1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP VŨ TRUNG THƯỚNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG XI LANH KHÍ NÉN TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM BẰNG PLC S7-300 CỦA HÃNG SIEMENS Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 60520216 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên, 2014 2 Công trình được hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP–ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Phan Xuân Minh Phản biện 1: PGS.TS. Lại Khắc Lãi Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Như Hiển Luận văn này được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn Họp tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN Vào hồi 14 giờ 15’, ngày 17 tháng 8 năm 2014 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên -Thư viện trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 3 MỞ ĐẦU 1. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn: Cùng sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay các thiết bị truyền dẫn, điều khiển khí nén sử dụng trong trong phòng thí nghiệm, máy móc trở nên rộng rãi ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển, máy dập, máy xây dựng, máy ép phun, tàu thủy, máy y khoa, dây chuyền chế biến thực phẩm,… do những thiết bị này làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo chính xác, công suất lớn với kích thước nhỏ gọn và lắp đặt dễ dàng ở những không gian chật hẹp so với các thiết bị truyền động và điều khiển bằng cơ khí hay điện. Để giúp cho công tác đào tạo tại Trường Đại học Công nghiệp Việt-Hung trong lĩnh vực tự động hóa, tiếp cận nhanh chóng với các thiết bị của hệ thống điều khiển khí nén trong việc khai thác các thiết bị phục vụ cho công tác giảng dạy của trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và các trường ĐH, CĐ trên địa bàn Hà Nội học viên chọn đề tài: “Điều kiển hệ thống xi lanh khí nén trong phòng thí nghiệm bằng PLC S7-300 của hãng Siemens”. Với đề tài này học viên có cơ hội tìm hiểu về thiết bị PLC của hãng Siemens, thực hành thiết kế và lập trình hệ thống điều khiển tự động cho đối tượng công nghiệp (cụ thể là đối tượng hệ thống khí nén) bằng các thiết bị và công cụ phần mềm của trường Cao đẳng Nghề Cơ Điện Hà Nội. 2. Mục đích nghiên cứu Trang bị cho học viên các kiến thức và phương pháp mô hình hóa đối tượng bằng thực nghiệm. Sử dụng thành thạo công cụ nhận 4 dạng hệ thống của phần mềm Matlab để mô hình hóa đối tượng điều khiển tuyến tính với độ chính xác tương đối cao. Khai thác sử dụng các module điều khiển quá trình của STEP7 và nâng kỹ năng lập trình hệ thống điều khiển. Về lý thuyết trang bị cho học viên các phương pháp thiết kế bộ điều khiển PID, khả năng phân tích và lựa chọn phương pháp thiết kế phù hợp cho đối tượng điều khiển. Đề tài này giúp cho học viên ngành điện phần nào hiểu được cách thức hoạt động của các thiết bị khí nén đồng thời ứng dụng PLC vào điều khiển chúng. Đề tài được trình bày theo dạng các bài thí nghiệm, học viên sau khi nắm vững lý thuyết, sẽ thực hành theo các dạng bài tập thí nghiệm. Các bài thí nghiệm được viết theo trình tự từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp nằm giúp học viên dễ dàng nắm bắt bài học hơn. Đề tài này được thực hiện trên bộ thí nghiệm khí nén của hãng SIMEN đề tài giới thiệu cho sinh viên các thiết bị và các thức hoạt động của các thiết bị, tự động điều khiển các thiết bị bằng PLC, giúp học viên có kiến thức căn bản nhất về khí nén và đây là một đề tài mới mẻ đối với học. Trong quá trình nghiên cứu xây dựng bài thực tập do kiến thức còn hạn chế chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, kính mong quí Thầy, Cô cùng các bạn học viên đóng góp ý kiến để xây dựng đề tài tốt hơn. 3. Nội dung trình bày luận văn Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm 3 chương: Chương 1: Mô tả thiết bị quá trình của bàn thí nghiệm Chương 2: Thiết kế hệ thống mạng PROFIBUS với STEP7 Chương 3: Viết chương trình điều khiển, khảo sát thực nghiệm Viết phần mềm điều khiển tương ứng cho các modul này. Kết nối hệ thống hoàn chỉnh và chạy thử nghiệm. 5 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ: Đưa ra các nhận xét, đánh giá về hệ thống, những điểm đạt được và những hạn chế, điểm chưa đạt được của đề tài. Nêu kiến nghị bản thân và các đề xuất hoàn thiện hệ thống cũng như hướng phát triển của đề tài. 6 Chương 1: MÔ TẢ THIẾT BỊ QUÁ TRÌNH CỦA BÀN THÍ NGHIỆM 1.1. Các thiết bị cảm biến của quá trình 1.1.1. Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor) 1.1.1.1. Đặc điểm: Phát hiện vật không cần tiếp xúc. Tốc độ đáp ứng nhanh. Đầu sensor nhỏ, có thể lắp ở nhiều nơi. Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt. 1.1.1.2. Một số định nghĩa Khoảng cách phát hiện: Khoảng cách xa nhất từ đầu cảm biến đến vị trí vật chuẩn mà cảm biến có thể phát hiện được. Hình 1.1 7 1.1.2. Cảm biến tiệm cận điện cảm (Inductive Proximity Sensor) Hình 1.4. Vài loại cảm biến tiệm cận điện cảm của Siemens Cảm biến tiệm cận điện cảm có nhiều kích thước và hình dạng khác nhau tương ứng với các ứng dụng khác nhau. Cảm biến tiệm cận điện cảm được dùng để phát hiện các đối tượng là kim loại (loại cảm biến này không thể phát hiện các đối tượng có cấu tạo không phải là kim loại). 1.2. Các thiết bị chấp hành của quá trình 1.2.1. Van khí 8 Hình 1.25 Van lọc khí nén 1.2.1.2. Van điều chỉnh áp suất: Nhiệm vụ của van áp suất là ổn định áp suất điều chỉnh, mặc dù có sự thay đổi bất thường của áp suất làm việc ở đường ra hoặc sự dao động của áp suất ở đầu vào. Áp suất ở đầu vào luôn luôn là lớn hơn áp suất ở đầu ra (hình 1.26). Hình 1.26. Cấu tạo van điều chỉnh áp suất 1.2.1.3. Van tra dầu: Được sử dụng đảm bảo cung cấp bôi trơn cho các thiết bị trong hệ thống điều khiền khí nén nhằm giảm ma sát, sự ăn mòn và sự gỉ (hình 1.27). 9 Hình 1.27 Cấu tạo van tra dầu 1.2.1.4. Phần tử điều chỉnh Trong hệ thống điều khiển khí nén, ngoài cơ cấu biến đổi năng lượng, phần tử đưa tín hiệu và xử lý tín hiệu ra, còn có nhiều cơ cấu điều khiển và điều chỉnh làm các nhiệm vụ khác nhau. Tùy thuộc vào nhiệm vụ của hệ thống mà các cơ cấu này chia ra làm 3 loại chủ yếu: 1.2.1.5. Cơ cấu chỉnh áp Cơ cấu chỉnh áp dùng để điều chỉnh áp suất, có thể cố định hoặc tăng hoặc giảm trị số áp suất trong hệ thống truyền động khí nén - thủy lực. Cơ cấu chỉnh áp có các loại phần tử sau: Hình 1.28. Van an toàn 1.2.1.6. Cơ cấu chỉnh lưu lượng. Cơ cấu chỉnh lưu lượng để xác định lượng lưu chất chảy qua nó trong một đơn vị thời gian và như vậy sẽ làm thay đổi vận tốc dịch chuyển của cơ cấu chấp hành trong hệ thống lưu chất làm việc với bơm tạo năng lượng với lưu lượng cố định. 10 Hình 1.32. Mô tả van tiết lưu được lắp ở đường ra của xy lanh dầu. 1.2.1.7. Cơ cấu chỉnh hướng. Cơ cấu điều khiển là loại cơ cấu điều khiển dùng để đóng, mở, nối liền hoặc ngăn cách các bộ phận của hệ thống khí nén. Cơ cấu chỉnh hướng thường dùng các loại sau đây: Van một chiều Hình 1.37. Van một chiều 1.3. Cơ cấu chấp hành 1.3.1. Động cơ a. Động cơ bánh răng (gear motor) Động cơ bánh răng được phân thành 3 loại: động cơ bánh răng thẳng, động cơ bánh răng nghiên, động cơ bánh răng chữ V. Hình 1.52. Động cơ bánh răng [...]... xi lanh khí nén trong phòng thí nghiệm bằng PLC S7- 300 của hãng Siemens , học viên đã thực hiện được các kết quả cơ bản sau đây: - Tìm hiểu các thiết bị quá trình của một hệ thống thủy lực khí nén - Tìm hiểu mạng truyền thông công nghiệp do hãng Siemens cung cấp - Mô hình hóa hệ thống tích hợp linh hoạt FMS 300 của hãng SMC “ Công đoạn lắp ghép gia công phôi đóng ổ” trong phòng thí nghiệm của trường... Hà Nội bằng phương pháp thực nghiệm - Lập trình gói phần mềm điều khiển hệ thống xi lanh khí nén bằng phần mềm STEP 7 - Cài đặt phần mềm, chạy thử và kiểm tra thống điều khiển tự động bàn thí nghiệm xi lanh khí nén bằng hệ PLC Siemens - Kết quả nghiên cứu này góp phần vào việc chế tạo các thiết bị tự động trong các nhà máy gia công lắp ráp ô tô, xe máy, đóng gói sản phẩm, dây chuyền sản xuất xi măng... của xy lanh lồng là bằng tổng khoảng chạy của các pít tông Hình 1.66 Sơ đồ kết cấu xy lanh lồng hai xy lanh 1.4 Phát biểu các bài toán điều khiển 1.4.1 Các loại tín hiệu điều khiển: Trong điều khiển khí nén nói chúng ta sử dụng hai loại tín hiệu:  Tín hiệu tương tự: 14 Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG 2.1 Cấu trúc của một hệ thống PROFIBUS-DP với SIMATIC S7 Một hệ thống mạng... hợp…), trong công nghiệp hóa chất (đóng mở van) • Xy lanh tác dụng kép Áp lực tác động vào xy lanh kép theo hai phía (hình 1.60) Hình 1.60 Xy lanh tác động kép Hình 1.61 Xy lanh khí nén có trục dẫn hướng Hình 1.62 Hình cắt không gian của Xi lanh khí nén 13 b Một số loại Xi lanh đặc biệt • Xy lanh lồng Xy lanh lồng là một loại xy lanh lực gồm nhiều xy lanh và pít tông lồng đồng tâm với nhau Khoảng chạy của. .. xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội [8] Lê Văn Doanh (2002) - Các bộ cảm biến trong KTĐL và ĐK –NXBKHKT [9] Nguyễn Ngọc Phương (2004)- Hệ thống điều khiển bằng khí nén, tác giả, Nhà xuất bản giáo dục [10] Bùi Quốc Khánh - Nguyễn Văn Liễn - Nguyễn Thị Hiền (2001)- Truyền động điện nhóm tác giả, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội [11] Bùi Quý Lực (2004), Hệ thống điều khiển số trong công nghiệp,... trúc của một hệ thống PROFIBUS-DP với SIMATIC S7 2.1.1 PROFIBUS - Master Các hệ thống S7- 300 cũng như S7- 400 có thể nối vào PROFIBUS như là các Master qua các CPU có tích hợp giao tiếp PROFIBUS-DP hoặc các CP (Communication Processing) Các CPU có tích hợp giao tiếp PROFIBUS-DP cho phép cấu hình các hệ thống tự động hoá phân tán với tốc độ truyền lớn nhất 12 Mbaud 16 Hình 2.2: Cấu trúc của một hệ thống. .. 1.3.2 Xy lanh. a Xy lanh lực • Xy lanh tác dụng đơn Áp lực tác động vào xy lanh đơn chỉ ở một phía, phía ngược lại là do lò xo tác động hoặc là ngoại lực tác động Hình 1.58: Xy lanh tác dụng đơn • Xy lanh màng Xy lanh màng hoạt động như xy lanh tác dụng đơn (hình 1.59) 12 Xy lanh màng có hành trình dịch chuyển lớn nhất (hmax = 80) nên được dùng trong điều khiển, ví dụ trong công nghiệp ô tô (điều khiển... trình điều khiển cho các modul có thể giám sát SCANDA truyền thông trong công nghiệp; Để có thời gian và điều kiện nghiên cứu học viên mong muốn ứng dụng để thực thi cho hệ thống gia công được nhiều chất liệu khác nhau, có màn hình giám sát hệ thống và có thể kết nối truyền thông qua mạng 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Minh Sơn: Hệ thống điều khiển quá trình NXB ĐHBK HN [2] Nguyễn Doãn Phước: Hệ thống. .. được điều này, khay nâng tiếp tục bị chặn lại, nó được kích nâng nh và định tâm tại 4 chốt giống nhau (4 chốt này ăn khớp vào các lỗ ở mặt dưới tấm nâng) Thiết lập bảng Symbol: - Trạm kiểm tra: 22 Hình 3.4 ết chương trình cho trạm kiểm tra: 3.5 Viết chương trình điều khiển trạm: 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 24 1 Kết luận Trong thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài Điều kiển hệ thống xi lanh khí. .. cứng Bàn thí nghiệm điều khiển được ghép nối các trạm với nhau để tổng thành cho một quá trình sản xuất Khối tự động linh hoạt được cấu thành từ sự kết nối giữa các nhóm ngành khác nhau như điện, điện tử và bảo trì bảo dưỡng như: - Lắp đặt, bảo trì điện cơ khí và băng chuyền 19 - Bảo trì thiết bị công nghiệp - Các hệ thống điều chỉnh và điều khiển tự động Hệ thống cho phép phát triển các kỹ năng khác