Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................................4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ THỰC TẬP.........................................10
CHƯƠNG II: HỆ THỐNG MODULE THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG
CƠ........................................................................................................................... 15
CHƯƠNG III: TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH VÀ CÀI ĐẶT
THAM SỐ CHO HỆ THỐNG THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ........34
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH.........................................57
GVHD: TS Khổng Cao Phong
SVTH: Phan Phương Thảo
Lớp: TĐH B K57
1
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.2 Mô hình thực hành TĐH hệ thống bơm - Phòng TĐH 01 Error: Reference
source not found
Hình 1.3 Một số module thực hành PTN 01..........Error: Reference source not found
Hình 1.4 Các bàn thực hành tại PTN TĐH -02.....Error: Reference source not found
Hình 1.5 Bàn thực hành tại PTN TĐH -02............Error: Reference source not found
Hình 2.1 cấu tạo bên trong của động cơ không đồng bộ 3 pha.......Error: Reference
Hình 3.2 Hướng dẫn cơ bản trong giao diện.........Error: Reference source not found
Hình 3.3: Hướng dẫn bước 1................................Error: Reference source not found
Hình 3.4 Hướng dẫn bước 2.................................. Error: Reference source not found
Hình 3.5 Cáp USB SC09 của dòng FX..................Error: Reference source not found
Hình 3.6 Kiểm tra kết nối Driver........................... Error: Reference source not found
Hình 3.7 Chọn Họ kết nối PLC.............................Error: Reference source not found
Hình 3.8 Chọn cổng COM..................................... Error: Reference source not found
Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý...................................... Error: Reference source not found
Hình 4.2 Sơ đồ ghép nối hệ thống PLC Mitsubishi FX1N-14MR....Error: Reference
source not found
Hình 4.3 Thuật toán điều khiển.............................Error: Reference source not found
GVHD: TS Khổng Cao Phong
SVTH: Phan Phương Thảo
Lớp: TĐH B K57
3
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Trong nền công nghiệp hiện nay Tự động hòa đóng vai trò vô cùng quan
trọng, ngành tự động hóa cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành kỹ thuật điện
tử, công nghệ thông tin đã và đạt đạt nhiều bước tiến vượt bậc. Tự động hóa giúp
nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất lao động, tiết kiệm thời gian so với
lao động thủ công. Ngành tự động hóa kết hợp với những dây chuyền sản xuất đã
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp
mong nhận được sự góp ý quý báu của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên để đồ
án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin trân thành cảm ơn sự hướng dẫn chỉ bảo của thầy giáo TS. Khổng
Cao Phong cùng toàn thể thầy cô trong khoa cơ điện đã giúp đỡ em để em có thể
hoàn thiện đồ án này .
Em xin Trân thành cảm ơn.
Hà Nội, Ngày …..Tháng…..Năm 2017
Sinh Viên
Phan Phương Thảo
GVHD: TS Khổng Cao Phong
SVTH: Phan Phương Thảo
Lớp: TĐH B K57
5
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay các hệ thống điều khiển tự động hóa ngày càng được ứng dụng rộng
rãi vào sản xuất. Việc sản xuất tự động hóa dần thay thế các phương thức sản xuất
lạc hậu trước kia. Sản xuất tự động hóa giúp tăng năng suất lao động, tăng chất
6
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp
3.1 Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu về cấu trúc phần cứng và các chương trình phần mềm đã có trong
thực tế để từ đó vận dụng các kiến thức tổng hợp để lựa chọn phương pháp giải một
bài toán điều khiển cụ thể.
3.2 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu các bài toán điều khiển sử dụng PLC Mitsubishi FX1N, các bước
thiết kế hệ thống điều khiển tự động, phương pháp lập trình trực tiếp
Xây dựng một số bài toán điển hình với các thuật toán khác nhau đáp ứng phù
hợp các yêu cầu của người sử dụng trong thực tế.
4. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về bộ điều khiển PLC Mitsubishi
FX1N bao gồm cấu trúc phần cứng và cách thức lập trình cho
bộ điều khiển.
Nghiên cứu về phần mềm GX Developer version 8 và
cách sử dụng của nó
Ứng dụng giải một số bài toán bằng ladder từ một số
phương pháp biểu diễn thuật toán cơ bản.
Minh chứng bằng một số bài toán cụ thể.
5. Phương pháp nghiên cứu
Tham khảo các tài liệu giới thiệu về cấu trúc phần cứng,
lập trình phần mềm và nguyên lý hoạt động của các bộ điều
khiển PLC Mitsubishi FX1N.
Quan sát mô hình thực và hoạt động của các bộ điều
GVHD: TS Khổng Cao Phong
SVTH: Phan Phương Thảo
Lớp: TĐH B K57
8
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
GVHD: TS Khổng Cao Phong
SVTH: Phan Phương Thảo
Đồ án tốt nghiệp
Lớp: TĐH B K57
9
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ THỰC TẬP
1.1 Giới thiệu khái quát về phòng thí nghiệm.
Phòng thí nghiệm bộ môn tự động hóa Địa Chỉ: Tầng 1 và 2 nhà B2, Khu A
Trường Đại Học Mỏ Địa Chất, số 18 phố Viên, P. Đức Thắng, Quận Bắc Từ Liêm,
Thành phố Hà Nội.
Các phòng thí nghiệm của bộ môn tự động hóa xí nghiệp Mỏ - Dầu khí là
một trong những tổ hợp phòng thí nghiệm được xây dựng nhằm tổ chức triển khai
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp
Thực nghiệm xây dựng mô hình toán cho đối tượng, sử dụng thành thạo các
phần mềm chuyên dụng thiết kế và mô phỏng hệ thống.
Thiết kế hiệu chỉnh và ổn định cho các hệ thống tự động, thực nghiệm bộ
điều khiển thiết kế trên các hệ thống thực , phân tích đánh giá kết quả thực nghiệm .
Nghiên cứu phát triển, thiết kế chế tạo Robot, ứng dụng trong lĩnh vực khai
thác mỏ , địa chất và dầu khí.
1.2.3 Một số mô hình thí nghiệm trong PTN 01
Hình ảnh thực tế của các mô hình trong PTN:
Hình 1.1 Mô hình thực hành TĐH hệ thống bơm - Phòng TĐH 01
GVHD: TS Khổng Cao Phong
SVTH: Phan Phương Thảo
Lớp: TĐH B K57
11
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.2 Một số module thực hành PTN 01
1.3 Phòng thí nghiệm TĐH 02
1.3.1 Giới thiệu về PTN TĐH 02
thủy lực và khí nén trong tự động hóa quá trình sản xuất. Đào tạo kỹ năng tích hợp
hệ thống, lắp đặt và bảo trì các hệ thống tự động trong thực tế. Cài đặt biến tần và
ứng dụng trong công nghiệp, thực hiện các chương trình điều khiển sử dụng PLC –
biến tần , giao tiếp người máy (HMI)…
1.3.3 Giới thiệu về các bàn thí nghiệm
Hình 1.4 Bàn thực hành tại PTN TĐH -02
Với các bàn thí nghiệm của PTN TĐH -02 có đầy đủ các thiết bị phục vụ cho
sinh viên làm các bài thực hành gồm: Các module biến tần ABB, module động cơ
GVHD: TS Khổng Cao Phong
SVTH: Phan Phương Thảo
Lớp: TĐH B K57
13
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp
không đồng bộ 3 pha, module công tắc tơ, module nút bấm, module công tắc gạt
bằng tay , đèn báo….
Hình ảnh trên đây là các bàn thí nghiệm phục vụ thực hành từ các module có sẵn ta
có thể kết nối điều khiển động cơ.
Ví dụ 1: Ta cài đặt các tham số cho biến tần ABB ACS 355 để điều khiển cho tấc độ
của động cơ, đảo chiều động cơ, điều khiển qua 3 cấp tấc độ bằng cách cài đặt
nhóm tham số của biến tần, điều chỉnh tấc độ động cơ qua 7 cấp tấc độ.
Ví dụ 2: Khởi động động cơ trực tiếp bằng contactor khi ta đấu nối contactor vào
động cơ để động cơ hoạt động ta tác động trực tiếp vào contactor, chú ý chỉ đối với
các động cơ có công suất nhỏ để tránh động cơ bị sự cố.
tương đối lớn ( 1000KW) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ máy. Tùy theo
các làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau.
Lõi sắt: Lõi sắt là phần dẫn từ, vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay
nên để giảm tổn hao lỗi sắt được làm từ các lá sắt kỹ thuật điện ghép lại.
GVHD: TS Khổng Cao Phong
SVTH: Phan Phương Thảo
Lớp: TĐH B K57
15
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp
Dây quấn: Dây quấn stato được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách
điện tốt với lõi sắt.
2.1.2.2 Phần quay (rotor)
Roto có hai loại chính là rotor kiểu dây quấn và roto kiểu lồng sóc.
Rotor kiểu dây quấn: là rotor có dây quấn kiểu gần như dây quấn của stator.
Dây quấn 3 pha của rotor thường đấu thành hình sao còn 3 đầu kia được nối vào
vành trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than
có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Đặc điểm là có thể thông qua chổi than đưa
điện trở phụ vào mạch điện rotor để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tấc độ
hoặc cải thiện hệ số công suất máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn rotor
được nối ngắn mạch. Nhược điểm so với động cơ rotor lồng sóc là giá thành cao,
khó sử dụng ở môi trường khắc nhiệt, dễ cháy nổ..
Rotor kiểu lồng sóc: Kết cấu loại dây quấn này rất khác dây quấn stator.
Trong mỗi rãnh của lõi sắt rotor đặt vào thanh giãn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi
lõi sắt và được nối tắt lại bằng 2 vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành
quấn , khởi động động cơ dị bộ rotor ngắn mạch :phương pháp sử dụng cuộn
kháng , phương pháp dùng máy biến áp tự ngẫu , phương pháp đổi nối sao / tam
giác ,.....)
Một trong số các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ đó , ta tiến
hành đi xây dựng các bài thực hành để điều khiển động cơ thông qua PLC
Mitsubishi FX1N-14MR , biến tần ABB ACS 355 , các module công tắc nút bấm ,
module contactor , ....
Từ đó ta đi xây dựng các bài thực hành điển hình
2.2 Module PLC Mitsubishi FX1N
2.2.1 Giới thiệu
Các bộ điều khiển lập trình của plc mitsubishi rất phong phú về chủng loại.
Điều này đôi khi có thể dẫn đến những khó khăn nhất định đối với người sử dụng
trong việc lựa chọn bộ plc có cấu hình phù hợp với ứng dụng của mình . Tuy
nhiên ,mỗi loại plc đều có những ưu điểm riêng và phù hợp với những ứng dụng
riêng. Căn cứ vào những đặc điểm đó, người sử dụng có thể đưa ra những cấu hình
phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể.
Sau đây em xin giới thiệu loại FX1N như sau:
FX1N PLC thích hợp với các bài toán điều khiển với số lường đầu vào ra
trong khoảng từ 14-16 I/O . Tuy nhiên khi sử dụng các module vào ra mở rộng
,FX1N có thể tăng cường số lượng I/O lên tới 128 I/O . FX1N được tăng khả năng
truyền thông, nối mạng , cho phép tham gia trong nhiều cấu trúc mạng khác nhau
như ethernet, profilebus, cc-link, canopen, devicenet… FX1N có thể làm việc với
các module analog , các bộ điều khiển nhiệt dộ . Đặc biêt , FX1N được tăng cường
chức năng điều khiển vị trí với 6 bộ đếm tốc độ cao , hai bộ phát xung đầu ra với
tần số điều khiển tối đa là 100Khz . Điều này cho phép các bộ điều khiển lập trình
thuộc dòng FX1N có thể cùng một lúc điều khiển một cách độc lập hai động cơ
servo hay tham gia các bài toán điều khiển vị trí.
GVHD: TS Khổng Cao Phong
SVTH: Phan Phương Thảo
Từ hình 2.3 kích thước của PLC mitsubishi ta có : Chiều cao :90(mm) ;
Chiều rộng :90(mm); Chiều sâu : 75(mm); Cân nặng :0,45
2.2.4 Đặc điểm
Cơ cấu máy nhỏ gọn , chi phí thấp , module màn hình và khối mở rộng có hệ
thống dễ dàng nâng cấp .Vận hành tốc độ cao đối với lệnh cơ bản tốc độ xử lý từ
0,55 đến 0,7 µs/lệnh , đối với lệnh ứng dụng tốc dộ xử lý từ 3,7 đến vài trăm
µs/lệnh.Đặc tính kỹ thuật của bộ nhớ chất lượng và phong phú .Bộ nhớ EEPROM
cho phép 8000 bước
Dãy thiết bị dụng cụ đa chức năng như : role phụ trợ 1536 điểm , bộ đệm thì
256 điểm , bộ đếm 235 điểm ,thanh ghi dữ liệu 8000 điểm .
Những loại module chức năng đặc biệt : có đến hai dãy mở rộng của những
module chức năng đặc biệt có thể được thêm vào cho những nhu cầu riêng .Dãy mở
rộng tự cung cấp điện : độ biến thiên mở rộng của sự cung cấp điện AC có thể đáp
ứng sự cung cấp điện áp từ bất kỳ nơi nào trên thế giới ( 100 đến 240V AC) .Sự
cung cấp dòng điện DC cũng được cho phép từ 12 đến 24 V DC .Qúa trình điều
khiển được tăng, sử dụng lệnh PID cho những hệ thống đòi hỏi sự điều khiển chính
xác .Khả năng kết nối : việc thực hiện hoàn chỉnh của những module kết nối sẽ làm
cho thông tin và dữ liệu được cung cấp dễ dàng Dễ dàng lắp đặt : sử dụng thanh
DIN hoặc khoảng trống có sẵn .Đồng hồ thời gian thực tế : sử dụng tiêu chuẩn
đồng hồ thời gian thực tế cho những ứng dụng độc lập về thời gian .Phần mềm cơ
GVHD: TS Khổng Cao Phong
SVTH: Phan Phương Thảo
Lớp: TĐH B K57
19
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp
FX1N-14MR-ES/UL
0V Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5
294 COMCOMCOMCOMCOMCOM
V
Hình 2.4 Sơ đồ kết nối dây của PLC Mitsubishi FX1N-14MR
GVHD: TS Khổng Cao Phong
SVTH: Phan Phương Thảo
Lớp: TĐH B K57
20
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp
Hình 2.5 Sơ đồ kết nối dây ngõ vào
Hình 2.6 Sơ đồ kết nối dây ngõ ra
GVHD: TS Khổng Cao Phong
SVTH: Phan Phương Thảo
Lớp: TĐH B K57
21
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Lớp: TĐH B K57
22
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp
Hình 2.7 Biến tần ABB ACS 355
2.3.2 Thông số kỹ thuật của biến tần ABB ACS 355
Dùng điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 Pha, 220V/0.37…11 kW,
380V/0.37…22 Kw. Hệ số công suất: 0.98 ,tần số điện áp cấp: 48 – 63Hz ,tần
số ngõ ra: 0 – 500Hz , khả năng quá tải: 150% – 1 phút/10 phút, 180% – 2
giây .Nhiệt độ hoạt động: -10 – 400C, max. 500C .Hai ngõ vào analog 0(2) –
10V, -10 – 10V, 0(4) – 20mA, -20 – 20mA . 5 đầu vào số(DI) gồm 1 đầu vào
xung(Pulse Train 0…16kHz), 2 đầu vào tương tự(AI). 1 đầu ra rơle
(NO+NC), 1 đầu ra Transisstor(10…16kHz), 1 đầu ra tươngtự(AO), Cấp bảo
vệ IP20, NEMA 1(tuỳ chọn).
GVHD: TS Khổng Cao Phong
SVTH: Phan Phương Thảo
Lớp: TĐH B K57
23
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp
(DI1=0) và khởi động động cơ (DI1=1). DI2: đảo chiều quay động cơ quay thuận
(DI2=0), quay ngược (DI2=1). DI3, DI4: chọn tốc độ không đổi. DI5: chọn thời
gian tăng tốc và giảm tốc .ROCOM, RONC, RONO: là ngõ ra rơ le. DOSCR,
DOOUT, DOGND: ngõ ra số max.100mA . OUT1, OUT2, IN1, IN2: kết nối STO
(tắt mômen xoắn an toàn).
GVHD: TS Khổng Cao Phong
SVTH: Phan Phương Thảo
Lớp: TĐH B K57
25
Copyright: Tài liệu đại học ©