổ vào phiễu nhận hàng 9
Băng tải được chế tạo từ bố tải có độ bền cao, ngoài bọc cao su với khổ rộng(900-
1200)mm. khi vận chuyển vật liệu có nhiệt độ cao ( tới 3000C) thường dung băng tải bằng
thép cp1 độ dày (0.8-1.3)mm.

Cơ cấu truyển lực trong hệ truyền động băng tải thường dung 3 loại:
- đối với băng tải cố định thường dùng hộp tốc độ kết hợp với xích tải với kết cấu của
hệ truyền động gọn hơn.
- đối với một số băng tải di động cũng có thể dung cơ cấu truyền lực dung puli-đai
truyền nối động cơ truyền động với tang chủ động.
băng tải cố định.
Năng suất của băng tải được tính theo công thức sau:
Q =δ × v [kg/s]
δ
δ
3.6
1000
3600 =
Q × v [tấn/h]
Trong đó: δ _khối lượng tải theo chiều dài[kg/m]
v_tốc độ di chuyển của băng tải[m/s]
khối lượng tải theo chiều dài của băng tải được tính theo công thức:
δ = S ×γ ×103 [kg/m]
Trong đó: γ _khối lượng riêng của vật liệu [tấn/m3]
S_tiết diện cắt ngang ủa vật liệu trên băng[m2]
Chương II: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN
I.1 Mô tả và phân tích công nghệ
a. Giới thiệu về bài toán thực tế
Hệ thống nạp liệu bao gồm 3 băng tải : Các băng tải 1 và 2 cung cấp vật liệu cho silô, các
van Y1 và Y2 có thể đóng hoặc mở để đưa vật liệu tới các băng tải 1 và 2. Van Y3 cho
phép đưa vật liệu ra băng tải 3, băng tải 3 đưa vật liệu đã trộn ra khỏi hệ thống
Mỗi băng tải được truyền động bằng một động cơ công suất 5KW.Các động cơ
này có thể thay đổi được tốc độ. Tốc độ các độngc cơ sẽ đước đặt trước khi hệ thống khởi
động. Các động cơ chỉ cần quay theo một chiều do các băng tải chỉ chuyển động theo một
chiều.

Các cảm biến B1 và B2 cho phép nhận biết các mục tiêu trong silô để nhận biết
xem mức liệu trong silô đã vựợt quá mức độ tối thiểu (L-) chưa hay đã đạt mức tối đa
(L+) chưa. Để từ đó có sự điều khiển tới các van và các băng tải.
Hệ thống có thể được điều khiển bằng tay hay điều khiên một cách tự động. Có
thể chọn chế độ điều khiển bằng nút bấm trên bảng điều khiển.Mục đích của bài toán là
xậy dựng cấu trúc điều khiển cho hệ thống nạp liệu trong chế độ điều khiển bằng tay và
trong chế độ điều khiển tự động.
b. Công nghệ của hệ thống trên yêu cầu như sau:
• Gạt công tắc chính s11 khởi động hệ thống. Bấm nút s1 để chọn chế độ điều khiền
bằng tay và đèn H1 sáng để chỉ thị cho chế độ này
Bấm các nút s3 và s4 hoặc đồng thời cả hai nút s3 và s4 để khởi động băng tải 1
hoặc băng tải 2 hoặc đồng thời cả 2 băng tải 1 và 2. Trạng thái của băng tải 1 được chỉ thị
bằng đèn H3 và trạng thái hoạt động của băng tải 2 được chỉ thị bằng đèn H4. Sau khi
khởi động khoảng 3s thì các van tương ứng Y1 và Y2 hoặc cả Y1 và Y2 được mở.
Khi mức liệu trong silô đạt đến mức tối đa L+ cảm biến tương ứng B1 tác động
làm cho các van đang mở Y1, Y2 đóng lại ngay lập tức. Sau đó các băng tải chưa dừng
ngay mà còn tiếp tục chạy thêm 5s nữa mới dừng lại để cho quá trình khởi động sau đó
dễ dàng.
Nếu mức liệu trong silô vượt quá mức tối thiểu L-, cảm biến B2 tác động. Có thể
bật băng tải 3 hoặc không. Nếu muốn bật băng tải 3 ta ấn nút s2. Khi ấn nút s2- ấn s2-
băng tải 3 sẽ chạy và trạng thái chạy của băng tải 3 được chỉ thị bằng đèn báo H2 sáng.
Sau thời gian khởi động băng tải 3 khoảng 2s van Y3 mở ra. Lúc này băng tải 3 đã chạy
và van xả Y3 đã mở.muốn dừng ta ấn Ấn s2 nữa thì van Y3 đóng lại ngay lập tức. Sau
khi van Y3 đóng lại khoảng 3s thì băng tải 3 dừng lại.
Khi xảy ra trường hợp khẩn cấp thì ấn nút s0. Khi ấn nút s0 tất cả các băng tải
phải tắt ngay và các van cũng phải đóng lại ngay để các mức vẫn được giữ nguyên. Sau
đó hệ thống có thể được khởi động, tùy thuộc vào trạng thái đang nạp (đổ đầy). Tốc độ
cấp liệu của các băng tải được đặt trước bởi các chiết áp trên bảng điều khiển AISM

• Hệ thống được điều khiển bằng tay hoặc được điều khiển tự động. Sau khi bật công
tắc chính S11 có thể lựa chọn chế độ điều khiển tự động bằng nút bấm S5 hoặc chọn
chế độ bằng tay với nút bấm S1. Khi vận hành hệ thống có thể chuyển từ chế độ điều
khiển tự động sang chế độ bằng tay và ngược lại mà không cần tắt hệ thống. Trong
chế độ tự động, các băng tải 1 và 2 khởi động đồng thời. Sau khi khởi động khoảng
3giây, các van Y1 và Y2 mở và băng tải 3 được khởi động. Sau khoảng 3s van Y3
cũng mở.
Trong silô đầy tới mức giới hạn trên L+. CÁc van Y1 và Y2 phải được đóng
ngay và ngắt khỏi nguồn, và các băng tải 1 và 2 được ngắt tự động sau khoảng 3s. Khi
mức đạt giới hạn dưới, các băng 1 và 2 cũng như các van Y1 và Y2 phải được nối lại tự
động theo thứ tự quy định.
Khi mức giảm xuống dưới giá trị cực tiểu L-, van Y3 được đóng ngay và băng
tải 3 được dừng sau khoảng 3s. Sự điều chỉnh tốc độ cấp liệu, chức năng của các đèn hiển
thị vẫn tương tự như chức năng 1 và 2.
• Từ việc mô tả yêu cầu công nghệ ở trên ta thấy rằng việc thực hiện có thể được thực
hiện theo nguyên tắc thời gian, bằng việc sử dụng các cảm biến thời gian, thực chất là
các rơ le thời gian đóng cắt mạch điều khiển một cách hợp lý, đáp ứng được yêu cầu
công nghệ.
Ngoài việc cơ bản dùng nguyên tắc thời gian để điều khiển ta có thể sử dụng
thêm các cảm biến vị trí để điểu khiển và từ đó hoàn thiện cấu trúc điều khiển
Chi tiết việc thiết kế cấu trúc mạch điều khiển và cấu trúc mạch động lực sẽ
được trình bày dưới đây.

I.2 Trình tự các bước xây dựng cấu trúc điều khiển.
Theo đề bài này dưới đây em xin trình bày việc tổng hợp mạch điều khiển hệ
thống bằng phương pháp đồ hình GRAFCET. Đây là phương pháp sử dụng một đồ hình
chức năng cho phép mô tả các trạng thái làm việc của hệ thống và biểu diễn quá trình
điều khiển với sự chuyển biến của các trạng thái, từ trạng thái này sang trạng thái khác .

Hệ thống có các trạng thái các băng tải khác nhau chạy, các van khác nhau đóng,
mở. Quá trình chuyển đổi trạng thái của hệ được biểu diễn qua Grafcet dưới đây
SƠ ĐỒ GRAFCET
Trạng thái ngừng làm việc
1.1 1.2
00
2.1 2.2
3
4
5
6
7
8
Băng tải 1 hoạt động Băng tải 2 hoạt động
Van Y1 được mở Van Y2 được mở
Khóa các van Y1,Y2
Ngừng hoạt động băng tải 1&2
Băng tải 3 hoạt động
Van Y3 được mở
Khóa van Y3
Băng tải 3 ngừng hoạt động
S1 tác động.chế độ LV bằng tay
Nút ấn S3 tác động Nút ấn S4 tác động
Bộ timer 3 giây Bộ timer 3 giây
Cảm biến B1 tác động
Bộ timer 5 giây
Cảm biến B2&nút ấn S2 tác động
Bộ timer 3 giây
Bộ timer 3 giây
Nút ấn S2 tác động

Nút ấn khẩn cấp S0 tác động
I.2.1 Xác định các tín hiệu điều khiển và các tín hiệu chấp hành
Từ phân tích trên, ta đã xác định nguyên tắc điều khiển chuyển động của các
băng tải và điều khiển việc đóng mở các van là nguyên tác thời gian. Các tín hiệu điều
khiển S1,S2,S3,S4,S0.S5 là tín hiệu của các nút ấn S1,S2,S3,S4,S0,S5. Các tín hiều CB1,
CB2 là các tín hiệu vào từ các cảm biến mức cho biến mức nhiên liệu trong silô 3 (trộn).
Tín hiệu chấp hành là tín hiệu điều khiển các van Y1, Y2 ,Y3 và các động cơ các băng
tải.

Quy ước các trạng thái của các tín hiệu điều khiển như sau :
- S1=1 : xác nhận chế độ điều khiển bằng tay đã được lựa chọn, nút s1
đang được giữ.
- S1=0 : khi thôi không giữ s1 nữa.
- S3=1 : nếu chế độ điều khiển bằng tay đang được lưa chọn thì xác nhận
nút s3 đang được giữ băng tải 1 được lựa chọn hoạt động, đồng thời khởi động
timer T1.
- S3=0 : nút ấn s3 được nhả
- S4=1 : nút ấn S4 được chọn băng tải 2 hoạt động trong chế độ điều
khiển bằng tay và cũng khởi động timer T1
- S4 =0 : nhả tác động
- T1 =0,T2=0 : timer T1,T2 bắt đầu được kích hoạt
- T1&T2 =1 : timer T1&T2 đã chạy xong (hết 3s ), ra lệnh mở các van
Y1, Y2
- CB1 =1 : báo hiệu mức liệu đã đạt tối đa mữa L+, ra lệnh đóng các van
Y1, Y2, khởi động timer T3
- CB1 =0 : báo hiệu mức liệu đạt dưới mức L+
- T3 =0 : timer T3 bắt đầu được kích hoạt
- T3 =1 :timer T3 đã chạy xong (báo hiệu Y1, Y2 đã đóng được 5s ) lệnh
tắt các băng tải 1,2
- S2 =1 : nút ấn S2 được ấn để chọn băng tải 3 hoạt động trong chế độ

điều khiển bằng tay và khởi động timer T4.
- S2 =0 : nút ấn S2 được nhả ra lệnh đóng van Y3 trong chế độ điều
khiển bằng tay đồng thời khởi động timer T4.
- T4 =0 : khởi tạo timer T3
- T4=1 : timer T4 đã chạy xong báo hiệu băng tải 3 đã chạy được 2s và ra
lệnh cho van Y3 mở
- T5 =0 : khởi tạo timer T5
- T5 =1 : van Y3 đã đóng được 3s và lệnh cho băng tải 3 dừng.
- CB2 =0 : báo hiệu mức liệu vẫn chưa đạt tới mức tối thiểu L-
- CB2 =1 : báo hiệu mức liệu đã vượt trên mức tối thiểu L-
- S0 =0 : không tác động nút ấn S0
- S0 =1 : nút ấn S0 đang được ấn và ra lệnh dừng tất cả các bẳng tải đồng
thời đóng tất cả các van
- S11 =0 : chưa cấp nguồn cho hệ thống nên hệ thống chưa sẵn sàng làm
việc
- S11 =1 đã cấp nguồn cho hệ thống và hệ thống đã sẵn sàng làm việc khi
ấn nút S1 hoặc S5 được ấn
Vậy các tín hiệu S0,S1,S2,S3,S4,S5 là các tín hiệu xung
Các tín hiệu chấp hành (tín hiệu ra) là các tín hiệu B1, B2, B3 ,Y1, Y2, Y3,
Trong đó :
- B1 là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm cho băng tải 1 chạy
- B2 là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm cho băng tải 2 chạy
- B3 là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm cho băng tải 3 chạy
- Y1 là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm cho van Y1 mở
- Y2 là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm cho van Y2 mở
- Y3 là tín hiệu chấp hành đóng tiếp điểm cho van Y3 mở
Các tín hiệu chấp hành sẽ xuất hiện và mất đi khi một tổ hợp nhất định các tín
hiệu điều khiển tác động nhằm điều khiển hệ thống các băng tải chạy đúng ý đồ
thiết kế.

I.2.2 Xác định các trạng thái có thể có của hệ thống
Từ phân tích công nghệ trên ta thấy các trạng thái có thể có của hệ thống trong
một chu kỳ điều khiển bẳng tay như sau
0 : trạng thái hệ thống đã được cấp điện và sẵn sàng làm việc khi nút ấn s1 hoặc
nút s5 được ấn để chọn chế độ làm việc.
1.1 : trạng thái hệ thống có băng tải 1 chạy còn các băng tải khác vẫn dừng và
các van vẫn đang đóng.
1.2 : trạng thái hệ thống có băng tải 2 chạy còn các băng tải khác vẫn dừng và các
van vẫn đang đóng.
2.1 : trạng thái hệ thống có băng tải 1 chạy và van Y1 mở còn các băng tải khác
vẫn dừng và các van còn lại vẫn đang đóng
2.2 : trạng thái hệ thống có băng tải 2 chạy và van Y2 mở còn các băng tải khác
vẫn dừng và các van còn lại vẫn đang đóng.
3: trạng thái khóa các van Y1&Y2
4: trạng thái ngừng hoạt động của các băng tải 1&2
5 : trạng thái hệ thống có thêm băng tải 3 chạy các van Y1, Y2 và các băng tải
1 và 2 vẫn giữ nguyên như trạng thái trước đó còn lại vẫn đang đóng
6 : trạng thái hệ thống có thêm van Y3 mở còn các băng tải và các van còn lại
vẫn như trạng thái trước đó.
7 : trạng thái hệ thống có van Y3 đóng lại còn các băng tải và các van còn lại
vẫn giữ nguyên như trạng thái trước đó.
8 : trạng thái hệ thống có thêm băng tải 3 dừng lại các băng tải còn lại và các
van còn lại vẫn giữ trạng thái như trạng thái trước đó.tức là hệ thống đã thực hiện xong 1
chu kỳ.