Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.68 MB, 47 trang )
<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>
<b>TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT </b>
<b>THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH </b>
<b> </b>
<b> </b>
<b> </b>
<b> </b>
<b>MƠN HỌC: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP </b>
<b>NGÀNH: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP VÀ DÂN DỤNG </b>
<b>TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP </b>
<b> </b>
<b> THÔNG TIN CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI </b>
Họ tên: Đỗ Hữu Nhân
Học vị: Thạc sỹ
Đơn vị: Khoa Điện – Tự động hóa
Email:
<b> TRƯỞNG KHOA </b> <b>TỔ TRƯỞNG </b>
<b>BỘ MÔN </b> <b>CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI </b>
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép
Giáo trình được xây dựng và biên soạn trên cơ sở chương trình đào tạo nghề bậc
học Trung cấp đã được Tổng cục dạy nghề phê duyệt.
Giáo trình biên soạn gắn liền với tính thực tế, tính khoa học và hướng đến liên
thơng và tiệm cận khu vực và được dùng để giảng dạy sinh viên trình độ Trung cấp.
Nội dung giáo trình gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa cơng nghiệp
Chương 2: Hoạt động của hệ thống tự động hóa CN
Chương 3: Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì và sửa chữa hệ thống tự
động hóa cơng nghiệp
Giáo trình được biên soạn trên cơ sở người học đã học qua các mơn kỹ thuật khí
nén, kỹ thuật lập trình PLC, trang bị điện. Để thuận tiện người học cuối mỗi bài đều có
phần câu hỏi và bài tập áp dụng để người học dễ dàng tiếp cận và vận dụng.
Trong suốt thời gian biên soạn giáo trình này khơng tránh khỏi sai sót, tác giả
mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các đồng nghiệp, người đọc để giáo trình được
hồn thiện hơn.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 07 năm 2020
Chủ biên
<b>CHỮ CÁI VIẾT TẮT </b> <b>CỤM TỪ ĐẦY ĐỦ </b>
<b>CN </b> Công nghiệp
<b>HT </b> Hệ thống
<b>TĐH </b> Tự động hóa
<b>TRANG </b>
LỜI GIỚI THIỆU ... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TỔNG QUAN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CN ... 7
1.1. Khái niệm cơ bản về hệ thống tự động hóa cơng nghiệp ... 7
1.2. Các phần tử trong hệ thống tự động hóa cơng nghiệp ... 8
1.2.1. Vị trí, vai trị của các phần tử trên hệ thống tự động hóa cơng nghiệp... 8
1.2.2. Cấu tạo, chức năng của các phần tử trên hệ thống tự động hóa CN ... 8
1.3. Các yêu cầu điều khiển của hệ thống tự động hóa cơng nghiệp ... 16
1.4. Nhận dạng, phân tích chức năng hoạt động các phần tử trong HT TĐH CN ... 16
CHƯƠNG 2: HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CN ... 18
2.1. Tổng quan về công cụ mô tả hoạt động của hệ thống TĐH CN... 18
2.2. Công cụ mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa cơng nghiệp ... 19
2.2.1. Ngơn ngữ lập trình GRAFCET – các thành phần ... 19
2.2.2. Bài tập ví dụ xây dựng biểu đồ Grafcet cho hệ thống Distributing ... 25
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, BẢO TRÌ VÀ SỬA CHỮA HỆ
THỐNG TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP ... 27
3.1. Phương pháp lắp ráp hệ thống tự động hóa cơng nghiệp ... 27
<b>Tên môn học: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP </b>
<b>Mã mơn học: MH2102329 </b>
<b>Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học: </b>
- Vị trí: Trước khi học mơn học này cần hồn thành các môn học cơ sở và một số môn học
chun mơn: kỹ thuật khí nén, kỹ thuật lập trình PLC, trang bị điện.
- Tính chất: Là mơn học tích hợp chun ngành Điện cơng nghiệp và Dân dụng.
<b>Mục tiêu của môn học/mô đun: </b>
- Về kiến thức:
+ Mô tả được cấu tạo và hoạt động của hệ thống tự động hóa cơng nghiệp.
+ Phân tích được chức năng hoạt động của các phần tử hệ thống tự động hóa cơng
nghiệp.
+ Trình bày được cấu ta ̣o và các chức năng hoạt động của hệ thống tự động hóa cơng
- Về kỹ năng:
+ Nhận dạng được vị trí của các phần tử trên hệ thống tự động hóa cơng nghiệp.
+ Xây dựng được lưu đồ điều khiển mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa cơng
nghiệp.
+ Thiết lập được cấu hình giao tiếp giữa máy tính và PLC cho hệ thống tự động hóa
cơng nghiệp.
+ Lắp ráp và kiểm tra được hoạt động của các phần tử trong hệ thống.
+ Lập trình điều khiển được hệ thống tự động hóa cơng nghiệp.
+ Vận hành và kiểm tra được hoạt động của hệ thống.
+ Tìm và sửa lỗi được cho hệ thống tự động hóa cơng nghiệp.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Thể hiện tính chặt chẽ và chính xác.
+ Thể hiện tư duy phản biện.
<b>CHƯƠNG 1: </b>
<b>Chương 1 này sẽ giới thiệu tổng quan về hệ thống tự động hóa cơng nghiệp và các thành </b>
<b>phần trên hệ thống tự động hóa cơng nghiệp. </b>
<b>Mục tiêu: </b>
+ Mô tả được cấu tạo của hệ thống tự động hóa cơng nghiệp.
+ Xác định được chức năng của các thành phần trên hệ thống.
+ Thể hiện tính chặt chẽ và chính xác.
+ Thể hiện tư duy phản biện.
+ Thể hiện tinh thần độc lập, sáng tạo.
<b>Nội dung chính: </b>
<b>1.1. Khái niệm cơ bản về hệ thống tự động hóa cơng nghiệp </b>
Đặc trưng cơ bản của các hệ thống tự động hóa cơng nghiệp là khơng có sự can thiệp
của con người trong q trình hoạt động của nó.
sát sự hoạt động của khối chấp hành thông qua các cảm biến để điều chỉnh hệ thống hoạt động
ổn định một cách kịp thời và chuẩn xác. Khối điều khiển có 2 dạng là hệ điều khiển cứng và
hệ điều khiển lập trình được.
<b>1.2. Các phần tử trong hệ thống tự động hóa cơng nghiệp </b>
<b>1.2.1. Vị trí, vai trị của các phần tử trên hệ thống tự động hóa cơng nghiệp </b>
Khối điều khiển:
+ Hệ điều khiển cứng là hệ chỉ hoạt động theo các chương trình mà người thiết kế đã
lắp đặt. Khi cần thay đổi một số hoạt động của hệ thống thì phải điều chỉnh hoặc thay thế một
số phần tử, thậm chí có thể phải thay thế toàn bộ hệ thống khác.
+ Hệ điều khiển lập trình được là hệ cho phép người ta đưa vào các bộ vi xử lý, các bộ
tính tốn số học, logíc và nội suy vào trong các khối điều khiển nhằm mục đích điều khiển
q trình hoạt động của các thiết bị một cách linh hoạt bằng việc thay đổi các chương trình
hoạt động của các máy móc, thiết bị theo cơng nghệ u cầu nhờ sự thay đổi chương trình trên
cơ sở các vật chất đã có. Ví dụ như các bộ điều khiển khả trình PLC sử dụng trong công
nghiệp, các hệ thống điều khiển số trên các máy công cụ CNC, các trung tâm gia công, Robot
và các hệ thống DNC, CIM.
Van dẫn động: Mục đích của các van là sử dụng tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển
có cơng suất rất nhỏ để thực hiện các chức năng đóng mở các dẫn động có cơng suất lớn. Đặc
điểm của các van này có nhiều kiểu khác nhăunhng yêu cầu cơ bản là phải có tác động
nhanhvà nhạy với các tín hiệu điều khiển. Tuỳ theo hệ dẫn động mà sử dụng các các loại van
tương ứng. Đối với dẫn động điện, nó thường là Rơle, Cơng tắc tơ hoặc khởi động từ. Đối với
dẫn động thuỷ khí thì thường sử dụng các loại van Solenoid, van trượt, van quay điều khiển.
Cảm biến: Mục đích của cảm biến là giám sát các hoạt động của các dẫn động hoặc các
cơ cấu chấp hành để nhận các đại lượng vật lý thực của quá trình hoạt động và biến đổi nó
thành các đại lượng điều khiển (đại lượng điện) để cung cấp cho khối điều khiển nhằm điều
khiển hệ thống một cách ổn định và chính xác nhất. Tuỳ thuộc vào các quá trình cơng nghệ
mà lựa chọn các loại cảm biến cho thích hợp với các đại lượng cần xác định.
<b>1.2.2. Cấu tạo, chức năng của các phần tử trên hệ thống tự động hóa cơng nghiệp </b>
<b>1.2.2.1. Đối tượng điều khiển </b>
<b>a. Đối tượng điều khiển là động cơ </b>
Động cơ DC: là loại động cơ sử dụng nguồn điện DC, với loại động cơ này có đặc tính
ngẫu lực lớn, dễ điều khiển…
Động cơ AC: sử dụng nguồn điện AC loại này hiện rất thông dụng với động cơ không
đồng bộ dạng 1 pha và 3 pha, loại này thường được điều khiển dùng biến tần.
Động cơ khí nén: ĐC khí nén biến đổi năng lượng của khí thành năng lượng cơ.
<b>b. Đối tượng điều khiển là xylanh </b>
lượng cơ học – chuyển động thẳng hoặc xoay. Xy lanh chia làm 2 loại: Xy lanh chuyển động
tịnh tiến và xylanh chuyển động quay (< 360o<b><sub>). </sub></b>
Xy lanh chuyển động tịnh tiến:
+ Xy lanh tác động đơn: Xy lanh tác động một phía được cung cấp khí nén bởi một
phía duy nhất. Như vậy nó chỉ có thể cho hành trình làm việc ở một chiều duy nhất. Hành
trình ngược lại của piston được thực hiện bởi lị xo hoặc lực ngồi. Cho nên khí nén chỉ cần
thiết cho việc di chuyển ở một chiều duy nhất. Trong xy lanh tác động 1 phía phản hồi bằng lị
xo, hành trình là một hàm theo độ dài của lò xo. Thường trong xy lanh tác động một phía
hành trình khơng vượt q 100mm. Như thế chỉ sử dụng chúng giới hạn trong các công việc
đơn giản như: siết chặt, đẩy ra, nâng lên, lắp vào của các chi tiết, cấp chuyển động ...
+ Xylanh tác động kép: Nguyên tắc hoạt động của xylanh tác động kép là áp suất khí
nén được dẫn vào cả 2 phía. Xy lanh tác động 2 phía được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng
dụng: nâng vật, siết chặt, ứng dụng trong các dây chuyền tự động phân loại sản phẩm, dán
nhãn, đóng mở van…
+ Xylanh tác động 2 chiều:
+ Xy lanh 2 cần:
<i>Hình 1.2. Mơ hình hệ thống điều khiển băng tải dùng PLC </i>
<b>1.2.2.3. Cảm biến </b>
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng
khơng có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý được.
Các đại lượng cần đo (m) thường khơng có tính chất điện như (nhiệt độ, áp suất…) tác
động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện như (điện áp, dòng điện, trở
kháng…) chứa đựng thơng tin cho phép ta có thể xác định giá trị của đại lượng điện đó, đặc
trưng (s) chính là hàm của đại lượng cần đo (m). Ta có s = F(m).
Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hay là phản ứng của cảm biến, (m) là đại lượng đầu
vào hay gọi là kích thích. Thơng qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị của (m).
Các loại cảm biến thông dụng:
Cảm biến tiệm cận.
Cảm biến quang.
Cảm biến màu sắc.
Cảm biến thông minh.
Cảm biến sợi quang.
Cảm biến lực căng áp suất.
Cảm biến nhiệt.
Cảm biến siêu âm….
<b>a. Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor) </b>
Đặc điểm:
+ Phát hiện vật không cần tiếp xúc.
+ Tốc độ đáp ứng cao.
<b>Cảm ứng từ loại điện cảm (Inductive Sensor) </b>
Cảm ứng từ loại điện cảm dựa vào điện cảm của cuộn dây sinh ra từ trường xung quanh
nó để nhận biết vật. Cảm biến loại điện cảm rất đa dạng như ở hình.
Cảm ứng từ bao gồm vùng từ trường được tạo ra nhờ vào cuộn dây quấn tạo cảm ứng từ
với tần số làm việc từ 300 đến 800kHz, loại này thường đưa ra 2 dây cáp kết nối nguồn và
một dây tín hiệu ra. Khi có tín hiệu ra sẽ có led chỉ chỉ thị báo hiệu cảm biến nhận thấy vật
trong vùng tác động.
Khi vật cản tác động lên bề mặt của cảm biến, biên độ tín hiệu của mạch dao động sẽ
thay đổi, biên độ này sẽ giảm dẩn khi vật càng tiến gần bề mặt tác động. Khi khoảng cách đủ
lớn ngõ ra của cảm biến sẽ cho ra một xung và đèn chỉ báo sẽ sáng lên.
<b>Cảm ứng từ loại từ cảm </b>
+ Cảm biến loại này phát hiện được tất cả các loại vật liệu dẫn điện trong khoảng cách
cho phép. Từ trường được tạo ra từ cuộn dây cảm ứng tác động lên lưỡi gà làm đóng tiếp
điểm. Cảm biến bị ảnh hưởng bởi 3 yếu tố: Nhiệt độ, vật cản bằng KL, khoảng cách vật cản.
+ Khi có từ trường đi qua vùng cơng tắt thì sẽ làm cho hai tiếp điểm nhiễm từ và hút
nhau, hai tiếp điểm sẽ được nối lại.
+ Sự phụ thuộc từ các từ trường khác nhau cần được tránh:
Vị trí của điểm tác động phụ thuộc vào khoảng cách dịch chuyển.
Dòng cực đại cần được giới hạn để tránh cháy tiếp điểm.
Một vài ứng dụng cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ:
+ Phát hiện tình trạng của hộp thiết:
+ Phát hiện vị trí:
<b>Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng điện dung (Capacitive Sensor) </b>
Cảm biến điện dung có cấu tạo bao gồm các thành phần: điện cực nối nguồn, điện
cực nối mass led chỉ báo và nút hiệu chỉnh độ nhạy như hình.
Phát hiện theo nguyên tắc tĩnh điện (sự thay đổi điện dung giửa vật cảm biến và đầu
sensor), có thể phát hiện tất cả các vật.
Cảm biến mức điện dung hoạt động dựa trên sự khác biệt hằng số điện môi giữa chất lưu
và khơng khí. Ðiều kiện cần thiết để áp dụng phương pháp này là hằng số điện môi của chất
lưu phải lớn hơn hằng số điện môi của khơng khí, thường là gấp đơi. Hằng số điện mơi của
khơng khí là khoảng 1.0; dầu có hằng số điện mơi từ 1,8 đến 5; nước có hằng số điện môi ở
giữa khoảng 50 đến 80.
Ứng dụng cảm biến tiệm cận loại cảm ứng điện dung:
+ Phát hiện mức chất lỏng: bên trong chai từ bên ngoài vỏ.
<b>b. Cảm biến quang (Optical Sensor) </b>
<b>Bộ phát: Thường dùng đèn led (Led Emitting Diodes). Ðây là loại led có khả năng phát </b>
sáng khi có dịng điện thuận chạy qua. Led được chế tạo để phát ra nhiều loại ánh sáng khác
nhau.
<b>Bộ thu: Nhận ánh sáng từ bộ phát, thực hiện tạo tín hiệu ngõ ra thường ở dạng </b>
ON/OFF. Thường là các loại linh kiện: Photodiode, Phototransitor, Photocell (các tế bào
quang điện, quang trở...)
Lượng ánh sáng nhận về sẽ được chuyển tỉ lệ thành tín hiệu áp (hoặc dịng) và sau đó
được khuếch đại. Sensor xuất tín hiệu ra báo có vật nếu mức điện áp lớn hơn mức ngưỡng.
<b>Cảm biến quang loại thu phát độc lập (Through Beam) </b>
<i><b>Hình 1.8. Cảm biến quang thu phát độc lập </b></i>
Cảm biến quang loại thu phát độc lập bao gồm hai phần: phần thu và phần phát độc lập
nhau, vật được đặt vào giửa bộ thu và phát như hình.
Cảm biến quang loại thu phát độc lập có đặc điểm:
+ Ðộ tin cậy cao.
+ Khoảng cách phát hiện xa.
+ Không bị ảnh hưởng bởi màu sắc và bề mặt của vật.
+ Khoản cách có thể lên đến 30m.
+ Kiểm tra được tất cả các vật thể trừ một ít vật thể có bề mặt trong suốt.
<b>Cảm biến quang loại thu phát chung (Retro Replective) </b>
Cảm biến quang loại thu phát chung có đặc điểm:
+ Ðộ tin cậy cao. Giảm bớt dây dẫn.
+ Có thể phân biệt được vật trong suốt, mờ, bóng lống.
+ Khoảng cách chỉ cỡ ½ , 1/3 so với phương pháp truyền xun tâm.
+ Khơng thích hợp khi dùng để phát hiện các vật liệu trong suốt hoặc các vật liệu có bề
mặt phản xạ được.
+ Vật phát hiện phải có kích thước lớn hơn bộ phận phản xạ của cảm biến.
+ Sử dụng nhiều nhất trong các ứng dụng phát hiện vật, thùng trong băng chuyền.
<b>Cảm biến quang loại đặt khoảng cách </b>
<b>Ứng dụng của cảm biến quang </b>
+ Phát hiện vật đi qua chổ hẹp:
<b>1.3. Các yêu cầu điều khiển của hệ thống tự động hóa cơng nghiệp </b>
Thiết kế hệ thống tự động điều khiển được bắt đầu từ yêu cầu kỹ thuật. Yêu cầu kỹ thuật
có liên quan mật thiết tới cơng nghệ của đối tượng tự động hóa và cấu trúc của chúng. Phương
án tối ưu, xét từ khía cạnh năng suất lao động và kinh tế có được khi hệ thống tự động hóa có
tính tối ưu về thiết bị, cơng nghệ, cấu trúc, giá thành. Nói cách khác, thiết kế một hệ thống tự
động hóa điều khiển mới xuất phát từ yêu cầu cần hiện đại hóa cơng nghệ, cấu trúc máy, trên
cơ sở những cơng nghệ và máy móc mới.
<b>1.3.1. Đảm bảo các sai số trong phạm vi cho phép </b>
Trong các bài toán kỹ thuật, khi thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh có liên quan
đến số lượng, dạng, công suất của các thiết bị động lực chính, chúng được lựa chọn theo
những chỉ tiêu kĩ thuật của từng thiết bị đó. Bài tốn kỹ thuật cho biết chế độ làm việc của đối
tượng điều chỉnh, các chế độ làm việc của các thiết bị động lực chính mà hệ thống tự động cần
thực hiện. Nó cho chúng ta biết những sai số tĩnh và động cho phép của đại lượng điều chỉnh.
Từ những thơng số đó mà chọn những thông số của các thiết bị điều chỉnh cho hợp lý, đáp
ứng được những yêu cầu về sai số.
<b>1.3.2. Đảm bảo độ nhanh, điều chỉnh phù hợp </b>
Các máy móc cơng nghiệp ngày càng có u cầu cao về năng suất lao động. Muốn đạt
được u cầu đó, mạch điều khiển phải chính xác. Tuy nhiên, thường gặp trong các hệ thống
tự động điều khiển, hệ thống tác động nhanh sẽ kéo theo lượng điều chỉnh lớn, do đó thường
phải lựa chọn sao cho tối ưu theo yêu cầu thực tế của đối tượng.
<b>1.3.3. Có chỉ tiêu năng lượng cao </b>
Các hệ thống điều khiển cần có chỉ tiêu kinh tế cao. Trong chỉ tiêu kinh tế thì tổn thất
năng lượng khi biến đổi và điều chỉnh đóng vai trị quan trọng. Ngồi ra hệ số cơng suất của
hệ thống cũng góp phần ảnh hưởng khơng nhỏ đến chỉ tiêu năng lượng
<b>1.4. Nhận dạng, phân tích chức năng hoạt động các phần tử hệ thống tự động hóa CN </b>
<b>a. Hệ thống điều khiển động cơ DC </b>
<i>Hình 1.3. Hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC </i>
+ Thiết bị điều khiển: biến tần (Inverter).
+ Cảm biến: sensor đo tốc độ động cơ.
<b>b. Hệ thống điều khiển nhiệt độ </b>
<i>Hình 1.4. Hệ thống điều khiển nhiệt độ </i>
+ Cơ cấu chấp hành: bộ điều chỉnh nhiệt độ trong lò nhiệt
+ Thiết bị điều khiển: là một thiết bị tự động được chế tạo làm việc theo chức năng và
yêu cầu thực tế như chuyển nhiệt độ từ lò nhiệt và hiển thị lên màn hình hiển thị và gởi tín
hiệu điều khiển để điều khiển lò nhiệt ổn định nhiệt độ.
+ Cảm biến: được dùng là loại cảm biến nhiệt.
<b>c. Hệ thống điều khiển động cơ AC 3 pha </b>
<i><b>Hình 1.5. Hệ thống điều khiển động cơ AC 3 pha </b></i>
<b>Chương 2: </b>
Chương 2 này sẽ giới thiệu công cụ Grafcet dùng để mô tả được hoạt động của hệ thống
tự động hóa cơng nghiệp. Sinh viên sẽ dựa vào công cụ này để xây dựng lưu đồ điều khiển mơ
<b>tả hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp. </b>
<b>Mục tiêu: </b>
- Về kiến thức:
+ Mô tả được hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp.
+ Nhận dạng được vị trí của các phần tử trên hệ thống tự động hóa cơng nghiệp.
+ Xây dựng được lưu đồ điều khiển mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa CN.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Thể hiện tính chặt chẽ và chính xác.
+ Thể hiện tư duy phản biện. Thể hiện tinh thần độc lập, sáng tạo.
<b>Nội dung chính: </b>
<b>2.1. Tổng quan về công cụ mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa cơng nghiệp </b>
Trong lập trình điều khiển dùng PLC (bộ điều khiển khả trình), Grafcet là một trong 5
ngơn ngữ chính thức được công nhận và được biết dưới tên gọi bằng tiếng Anh là SFC
(Sequential Function Chart của tiêu chuẩn IEC 1131-3).
Grafcet là từ viết tắt của tiếng Pháp: Graphe Fonctionnel de Commande des Etapes et
Transitions (đồ hình điều khiển bước - chuyển tiếp) do hai cơ quan AFCET (Liên hiệp Pháp
về tin học kinh tế và kỹ thuật) và ADEPA (Tổ chức nhà nước về phát triển nền sản xuất tự
động hóa) hợp tác soạn thảo ra từ tháng 11/1982.
Grafcet là ngôn ngữ lập trình bằng biểu đồ để mơ tả các hoạt động của hệ thống điều
khiển trình tự.
Grafcet được xây dựng trên các bước và các chuyển tiếp, mỗi bước (tương ứng với một
vị trí trong mạng Petri) diễn tả trạng thái mà tại đó ứng xử của hệ thống được xác định bởi tác
động gắn liền với bước đó.
Mỗi chuyển tiếp (tương ứng chuyển tiếp của mạng Petri) thể hiện điều kiện chuyển
trạng thái của hệ thống, chuyển tiếp gắn liền với một điều kiện.
+ Chức năng điều khiển ở bất cứ mức nào đều có thể biểu diễn bởi một nhóm bước và
các chuyển tiếp được gọi là biểu đồ chức năng. Sau đó những biểu đồ này có thể được kết nối
lẫn nhau theo trình tự yêu cầu, bởi các liên kết có hướng biểu diễn dịng điều khiển nhằm tạo
nên một biểu đồ Grafcet hồn chỉnh.
<b>2.2. Cơng cụ mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa cơng nghiệp </b>
<b>2.2.1. Ngơn ngữ lập trình GRAFCET – các thành phần </b>
<b>Chuyển tiếp </b> <b>Điều kiện gắn liền <sub>với chuyển tiếp </sub></b>
<b>Tác động gắn </b>
<b>liền với bước </b>
<b>Bước mở đầu </b>
<b> </b>
<b>Bước </b>
<b> </b>
<b>2.2.1.1. Các bước (Step) </b>
Bước là thành phần ngôn ngữ Grafcet, được dùng để xác định trạng thái của một phần
hoặc toàn bộ hệ thống. Tại một thời điểm một bước có thể là tích cực hoặc khơng tích cực.
Tập hợp các bước tích cực xác định tình trạng của hệ thống đã cho tại thời điểm nào đó.
<b>Bước: Mỗi bước được biểu diễn bằng hình vng nét đơn, có con số ở nữa trên bên </b>
trong hình vng. Ví dụ: "Bước 1"
<b>Biến bước: Trạng thái tích cực và khơng tích cực của bước có thể được biểu thị bằng </b>
các giá trị logic "1" hoặc "0" . Ví dụ: "Biến bước của bước thứ 8" X8
"X8" =1 và "
Ví dụ: nhiều kết nối tại đầu vào và đầu ra của bước 7.
<b>2.2.1.2. Tác động gắn liền với bước </b>
Mỗi bước có thể được gắn liền một hoặc nhiều tác động. Các tác động này được thực
hiện khi bước mà chúng gắn liền ở trạng thái tích cực.
Một bước có thể khơng có tác động nào gắn liền. Ta có thể sử dụng bước này để chờ
của một sự kiện bên ngồi. Ví dụ sự thay đổi trạng thái của đầu vào, đồng bộ giữa nhiều bước
trong Grafcet.
<b>Tác động: được biểu diễn bằng hình chữ nhật gắn kết với bước. </b>
<b>Gán nhãn cho đầu ra: Mỗi tác động sẽ có nhãn viết bằng chữ in hoa bên trong hình </b>
chữ nhật, đại diện cho tác động này.
Ví dụ: Để biểu diễn 1 tác động VAN 2 mở khi bước 9 tích cực, biểu diễn như sau:
<b>2.2.1.3. Chuyển tiếp (transition) </b>
Chuyển tiếp là để chỉ khả năng chuyển đổi giữa các bước.
<b>Chuyển tiếp từ một bước đến bước khác: Chuyển tiếp được biểu diễn bởi một đường </b>
vng góc với đường thẳng nối giữa hai bước. Quy ước:
+ Chuyển tiếp được kích hoạt khi bước liền trước là tích cực.
+ Giữa hai bước bao giờ cũng chỉ có một chuyển tiếp.
<b>Gán chuyển tiếp: Chuyển tiếp được gán một con số nằm trong ngoặc kép, bên trái </b>
chuyển tiếp.
7
<b> 9 </b> <sub>MO VAN 2 </sub>
<b> 9 </b> <sub>VAN 2 </sub>
Ví dụ: Chuyển tiếp từ một bước (12) đến các bước (13, 23, 33). Chuyển tiếp (8) được
kích hoạt khi bước 12 là tích cực.
<b>(8) </b>
<b>12 </b>
<b>13 </b> <b>23 </b> <b>33 </b>
<b>2.2.1.4. Các quy tắc </b>
<b>Quy tắc 1: Tình trạng ban đầu </b>
Tình trạng ban đầu của grafcet là tình trạng tại thời điểm ban đầu. Tập hợp bước tích
cực tại thời điểm ban đầu.
Trong trường hợp q trình tự động hóa khơng theo chu kỳ, tình trạng ban đầu phụ
thuộc vào tình trạng thao tác tại thời điểm ban đầu của phần điều khiển.
<b>Quy tắc 2: Sự thông của chuyển tiếp </b>
Một chuyển tiếp được là kích hoạt khi tất cả các bước liền trước liên kết với chuyển tiếp
này là tích cực. Sự thơng của chuyển tiếp chỉ xảy ra:
+ Khi chuyển tiếp được kích hoạt;
<b>Điều kiện của T2 = 0 </b>
<b> </b>
<b> T2 không thông </b>
<b>Bước 2 tích cực </b>
<b> </b>
<b> T2 kích hoạt</b>
<b> Điều kiện của T2 = 1 </b>
<b> </b>
<b> T2 thông </b>
Người thiết kế có thể xây dựng các đồ hình Grafcet bằng cách sử dụng các cấu trúc khác
nhau, nhưng phải tuân thủ quy tắc cú pháp chuyển đổi bước/chuyển tiếp.
<i><b>a. Trình tự </b></i>
Một trình tự là nối tiếp của các bước trong đó:
- mỗi bước chỉ có 1 chuyển tiếp liền sau, ngoại trừ bước cuối cùng.
- mỗi bước chỉ có một chuyển tiếp liền trước được kích hoạt bởi một
bước của trình tự, ngoại trừ bước đầu tiên.
Chú ý: Một trình tự được gọi là tích cực nếu ít nhất một bước là tích cực.
Một trình tự được gọi là khơng tích cực khi tất cả các bước là khơng tích
cực.
<i><b>b. Chu kỳ của trình tự đơn </b></i>
Trường hợp trình tự mạch vịng là:
- Mỗi bước chỉ có một chuyển tiếp liền sau,
- Mỗi bước chỉ có một chuyển tiếp liền trước có thể kích hoạt bởi bước
đơn của trình tự.
Chú ý: Một chu kỳ của trình tự đơn phải thỏa mãn ít nhất một trong điều
kiện sau để cho phép sự tích cực các bước của nó.
- phải có ít nhất một bước mở đầu.
- một lệnh cưỡng từ grafcet thành phần ở mức cao hơn.
<i><b>c. Sự lựa chọn các quá trình </b></i>
Sự lựa chọn trình tự đưa ra sự chọn tiến triển giữa các trình tự
bắt đầu từ một hoặc nhiều bước. Cấu trúc này được biểu diễn
bởi nhiều chuyển tiếp kích hoạt cùng lúc và các tiến triển.
<b>2.2.1.6. Các cấu trúc đặc biệt </b>
<i><b>a. Bước nguồn </b></i>
Bước nguồn là một bước mà không có chuyển tiếp liền trước.
Để tích cực bước nguồn thì phải thỏa mãn một trong các điều kiện sau:
- Bước nguồn là bước khởi đầu
<i><b> - Bước nguồn được yều cầu bởi lệnh cưỡng bước từ grafcet mức cao hơn. </b></i>
Ví dụ: Bước nguồn khởi đầu. Bước nguồn khởi đầu 1 chỉ tích cực ở thời điểm ban đầu.
Bước 2, 3 và 4 hình thành chu kỳ của một trình tự đơn.
<i><b>b. Bước đích </b></i>
Bước đích là một bước mà khơng có chuyển tiếp liền sau.
Để mất tích cực bước đích chỉ được thực hiện bằng: Lệnh cưỡng
bước từ grafcet mức cao hơn.
<i><b>d. Chuyển tiếp đích </b></i>
Chuyển tiếp đích là chuyển tiếp mà khơng có bước liền sau.
Khi chuyển tiếp đích được kích hoạt và điều kiện gắn liền của nó *
là đúng thì việc thơng của chuyển tiếp dẫn đến mất tích cực các
bước phía trên.
<b>2.2.1.7. Cách xây dựng cấu trúc </b>
Sự phức tạp của hệ thống tự động hóa cần các phương pháp xây dựng cấu trúc cho đặc
trưng. Việc xây dựng này có thể có các phương pháp luận hỗ trợ hoặc khơng, nhưng nó sẽ bị
hạn chế: chỉ phân chia các đặc trưng hoặc hợp nhất các khái niệm thứ bậc của cưỡng bức.
<i><b>a. Sự phân chia Grafcet </b></i>
<b>Grafcet liên kết </b>
Grafcet liên kết là một cấu trúc mà chỉ có liên tục của các liên kết (chuyển đổi
bước-chuyển tiếp) giữa bất kỳ 2 yếu tố trong sơ đồ garfcet: bước hoặc bước-chuyển tiếp.
<b>Ví dụ: tất cả các thành phần ở sơ đồ 1 sẽ </b>
hình thành nên grafcet liên kết, bởi vì các
bước và liên kết của nó được nối với
nhau bởi liên kết có hướng. Các thành
phần ở sơ đồ 2 cũng hình thành nên
grafcet liên kết.
<b>Grafcet từng phần </b>
Được hình thành bởi một hay vài grafcet liên kết nên grafcet từng phần là kết quả của
việc phân chia grafcet tồn cục. Grafcet này mơ tả hành vi một phần trình tự của hệ thống.
<b>Ví dụ: Từng phần của </b>
grafcet toàn cục:
Các grafcet toàn cục
được tạo thành bởi
grafcet từng phần G1 và
G2. Grafcet từng phần
G1 được tạo nên bởi 2
grafcet liên kết.
*
<i><b>b. Cách xây dựng cấu trúc sử dụng cưỡng bức Grafcet từng phần </b></i>
Cưỡng bức Grafcet từng phần được sử dụng xây dựng cấu trúc đặc trưng từng phần
trình tự của hệ thống. Các lệnh cưỡng bức này cho phép áp đặt tình trạng cụ thể lên một
<b>Lệnh cưỡng bức Grafcet thành phần: </b>
Dấu * sẽ bị thay thế bởi tình trạng của Grafcet thành phần.
Bởi vì lệnh cưỡng bức có liên quan đến sự tích cực bước của
grafcet từng phần ở thứ bậc cao hơn, nên nó là lệnh ở bên
trong cho phép áp đặt một tình trạng lên grafcet từng phần ở
thứ bậc thấp hơn.
Lệnh cưỡng bức được minh họa bằng hình chữ nhật nét đơi gắn liền với bước.
Grafcet bị cưỡng bức không thể tiến triển trong suốt quá trình diễn ra lệnh cưỡng
bức. Grafcet như vậy được gọi là đóng băng.
Việc sử dụng lệnh cưỡng bức trong việc xây dựng cấu đặc tính, cần phải có một cấu
trúc thứ bậc sử dụng grafcet từng phần. Như vậy mỗi một grafcet từng phần cưỡng bức sẽ
ở một mức cao hơn grafcet bị cưỡng bức từng phần.
<b> Ví dụ: Cưỡng bức grafcet từng phần lên một tình trạng </b>
cụ thể. Khi bước 17 là tích cực thì grafcet từng phần 12 bị
cưỡng bức tới một tình trạng, tích cực bước 8, 9, và 11.
<b>2.2.2. Bài tập ví dụ xây dựng biểu đồ Grafcet cho hệ thống Distributing </b>
<b>2.2.2.1. Quy trình họat động </b>
<i>Nhấn nút Start: </i>
+ Tay quay quay sang trạm 2.
+ Piston đẩy phôi ra khỏi ngăn chứa.
+ Tay quay quay về trạm 1.
+ Giác hút hút phôi.
+ Tay quay quay sang trạm 2 đồng thời piston đẩy phôi rút về.
+ Giác hút nhả phôi.
<b>17 </b> <b><sub>G12{8,9,11} </sub></b>
<b>2.2.2.2. Mơ tả quy trình họat động dưới dạng ký hiệu </b>
Piston đẩy phôi (A):
A+: Piston rút vào (phôi bị đẩy ra)
A- : Piston đi ra
Tay quay (B):
B+: Tay quay quay sang trạm 2
B- : Tay quay quay về trạm 1
Giác hút (C):
C+: Giác hút hút phôi
C- : Giác hút nhả phơi
Chu trình: Start + X1 Y1(B+) X2(Y13S2) Y2(A+) X3(Y2)
<b>2.2.2.3. Biểu đồ Grafcet cho hệ thống </b>
start
1
Xi lanh đẩy sản phẩm
ra
Có sản phẩm
2
Xilanh quay đi vào
Cb báo xilanh hết hành trình
3
Giác hút sản phẩm
Xilanh đẩy đi vào
Cb báo xilanh quay di vào ụ
chứa
4
Xilanh quay đi ra trạm
kế
Cb áp suất báo đủ áp suất
5
Thổi sản phẩm
Cb báo xilanh quay đi ra trạm
kế
<b>CHƯƠNG 3: </b>
<b>Giới thiệu: </b>
Chương 3 này sẽ hướng dẫn trình tự các bước lắp đặt, vận hành, bảo trì và sửa chữa hệ
thống tự động hóa cơng nghiệp.
<b>Mục tiêu: </b>
- Về kiến thức:
+ Trình bày được cấu ta ̣o và các chức năng hoạt động của hệ thống tự động hóa CN.
- Về kỹ năng:
+ Lắp đặt được một hệ thống tự động hóa cơng nghiệp
+ Vận hành được một hệ thống tự động hóa cơng nghiệp
+ Bảo trì và sửa chữa được một hệ thống tự động hóa cơng nghiệp
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Thể hiện tính chặt chẽ và chính xác. Thể hiện tư duy phản biện, độc lập, sáng tạo.
<b>Nội dung chính: </b>
<b>3.1. Phương pháp lắp ráp hệ thống tự động hóa cơng nghiệp </b>
<b>3.1.1. Trình bày cấu ta ̣o và các chức năng hoạt động của hệ thống </b>
Bảng điều khiển:
Vị trí ban đầu (vị trí gốc):
+ Xylanh đẩy sản phẩm ở vị trí ngồi.
+ Tay xoay ở vị trí hút phơi.
+ Van chân khơng khơng hoạt động; Khơng có phơi liệu trong ổ chứa.
Hoạt động của hệ thống:
TT Mô tả Ghi chú
1 <b>A: Đèn Reset sáng </b>
2 Khóa điều khiển sang vị trí MAN
3 Nhấn nút Reset
4 Trạm cấp phôi về vị trí gốc
6 Khóa điều khiển sang vị trí AUTO
7 <b>C: Đèn Start sáng </b>
8 Cho phôi vào ụ
9 Nhấn nút Start
10 Đèn Start tắt
11 Tay quay về vị trí nhả phơi
12 <b>B: Xylanh đẩy phôi </b>
13 Tay quay về vị trí hút phơi (nếu có phơi)
14 Hút phôi
<b>3.1.4. Thiết lập cấu hình giao tiếp giữa máy tính và PLC cho hệ thống </b>
<b>- Khởi động TIA PORTAL > click chọn Create new project. </b>
<b>- Trong mục Project name chọn tên project là Project2, trong mục Path chọn đường </b>
dẫn lưu project > nhấn Create để tạo.
sau khi tạo xong ta sẽ có giao diện như sau:
<b>- Chọn mục Configure a device để khai báo thiết bị > chọn Add new device > chọn </b>
<b>- Bấm chọn PLC_1 > Device view > sửa địa chỉ DI16/DO16_1 như hình. </b>
<b>3.1.5. Lập trình điều khiển hệ thống </b>
<b>- Bạn vào PLC tags > chọn Show all tags và đánh Name và Address vào. </b>
<b> </b>
<b> </b>
<b> </b>
<b> </b>
<b> </b>
<b> </b>
<b> … </b>
<i><b>c. Mô phỏng bằng phần mềm S7 PLC SIM </b></i>
<b>- Chọn biểu tượng Download </b> .
<b>3.2. Lắp ráp và vận hành hệ thống </b>
<b>3.2.1. Lập kế hoạch lắp ráp các phần tử </b>
Bước 1: Chuẩn bị bộ dụng cụ và vật tư, thiết bị để lắp hệ thống theo yêu cầu kỹ thuật.
Bước 2: Lập quy trình lắp ráp và kiểm tra hoạt động các phần tử cơ khí trong hệ thống.
Bước 3: Lập quy trình lắp ráp và kiểm tra hoạt động các phần tử khí và điện trong HT.
Bước 4: Lập quy trình điều khiển tuần tự cho hệ thống theo yêu cầu kỹ thuật.
Bước 5: Lập quy trình các bước nạp chương trình vào PLC và kiểm tra hoạt động của hệ
thống so với yêu cầu kỹ thuật.
<b>3.2.2. Lắp ráp các phần tử cơ khí </b>
<i><b>a. Quy trình lắp ráp </b></i>
<b>Chi tiết </b> <b>Hình ảnh thực tế </b>
Bước 1: Lắp thanh rây
Chú ý an toàn
Bước 3: Lắp cảm biến áp suất
Chú ý an toàn
Bước 4: Lắp cụm van khí
Bước 7: Lắp nguồn khí
Bước 8: Lắp bộ xử lí tính hiệu
cảm biến
Chú ý an toàn
Bước 9: Lắp ụ chứa
Chú ý an tồn
Bước 10: Kết nối khí (ống khí
nén) và kết nối điện (I/O
terminal) theo sơ đồ
<b>3.2.3. Lắp ráp các phần tử khí nén </b>
<b>3.2.4. Lắp ráp các phần tử điện </b>
<b>3.2.5. Viết chương trình điều khiển hệ thống </b>
<i><b>b. Khai báo các địa chỉ các ngõ vào và ngõ ra (Tag Table) </b></i>
<b>Địa chỉ </b>
<b>đầu vào </b>
<b>(IN) </b> <b>Chú thích </b>
<b>Địa chỉ </b>
<b>đầu ra </b>
<b>(OUT) </b> <b>Chú thích </b>
DI 0 DO 0 Cấp phôi.
DI 1 Xylanh đẩy phơi ở vị
trí ngồi.
DO 1 Hút phôi.
DI 2 Xylanh đẩy phôi ở vị trí
rút về
DO 2 Nhả phơi.
DO 3 Tay quay về vị trí hút
phơi.
DI 4 Tay quay đến vị trí
hút phơi.
DO 4 Tay quay về vị trí nhả
phơi.
DI 5 Tay quay ở vị trí nhả
phơi.
DI 6 Đặt ở vị trí hút phơi.
DI 7
DI 10 Nút nhấn Start.
DI 11 Nút nhấn Stop (NC).
DI 12 Công tắc chọn chế độ
AUTO/MAN.
DO 10 (H1) Đèn Start.
DI 13 Nút nhấn Reset. DO 11 (H2) Đèn Reset.
<i><b>c. Lập trình điều khiển hệ thống theo phương pháp tuần tự </b></i>
Network 2:
Network 3:
Network 4:
Network 5:
Network 7:
Network 8:
<b>3.2.6. Vận hành hệ thống </b>
<i><b>b. Vận hành </b></i>
<b>Bước Nội dung công việc </b> <b>Ghi chú </b>
1 Mô phỏng trên phần mềm PLCSIM Tác động các ngõ vào ra theo lưu đồ
vận hành
2 Kết nối cáp, load chương trình PLC Chương trình đổ vào hệ thống PLC
3 Vận hành hệ thống Vận hành theo lưu đồ
4 Hiệu chỉnh chương trình (nếu có) Hiệu chỉnh chương trình (nếu không
đúng lưu đồ vận hành)
<b>3.3. Phương pháp bảo trì và sửa chữa hệ thống hệ thống tự động hóa cơng nghiệp </b>
<b>3.3.1. Lập kế hoạch bảo trì và sửa chữa </b>
<b>3.3.2. Kiểm tra hệ thống </b>
Sử dụng hộp mô phỏng, đặt phôi vào ụ chứa phôi, kết nối hộp mô phỏng với I/O
<i><b>terminal và kết nối nguồn 24VDC cho hộp mô phỏng. </b></i>
Kiểm tra các ngõ vào ra của hệ thống và ghi kết quả vào bảng.
<b>OUTPUT </b> <b>Kết quả </b>
Xylanh cấp phôi thu về (DO 0 = 1)
Xylanh cấp phôi đẩy ra (DO 0 = 0)
<b>3.3.3. Tìm và sửa lỗi hệ thống </b>
<i><b>Các sai hỏng thường gặp và biện pháp sửa lỗi khi vận hành hệ thống </b></i>
<b>TT Dạng sai hỏng </b> <b>Nguyên nhân </b> <b>Khắc phục </b>
1 Cảm biến không tác động Ánh sáng tác động Chỉnh lại biến trở trên
cảm biến
2 Tải đầu ra không hoạt động Xuất sai địa chỉ điều <sub>khiển ngõ ra </sub> Kiểm tra lại kết cấu <sub>phần cứng I/O </sub>
3 Đèn đỏ SF PLC sáng Lỗi cấu hình sai Cấu hình lại PLC
4 Dowload bị lỗi Sai truyền thông giữa
PC và PLC Đặt lại truyền thông
5 Cơ cấu khí nén khơng hoạt <sub>động khi có tín hiệu </sub> Chưa cấp nguồn khí Cấp nguồn khí
<b>BÀI TẬP 3.1. Vận hành, bảo trì và sửa chữa hệ thống hoạt động trạm Processing. Yêu cầu </b>
học sinh thiết lập lưu đồ điều khiển và vận hành và kiểm tra hoạt động của hệ thống.
<b>BÀI TẬP 3.2. Vận hành, bảo trì và sửa chữa hệ thống hoạt động trạm Testing. Yêu cầu học </b>
sinh thiết lập lưu đồ điều khiển và vận hành và kiểm tra hoạt động của hệ thống.
<b>BÀI TẬP 3.3. Vận hành, bảo trì và sửa chữa hệ thống hoạt động trạm Handling. Yêu cầu học </b>
sinh thiết lập lưu đồ điều khiển và vận hành và kiểm tra hoạt động của hệ thống.
<b>BÀI TẬP 3.4. Vận hành, bảo trì và sửa chữa hệ thống hoạt động trạm Sorting. Yêu cầu học </b>
[1] Richard C.Dorf, Robert H.Bishop, Modern Control System, Tenth Edition, Pearson
Prentice Hall, 2005.