Cơ sở lý thuyết trong tự động hóa thực chất để cấu thành GDP theo quy trình công nghiệp hóa p8 ppsx

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A
Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 64 - Khoa Cơ - Điện
Nh đã phân tích từng khối ở trên. Đầu tiên Sensor LM 335 cảm biến
nhiệt độ phòng chuyển thành mức điện áp và đa vào đầu vào cảu mạch lặp.
Sau đó nó đợc đa vào mạch biến đối chuẩn hoá có phơng trình
V =
1
2
R
R
. (V
2
- V
1
) = 10. (V
2
- V
1
), với V
1
= 2,93V.
Từ đây mạch điện luôn có đáp ứng ra tơng ứng với đầu vào là nhiệt độ
môi trờng cần đo. Do ta đã biến đổi chuẩn hoá nên chỉ đo nhiệt độ trong khoảng
nhiệt độ từ 20
o
C đến 50
o
C tơng ứng với mức điện áp 0V đến 3V. Nghĩa là có sự
tơng ứng cứ 1
o
C thì ứng với 0,1V từ đầu ra này ta đa vào PLC.

ắ Lu đồ thuật toán mô phỏng hoạt động













3.3.2. Cảm biến đo mức [10]
Ngời ta gọi mức là chiều cao điền đầy các chất lỏng hay các hạt trong
thiết bị công nghệ. Mức của môi trờng làm việc là một tham số công nghệ,
thông tin về nó dùng để kiểm tra chế độ làm việc của các thiết bị công nghệ,
trong một số trờng hợp dùng để điều khiển quá trình sản xuất. Bằng phép đo
mức có thể nhận đợc thông tin về mức, khối lợng chất lỏng chứa trong bể.
T
0
> 11005
0
C T
0
< 11005
0
C
Bắt đầu

T
0
= 1100

5
0
C
Tắt quạt, bật đèn Bật quạt, bật đèn
Nhiệt độ chuẩn
Hình3.21: Sơ đồ thuật toán mô phỏng hệ thống làm mát
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A
Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 65 - Khoa Cơ - Điện
Các thông tin Analog hoặc có thể Digital dùng để đóng mở van đợc sử dụng
rộng rãi trong quá trình điều khiển.
Thực tế dây chuyền sản xuất sử dụng hệ thống đo và điều khiển mức
thuỷ tinh bằng Lazes. Song do yêu cầu điều khiển mô hình nên em sử dụng
cảm biến đo mức thuỷ tinh bằng phao.








Hoạt động của hệ thống:
Mức thuỷ tinh lỏng đợc xác định thông qua cảm biến đo mức kiểu
phao chuyển thành tín hiệu rời rạc dới dạng Digital, tín hiệu đợc đa tới đầu
vào của PLC. Tại đây tín hiệu đợc đọc và xử lý để điều khiển thông qua phần
mềm điều khiển và cơ cấu chấp hành.

Bảng 3.6: Bảng trạng thái hệ thống đo mức thuỷ tinh

Cơ cấu chấp hành
Trạng thái đối tợng
mức thuỷ tinh
Loại Trạng thái
Trạng thái ban đầu của hệ thống Máy nạp phối liệu Tắt
H < = 0,7

0,002
m
Máy nạp phối liệu Mở
H > = 0,7

0,002
m
Máy nạp phối liệu Tắt

ắ Thiết kế
Thiết bị đo và điều khiển mức thuỷ tinh lỏng trong phạm vi hẹp nên
dùng phao hình cầu đờng kính 40mm bằng thép không gỉ. Phao nổi trên mặt
Mức thuỷ tinh Cảm biến PLC
Mạch
động lực
Cơ cấu
chấp hành
Hình3.22: Sơ đồ khối của hệ thống
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A
Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 66 - Khoa Cơ - Điện
chất lỏng và qua một thanh nối, rồi đợc nối với công tắc hành trình có một

tiếp điểm thờng mở và một tiếp điểm thờng đóng để biến đổi thành tín hiệu
rời rạc ON/OFF
ắ Cơ cấu chấp hành
- Động cơ máy nạp liệu sử dụng nguồn nuôi 9DCV
ắ Lu đồ thuật toán mô phỏng










3.3.3. Cảm biến quang điện [11]
Một dây chuyền sản xuất công nghiệp sử dụng nhiều loại cảm biến tại nhiều
điểm khác nhau để giám sát dòng sản phẩm. Trong đó cảm biến quang điện thờng
đợc lắp đặt ở các dây chuyền làm nhiệm vụ phát hiện, kiểm tra và đếm sản phẩm
trên các băng chuyền. ở công đoạn này cảm biến quang điện đã chứng tỏ đợc
những tính năng u việt của mình.
Cảm biến quang điện thế hệ đầu tiên gồm có nguồn sáng và gơng phản xạ.
Qua năm tháng, cảm biến quang điện nổi lên với nhiều hình dáng thiết kế đặc biệt,
mỗi loại phục vụ một công việc chuyên biệt nhất định. Ngày nay một bộ cảm biến
quang điện tiêu chuẩn đợc cải tiến gồm có một cực phát và một cực thu riêng biệt,
một vài loại đợc trang bị cáp quang không phân nhánh và bộ khuyếch đại. Nắn
đợc mục đích của vấn đề trên và để áp dụng cho việc thiết kế hệ thống mô phỏng
em đã tiến hành tìm hiểu thiết kế mạch cảm biến quang
H < 0,7

0,002
m
H > 0,7

0,002
m
Bắt đầu
H = 0,7

0,002
m
Mở máy
nạp liệu
Tắt máy
nạp liệu
Kết thúc
Hình3.23: Sơ đồ thuật toán mô phỏng hệ thống nạp liệu
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A
Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 67 - Khoa Cơ - Điện







Hoạt động của hệ thống:
đối tợng cảm nhận là băng kính đợc thu nhận qua cảm biến (Sensor) quang
dới dạng ON/OFF và đợc đa tới cổng nhập của PLC. Tại đây tín hiệu đợc đọc
và xử lý để điều khiển và tác động lên cơ cấu chấp hành

ắ Sơ đồ mạch nguyên lý cảm biến quang điện









ắ Chọn linh kiện
- Điện trở
- Tranzitor C828
- Tế bào quang điện Cds
ắ Nguyên lý hoạt động
Dựa trên nguyên lý hoạt động của tế bào quang điện. Quang điện trở hoạt
động theo hiệu ứng quang nội, giả sử có một tấm bán dẫn phẳng có thể tích V đợc
Cds
C828
C828
10k
220k
+9VDC
Hình 3.25: Sơ đồ mạch nguyên lý cảm biến quang
Đối tợng
băng kính
Cảm biến PLC
Cơ cấu
Chấp hành
Mạch

động lực
Hình3.24: Sơ đồ khối của hệ thống
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A
Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 68 - Khoa Cơ - Điện
pha tạp chất loại n với nồng độ donor Nd và có mức năng lợng Wd. Khi bị chiếu
sáng các Photon ion hoá nguyên tử donor và giải phóng điện tử làm cho độ dẫn thay
đổi. Độ dẫn điện của cảm biến quang điện tử sẽ phụ thuộc thông lợng ánh sáng
chiếu vào theo một hàm phi tuyến. Cực phát bức xạ là Diode (LED) phát quang. Khi
ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện làm cho T1 đóng, T2 mở ứng với tiếp điểm
thờng đóng của PLC đợc mở ra ngắt mạch điều khiển. Ngợc lại khi có vật thể đi
qua chắn chùm sáng chiếu tới tế bào quang điện làm cho T1 mở, T2 đóng ứng với
tiếp điểm thờng đóng của PLC đợc đóng cung cấp ngõ ra cho PLC.
3.3.4. Rơle 24VDC
Các cổng ra của PLC là các Rơle và hệ thống đèn LED. Rơle dùng để đóng
mạch cung cấp nguồn một chiều cho các động cơ điện, rơle đợc sử dụng cho thiết
bị chuyển mạch có dòng điện nhỏ, thấp hơn 10A






3.4. Sơ đồ kết nối của hệ thống điều khiển
3.4.1. Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi
Sau khi nghiên cứu phần mềm Step7 - micro/Win 32 và chọn thiết bị
điều khiển CPU 224 để điều khiển dây chuyền sản xuất kính thì việc lựa chọn
các thiết bị khác để kết nối với dây chuyền cần điều khiển là công việc quan
trọng. Sử dụng các thiết bị điều khiển quan trọng là: Máy tính PC, CPU, cáp
PC/PPI và module mở rộng. Ghép nối máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp
nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485.

Hình 3.26: Sơ đồ nguyên lý Rơ le24VDC
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A
Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 69 - Khoa Cơ - Điện
H
ình 3.28:
Hệ
thốn
g
điều khiển tron
g
các dâ
y
chu
y
ền sản xuất
`











Ngoài ra trong một số dây chuyền sản xuất lớn ngời ta kết nối máy tính với

nhiều CPU khác nhau và kết hợp với những phần mềm khác nh protul tạo thành
một hệ thống điều khiển, hay còn gọi là mạng đa chủ. Trong đó: TD 200 và OP15
là hệ thống điều khiển, hiển thị, theo dõi, kiểm tra và lu trữ quá trình sản
xuất.








3.4.2. Thiết kế mô hình dây chuyền sản xuất kính
Hình3.27: Sơ đồ kết nối tổng thể
Module mở rộng
Modul mở rộn
g
R
R
S
S
-
-
2
2
3
3
2
2

R
R
S
S
-
-
4
4
8
8
5
5


M
M
o
o
d
d
u
u
l
l


m
m
ở

ở
r
r
ộ
ộ
n
n
g
g

I
I
0
0
.
.
0
0


ữ
ữ


I
I
0
0
.
.

7
7


Q
Q
0
0
.
.
0
0


ữ
ữ


Q
Q
2
2
.
.
7
7


Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A
Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 70 - Khoa Cơ - Điện

ắ Mô hình thiết kế (Hình 3.29 và hình 3.30)
ắ Sơ đồ nối dây của hệ thống (Hình 3.31, 3.32, 3.33)























Hình 3.29: Mô hình dây chuyền sản xuất kính
ắ Nguyên lý làm việc
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A
Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 71 - Khoa Cơ - Điện
Nhìn trên hình vẽ ta thấy rằng nguồn cung cấp cho PLC là 220V, đầu

vào, đầu ra điện áp 24DCV. Mô hình dây chuyền sản xuất kính chúng tôi thiết
kế có 10 đầu vào, gồm có tín hiệu khởi động, dừng hệ thống và đặc biệt là tín
hiệu từ các cảm biến nhiệt, cảm biến quang. Mô hình dây chuyền sản xuất
kính có 21 đầu ra, các đầu ra chúng tôi dùng hệ thống các motor một chiều và
các đèn Led để thể hiện thông qua các rơ le 24DCV ứng với các nguồn cung
cấp riêng. Chi tiết hơn về quá trình điều khiển đợc chúng tôi trình bày trong
mục yêu cầu tín hiệu điều khiển.
module mở rộng mà chúng tôi nghiên cứu và sử dụng trong đề tài là
EM231, nguồn cung cấp là 24DCV. Đầu vào có thể là dạng tín hiệu tơng tự
Analog kiểu áp hoặc dòng hay dạng tín hiệu số Digital. Tín hiệu cảm biến
nhiệt mà chúng tôi sử dụng trong mô hình thiết kế là AIW0 đầu vào Analog
dạng điện áp, nên 2 đầu vào đợc đa vào A+ và A- . Nh đã phân tích trên
phần thiết kế cảm biến nhiệt, nhiệt độ định mức là 50
0
C, nhiệt độ trong khoảng
từ 20
o
C đến 50
o
C tơng ứng với mức điện áp 0V đến 3V. Nghĩa là có sự tơng
ứng cứ 1
o
C thì ứng với 0,1V, từ đầu ra này ta đa vào PLC.
3.5. Viết chơng trình điều khiển
Từ việc nghiên cứu dây chuyền công nghệ, xây dựng sơ đồ thuật toán ở
chơng 2. Chúng tôi tiến hành viết chơng trình điều khiển.
3.5.1. Viết chơng trình điều khiển cho lò nung thuỷ tinh
Để thuận tiện cho việc viết chơng trình điều khiển chúng tôi sử dụng các
ký hiệu cho các phần tử và phân công tín hiệu vào / ra.

Bảng 3.7: Phân công tín hiệu vào/ra cho lò nung thuỷ tinh

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A
Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 72 - Khoa Cơ - Điện
Phân công tín hiệu vào
Kí hiệu Địa chỉ Phần tử
Start I 0.0 Nút khởi động hệ thống
Stop I0.1 Nút dừng hệ thống
S1 AIW0 Cảm biến nhiệt độ
S2 I 0.2 Thiết bị đo mức thuỷ tinh
Phân công tín hiệu ra
Kí hiệu Địa chỉ Phần tử
LĐ1 Q 0.0 - Hệ thống nạp phối liệu
LĐ2 Q 0.1 - Hệ thống cấp nhiệt bên phải lò nung
M1 Q 0.2 - Hệ thống cấp nhiệt bên trái lò nung
M2 Q 0.3 - Hệ thống quạt gió làm mát
Từ việc nghiên cứu sơ đồ công nghệ, phân công tín hiệu vào ra và mô phỏng
quá trình chúng tôi viết chơng trình điều khiển cho lò nấu thuỷ tinh. Chơng trình
đợc viết trên phần mềm Step7.Micro/Win32.
ắ Chơng trình đợc viết dới dạng Ladder logic: