Giáo trình hướng dẫn cách ứng dụng cơ cấu pittong xoay chiều vào hệ thống tự động hóa phần 10 doc

Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
1
Mở đầu
1. Đặt vấn đề.
Đất nớc ta đang vào thời kì công nghiệp hoá hiện đại, hoá đất nớc. Đảng và
nhà nớc đã chủ động khuyến khích các doanh nghiệp ứng dụng các thành tựu của
khoa học kỹ thuật vào quá trình sản xuất nhằm đa đất nớc phát triển. Trong đó tự
động hoá đóng một vai trò quan trọng trong nhiệm vụ chung của đất nớc.
Trong nền kinh tế nớc ta sản xuất nông nghiệp chiếm một phần lớn trong
nền kinh tế đất nớc, mà sản phẩm sản xuất ra có sức cạnh tranh thấp. Để nâng cao
chất lợng sản phẩm, tăng sức cạnh tranh và giải quyết sản phẩm đầu ra cho nhân
dân là việc hết sức quan trọng. Với xuất phát điểm có trình độ khoa học kỹ thuật và
nền kinh tế lạc hậu nên việc sản xuất nông nghiệp của nớc ta chủ yếu là sản xuất
thủ công, năng suất không cao, chất lợng sản phẩm không đồng đều, không đáp
ứng đợc với yêu cầu của thực tiễn trong nền kinh tế hiện nay.
Từ những yêu cầu cấp thiết đó việc ứng dụng tự động hoá vào các dây chuyền
sản xuất là một điều tất yếu nhằm giải phóng sức lao động và tăng năng suất, hiệu
quả kinh tế. Tự động hoá sản xuất đã đợc ứng dụng trong rất nhiều ngành công
nghiệp và nông nghiệp. Trong ngành nông nghiệp nớc ta, tự động hoá quá trình
sản xuất đã đợc ứng dụng vào các quá trình sản xuất nh bia, rợu, chè, dứa, nớc
hoa quảđã thu đợc kết quả rất tốt nhằm thúc đẩy nền kinh tế nớc nhà. Đợc sự
quan tâm đầu t của Đảng và Nhà nớc Công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao
đã đa vào ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động , đặc biệt là dây chuyền sản
xuất nớc dứa cô đặc và thu đợc thành tích rất lớn.
Từ việc ứng dụng các dây chuyền sản xuất vào thực tế các công ty cần có
những kỹ s vận hành các dây chuyền sản xuất đó. Để có những con ngời có khả
năng vận hành và làm chủ các dây chuyền sản xuất. Chính vì vậy, việc nghiên cứu
và ứng dụng tự động hoá vào trong các dây chuyền sản xuất đồng thời tạo ra các
chuyên gia về lập trình cũng nh tự động hoá, sẽ góp phần tích cực vào công cuộc
xây dựng đất nớc.

Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
2
Nh vậy tự động hoá là sự lựa chọn của các ngành sản xuất nhằm tạo ra sản
phẩm có chất lợng, có khả năng cạnh tranh tốt. Đối với nớc ta nó là công cụ quan
trọng nhằm phục vụ sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc.

2. Mục đích nghiên cứu.
- Tìm hiểu về PLC.
- Nghiên cứu về phần mềm S7 200.
- Nghiên cứu về dây chuyền công nghệ sản xuất nớc dứa cô đặc.
- ứng dụng phần mềm SIMATIC S7 200 để thành lập chơng trình điều
khiển mô hình tự động điều khiển quá trình gia nghiệt tại khâu tiệt trùng của dây
chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc.

3. Nội dung của đề tài.
Do hạn chế về thời gian và các điều kiện khách quan nên đề tài chỉ nghiên
cứu các nội dung chính sau.
- Tìm hiểu hoạt động sản xuất, kinh doanh của công ty thực phẩm suất khẩu
Đồng Giao.
- Tìm hiểu dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc.
- Tìm hiểu về PLC.
- Tìm hiểu kỹ thuật lập trình PLC S7 200.
- Xây dựng sơ đồ thuật toán điều khiển tự động quá trình gia nhiệt của khâu
tiệt trùng trong dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc.
- Lập trình điều khiển bằng PLC, S7 200.
- Thiết kế lắp giáp mô hình.
- Kết nối và chạy thử mô hình.
4. Phơng pháp nghiên cứu.
Với mục đích và nội dung của đề tài để tiến hành làm đề tài dựa trên phơng

pháp nghiên cứu sau:
- Kế thừa kết quả nghiên cứu đã có của các phần mềm để lập trình.
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
3
- Kế thừa mô hình dây chuyền sản xuất đã có sẵn trong thực tiễn cụ thể là
dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc.
- Sử dụng các cách lập trình khác nhau để tìm ra phơng pháp đơn giản nhất,
hiệu quả nhất.
- Viết chơng trình điều khiển.
-Dụng cụ thiết bị làm đề tài gồm có:
+Máy tính cá nhân PC.
+ Bộ điều khiển S7 200 với khối xử lý CPU224.

Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
4
Chơng 1 . Tổng quan
1.1. Giới thiệu chung về PLC.
- Kỹ thuật điều khiển tự động đang phát triển mạnh và ngày càng chiếm vị trí
quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân. Tự động hoá ngày càng đóng vai trò
quan trọng trong sản xuất. Dựa trên sự phát triển của tin học, cụ thể là sự phát triển
của kỹ thuật máy tính mà kỹ thuật điều khiển đã phát triển đến trình độ cao, đem lại
hiệu quả kinh tế. Đã có rất nhiều kiểu điều khiển ra đời nh điều khiển bằng cơ cấu
cam, điều khiển bằng rơ le Nhng phát triển mạnh mẽ và có khả năng phục vụ
rộng rãi hơn cả là bộ điều khiển PLC.
- Bớc đầu phát triển PLC chỉ đơn thuần đợc thiết kế để thay thế cho các hệ
điều khiển dùng Rơ le, công tắc tơ đơn thuần. Tuy nhiên trong quá trình phát triển
PLC là thiết bị có khả năng lập trình mềm dẻo thay thế cho các mạch logic cứng,
các PLC phát triển rất nhanh chóng cả phần cứng và phần mềm. Về phần cứng các
bộ xử lý nhanh và có dung lợng lớn đã thay thế cho các bộ vi xử lý tốc độ thấp và
dung lợng nhỏ. Các cổng vào ra đã đợc tăng lên cả số lẫn tơng tự. Với số lợng
lớn các đầu vào/ra(số, tơng tự) giúp cho PLC giờ đây không chỉ thích hợp cho điều
khiển logic mà có thể sử dụng hiệu quả trong quá trình điều khiển liên tục, đặc biệt
có thể thực hiện cả những chức năng điều khiển phức tạp nh luật điều khiển PI,
PIDVề mặt cấu trúc PLC ngày nay đợc chế tạo theo module để có thể mở rộng
theo yêu cầu. Về phần mềm, cú pháp lệnh của các PLC ngày nay phát triển phong
phú không đơn giản là các lệnh logic mà còn cả các lệnh toán học, truyền thông, bộ
đếm, bộ định thờiCác loại PLC nói chung thờng có nhiều loại ngôn ngữ lập
trình nhằm phục vụ các đối tợng sử dụng khác nhau. Nhng ngày nay thông dụng
nhất vẫn là ba cách lập trình là: STL ngôn ngữ liệt kê lệnh, LAD ngôn ngữ hình
thang, FBD ngôn ngữ hình khối.
Nh vậy, bộ PLC là thiết bị điều khiển sử dụng bộ nhớ để lập trình và lu giữ
cấu trúc lệnh thông qua các cổng vào ra để thực hiện các chức năng điều khiển.

1.1.1. Vai trò của bộ điều khiển PLC.
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
5
Trong một hệ thống điều khiển tự động,PLC có vai trò rất quan trọng là nơi
giữ các thuật toán điều khiển nơi thu nhận các tín hiệu từ các cảm biến và đa ra tín
hiệu điều khiển. Cũng nh rất nhiều thiết bị điều khiển khác nhau, nh các Rơ le
đơn giản đế các thiết bị điều khiển phúc tạp thì PLC đợc sử dụng rộng rãi và có vai
trò nh sau:
- PLC đợc xem nh trái tim trong một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ
với chơng trình điều khiển đợc chứa trong bộ nhớ của PLC, PLC sẽ xác định
trạng thái của hệ thống qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập. Sau đó da trên
chơng trình logic để xác định tiến trình hoạt động, đồng thời đa ra những tín hiệu
điều khiển tơng ứng đế các thiết bị xuất.
- Trong hệ thống điều khiển tự động,bộ điều khiển PLC đợc coi nh bộ não
có khả năng điều hành toàn bộ hệ thống điều khiển với chơng trình nạp vào trong
PLC.
- PLC có thể đợc sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và đợc
lập đi lập lại theo chu kỳ, hoặc liên kết với máy tính chủ khác hoặc máy tính chủ
thông qua hệ thống mạng truyền thông, để thực hiện các quá trình xử lý phức tạp.
- Mức độ thông minh của một hệ thống điều khiển phụ thuộc chủ yếu vào
khả năng của PLC để đọc đợc các dữ liệu khác nhau từ các cảm biến cũng nh các
thiết bị nhập bằng tay.
- Liên kết, ghép nối và đóng mở mạch phù hợp với chơng trình.
- Phân phát các lệnh điều khiển đó đến địa chỉ thích hợp.
- Một hệ thống điều khiển sẽ không có ý nghĩa thực tế nếu không giao tiếp
đợc với các thiết bị xuất, thiết bị chấp hành.
Nh vạy, PLC có vai trò quan trọng rất lớn trong ngành điều khiển tự động
ngày nay đợc ứng dụng rộng rãi và ngày càng phát triển hoàn thiện hơn.

Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
6
1.1.2.Ưu điểm của việc dùng PLC trong tự động hoá.
Trớc đây việc điều khiển thực hiện bằng các Rơle điện tử nối với nhau bằng
dây dẫn điện trong bảng điều khiển, trong nhiều trờng hợp số lợng dây rất lớn lên
rất bất tiện và thời gian làm việc của các Rơle có giới hạn. Sự ra đời của bộ PLC đã
làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng nh các quan niệm thiết kế về chúng, hệ
điều khiển dùng PLC có các u điểm nh sau:
- Chuẩn bị vào hoạt động nhanh. Thiết kế kiểu Môdule cho phép thích nghi
đơn giản với bất kỳ mọi chức năng điều khiển. Khi bộ điều khiển và các phụ kiện
đã đợc lắp ghép PLC vào t thế sẵn sàng làm việc ngay.
- Độ tin cậy cao và ngày càng tăng. Độ tin cậy của PLC ngày càng cao và
tuổi thọ ngày càng tăng. Việc bảo dỡng định kỳ không phải thực hiện đối với PLC.
- Dễ dàng thay đổi hoặc soạn thảo chơng trình. Việc lập trình đơn giản, chức
năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình mà không cần thay đổi
phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị xuất nhập.
- Sự đánh giá các yêu cầu là đơn giản. nếu biết đợc số đầu vào và đầu ra cần
thiết, thì có thể đành giá kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ là bao nhiêu. Từ đó có thể dễ
dàng và nhanh chóng lựa chọn loại PLC, phù hợp với yêu cầu.
- Xử lý t liệu tự động. Trong nhiều bộ PLC, việc xử lý t liệu đợc tiến hành
tự động làm cho việc thiết kế điện tử trỏ lên đơn giản.
- Tiết kiệm không gian. Hệ thống điều khiển xử dụng PLC đòi hỏi ít không
gian hơn so với hệ điều khiển Rơle tơng đơng, trong nhiều trờng hợp không
gian đợc thu hẹp lại.
- Khả năng tái tạo. Bộ PLC có thể sử dụng thuận lợi cho các máy đã làm việc

ổn định mà càn có thể đáp ứng nhu cầu của các thiết bị mẫu đầu tiên mà ngời ta
có thể thay đổi cải tiến trong quá trình vận hành.
- Sự cải biến thuận tiện. Những dây truyền điều khiển nếu chỉ muốn cải biến
một bộ phận nhỏ trong chức năng điều khiển, có thể đợc cải tạo một cách đơn giản
băng cách sao chép,cải biến hoặc thêm vào những phần mới so với kỹ thuật điều
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
7
khiển bằng Rơle ở dây có thể giảm thời gian lắp ráp, do có thể lập trình các chức
năng điều khiển trớc hoặc trong khi lắp ráp bảng điều khiển.
- Hệ thống điều khiển sử dụng PLC lắp đặt đơn giản hơn hệ dùng Rơle và
giảm:
+ 80% số lợng dây nối
+ Công suất tiêu thụ điện năng của PLC là rất thấp có chức năng chuẩn đoán
do đó giúp cho công tác sửa chữa đợc nhanh chóng và dễ dàng.
+ Số lợng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển, số lợng
tiếp điểm trong chơng trình sử dụng không hạn chế.
+ Thời gian hoàn thành một chơng trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn
đến nâng cao năng suất sản xuất.
+ Có thể làm việc trong nhiều môi trờng khác nhau.
+ Có thể tính toán giá trị kinh tế của hệ thống điều khiển tự động trớc khi
lắp đặt.
+ Đợc ứng đụng điều khiển trong phạm vi rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

1.1.3 Giá trị kinh tế của PLC.
Ngày nay trong thời đại kinh tế việc đầu t một dây truyền sản xuất ngoài
yếu tố kỹ thuật chúng ta cũng phải xét đến kinh tế ( chi phí đầu t ) của phơng án.
Sự ra đời của PLC có một giá trị kinh tế to lớn và đó là u điểm rõ rệt so với điều
khiển bằng Rơle, thực tế việc sử dụng hệ PLC thấp hơn nhiều so với hệ điều khiển
băng Rơle.

Mặt hạn chế của PLC đòi hỏi có một đội ngũ nhân viên, có một trình độ kỹ
thuật cao, có kinh nghiệm, hiểu biết về PLC để thiết kế lập trình và điều khiển. Tuy
nhiên với u điểm hơn hẳn so với hệ điều khiển bằng Rơle thì hệ điều khiển bằng
PLC đợc sử dụng rộng rãi và ngày càng phát triển. Dới đây là những u và khuyết
điểm của hệ điều khiển băng PLC và điều khiển bằng rơle cả về kinh tế lẫn kỹ
thuật:
Điều khiển bằng Rơle Điều khiển băng PLC
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
8
Ưu điểm:
- Lắm biết đợc và tin cậy
trong thời gian dài.
- Lắm biết đợc mức độ tin
cậy.
- Nhiều bộ phân đã tiêu
chuẩn hoá.
-Rất ít nhạy cảm với nhiễu.
- Kinh tế với hệ thống nhỏ.
Nhợc điểm:
- Thời gian lắp đặt lâu
- Thay đổi khó khăn.
- Khó theo dõi và kiểm tra
các hệ thống lớn, phức tạp.
- Có h hao trong sử dụng, do
đó cần bảo quản thờng xuyên.
- Kích thớc lớn. Tốn nhiều
dây dẫn.
- Công suất tiêu thụ lớn.
- Công nhân sửa chữa tay

nghề cao.
Ưu điểm:
- Độ tin cậy cao nhờ sử dụng
các phần tử tiếp xúc.
- Thay đổi dễ dàng qua công
nghệ phích cắm.
- Kích thớc nhỏ, lắp đặt đơn
giản.
- Thay đổi nhanh quy trình
điều khiển mà không cần thay đổi
phần cứng.
- Có thể nối mạng với máy tính
Nhợc điểm:
-Giá thành tạo dựng cao bộ
thiết bị lập trình thờng giá đắt




Những u điểm trên của bộ điều khiển bằng PLC giúp nó đứng vững và
ngày càng phát triển trong các ngành sản xuất. Đặc biệt nó đợc ứng dụng trong
nhiều ngành sản xuất và đã thay thế toàn bộ hệ điều khiển băng Rơle trong các đây
truyền sản xuất hiện đại.



Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
9
1.1.4 Cơ sở và khả năng phát triển của PLC

PLC phát triển trên cơ sở công nghệ máy tính và dựa trên sự kế thừa các hệ
điều khiển cổ điển bằng Rơle, trục cam
Sơ đồ thể hiện cơ sở phát triển của PLC.
Các phần tử đầu vào Bộ điều khiển Phần tử chấp hành

Từ sự khắc phục các nhợc điểm trớc của các hệ thống điều khiển trớc
cùng sự phát triển của khoa học công nghệ tích hợp PLC hiện nay có dung lợng rất
lớn và có tốc đọ xử lý nhanh. Làm cho PLC trơ thành phần tử tự động hoá thông
dụng đáp ứng tất cả các yêu cầu công nghệ. Sự phát triển của khoa học kỹ thuật và
sự cạnh tranh của các hãng sản xuất làm cho giá thành của PLC ngày càng hạ, làm
cho việc đầu t ban đầu đợc thấp, đem lại hiệu quả kinh tế. Do vậy PLC có khả
năng phát triển rộng rãi và ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp cũng
nh nông nghiệp.

1.1.5 ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC
Do PLC có rất nhiều u điểm, hiên nay PLC đợc ứng dụng trong rất nhiều
lĩnh vực khác nhau nh:
Rơle
Công tắc tơ
Rơle thời gian
Bộ đếm.
Động cơ, công tắc tơ
Van thuỷ lực, khí
nén bộ hiển thị
PLC

ộng cơ, công tắc
tơ
Van thuỷ lực, khí
nén bộ hiển thị

Nút ấn.
Công tắc
Công tắc hành
trình cảm biến
quang điện

Nút ấn.
Công tắc
Công tắc hành
trình cảm biến
quang điện
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
10
- Hệ thống vận chuyển.
- Dây truyền đóng gói.
- Điều khiển bơm.
- Công nghệ sản xuất giấy.
- Dây truyền sản xuất thuỷ tinh.
- Công nghệ chế biến thực phẩm.
- Các dây truyền lắp ráp.
- Kiểm tra quá trình sản xuất.
Ngoài những ứng dụng trên PLC còn dợc ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh
vực khác nhau, đặc biệt trong ngành nông nghiệp thì " Công ty thực phẩm xuất
khẩu Đồng Giao" Sử dụng PLC điều khiển các dây truyền sản xuất, điển hình là dây
truyền sản xuất nớc dứa cô đặc. Do điều kiện có hạn lên không thể nêu hết các ứng
dụng của PLC đợc và ngày nay nó đợc ứng dụng rất nhiều tạo điều kiện tăng
năng suất, giải phóng sức lao động cho công nhân và nâng cao chất lợng sản
phẩm.

1.2 Cơ sở kỹ thuật số
Khi lập trình cho PLC ngời lập trình có thể sử dụng nhiều phơng thức viết
chơng trình. Tuy nhiên PLC là phần tử điều khiển logic do đó ngời lập trình cần
hiểu các kiến thức cơ sở về kỹ thuật số.
1.2.1 Các hệ đếm
Chúng ta thờng sử dụng rất nhiều hệ đếm, thông thờng quen dùng nhất vấn
là hệ thập phân. Tuy nhiên trong lập trình PLC ngoài hệ thập phân còn có rất nhiều
các hệ đếm khác nh:
- Hệ nhị phân: Hệ đếm cơ số 2, sử dụng hai con số 0 và 1 để biểu diễn các giá
trị.
Ví dụ: số 9 biểu diễn là: 1001
- Hệ bát phân: Đây là hệ đếm cơ số 8, sử dụng tám con số 0,1,2,3,4,5,6,7 để
biểu diễn các giá trị.
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
11
- Hệ thập phân: Là hệ đếm cơ số 10 sử dụng 10 con số từ 0 đến 9 để biểu
diễn các giá trị.
- Hệ thập lục phân: Là hệ đếm cơ số 16 sử dụng 16 con số
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E.F để biểu diễn các giá trị.
1.2.2 Kiểu dữ liệu
Một chơng trình ứng dụng trong PLC có thể đợc sử dụng các kiểu dữ liệu
khác nhau. PLC lu giữ dữ liệu trong các bộ nhớ, các dữ liệu này có thể đợc lu
trữ ở nhiều dạng khác nhau. Do đó dới đây chỉ trình bày các kiểu dữ liệu thờng
đợc sử dụng.
Kiểu số tự nhiên
Kiểu số tự nhiên không dấu Kiểu số tự nhiên có dấu
Kích thớc
Thập thân Hexadexima Thập thân Hexadexima
Byte ( 8 bit) 0 ữ255 0 ữ FF -128 ữ127 80 ữ 7F

Word (16 bit) 0 ữ65535 0 ữ FFFF -32768
ữ32767
8000 ữ7FFF
Double word 0
ữ4294961295
0ữFFFFFFFF -2147483648
ữ2147483647
80000000
ữ7FFFFFFF

Kiểu số thực:
PLC sử dụng 32 bit để mã hoá các số thực, do đó ta có các giá trị:
+ 1175495E- 38 ữ + 3402823E + 38(Dơng)
- 1175495E- 38 ữ - 3402823E + 38(Âm)
1.2.3. Đại số Boole
1. Định nghĩa:
Ta biết biên Boole là loại hàm số mà miền giá trị của nó chỉ có 2 phần tử và
phần tử của chúng là 0 và 1.
Xét 1 tập hợp (B) với tất cả các biến Boole với 3 phép tính And(^), Or(
V
),
Not(
_
). Thì biến Boole trong tập hợp đó luôn có giá trị là 1 sẽ là phần tử đơn vị đối