<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>GIÁO TRÌNH </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: [email protected]
<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
<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
nghiệp.
- 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>TỔNG QUAN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP </b>
<b>Giới thiệu: </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>
+ 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…
+ 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>
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>
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>
<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>
<b>HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP </b>
<b>Giới thiệu: </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.
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> 1 </b>
<b> 2 </b> <b><sub>ACTIONS </sub></b>
<b>a </b>
<b>b </b>
<b>Liên kết có hướng </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>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>
<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>
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.
<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
+ 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)
Cb áp suất báo đủ áp suất
5
Thổi sản phẩm
Cb báo xilanh quay đi ra trạm
kế
<b>CHƯƠNG 3: </b>
<b>PHƯƠNG PHÁP LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, BẢO TRÌ VÀ SỬA CHỮA HỆ </b>
<b>THỐNG TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP </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
5 Đèn Reset tắt
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>
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
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:
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 CHƯƠNG 3 </b>
<b>BÀI TẬP 3.1. Vận hành, bảo trì và sửa chữa hệ thống hoạt động trạm Processing. Yêu cầu </b>
Copyright: Tài liệu đại học ©