CHƯƠNG I. Lý thuyết về thiết bị 1. PLC Siemens S7-1200 Dòng PLC Siemens S7-1200 là thiết bị tự động hóa đơn giản nhưng có độ chính xác cao và tốc độ xử lý nhanh. Nó được thiết kế dạng module nhỏ gọn, linh hoạt, phù hợp cho một loạt các ứng dụng [1].
PLC S7-1200 của hãng Siemens có một giao diện truyền thông mạnh mẽ đáp ứng tiêu chuẩn cao nhất của truyền thông công nghiệp và đầy đủ các tính năng công nghệ mạnh mẽ tích hợp sẵn làm cho nó trở thành một giải pháp tự động hóa hoàn chỉnh và toàn diện. PLC S7 1200 Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm [1]: - 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng - 2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm - 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB) - 2 module giao tiếp RS232/ RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP - Bổ sung 4 cổng Ethernet 11 - Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng diện áp 115/230 VAC và điện áp 24VDC PLC S7 1200 của Siemens hiện được ứng dụng rộng rãi trong: [1] - Hệ thống băng tải - Dây chuyền sản xuất thực phẩm - Dây chuyền xử lý nước thải - Máy móc ngành dược phẩm - Dây chuyền nhà máy bia, rượu, nước giải khát - Máy móc ngành in ấn, bao bì, ngành nhựa -. Vì theo dự tính, dự án cần sử dụng 3 động có Step, vậy cần 3 chân xuất xung tốc độ cao của PLC. Do đó, lựa chọn CPU PLC s7-1200 module 1214C DC/DC/DC 6ES7 214-1AG40-0XB0.
Động cơ bước Stepper Motor (step motor) hay còn được gọi là động cơ bước là loại động cơ điện một chiều chuyển động theo các bước rời rạc, bao gồm nhiều cuộn dây được tổ chức theo nhóm (được gọi là pha). Bằng cách cung cấp năng lượng cho từng pha theo thứ tự, động cơ sẽ quay từng bước một. Stepper Motor thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của Roto và có khả năng cố định Roto vào những vị trí cần thiết. Động cơ bước Với một bước điều khiển bằng máy tính, động cơ có thể đạt được vị trí rất chính xác.
Chính vì điều này nên động cơ bước được lựa chọn phổ biến cho nhiều ứng ụng điều khiển chuyển động chính xác. [2] Cấu tạo: Về cơ bản, Stepper motor bao gồm hai thành phần chính: Roto và Stato. Trong đó, Stato được cấu tạo bằng sắt từ, trên thân có nhiều rãnh nhỏ được thiết kế để đặt cuộn dây dễ dàng. Roto (hay còn gọi là nam châm vĩnh cửu) được sắp xếp chồng lên nhau một cách cẩn thận, kỹ lưỡng.
Những lá nam châm này được bố trí sắp xếp đối xứng với nhau và chia thành từng cặp. [2] Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của động cơ bước rất khác biệt so với các động cơ thông thường khác, vì nó không quay theo các cơ chế mà thực hiện quay từng bước một rời rạc khi nhận được tín hiệu điều khiển, do đó có độ chính xác cao hơn, dễ điều khiển hơn. [3] Động cơ bước cần có có bộ chuyển mạch điện tử, để đưa các tín hiệu lệnh điều khiển của bộ điều khiển, từ đó stato chạy từng bước quay theo đúng số thứ tự và tần số nhất định. [3] Tổng số góc quay của rotor sẽ phải tương ứng với số lần chuyển mạch của động cơ, đồng thời chiều quay và tốc độ quay của roto cũng tương ứng với số thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi của nó.
[3] Với cơ chế hoạt động và điều khiển đặc biệt này, Động cơ bước có thể hoạt động hiệu quả và chính xác, vì có thể dừng lại ở góc bước nhỏ, đồng thời giúp máy 13 móc vận hành êm ái, hiệu quả hơn, hạn chế được ảnh hưởng tiêu cực do các vấn đề cộng hưởng lực so với các loại động cơ khác. [3] Ngày nay có 4 phương pháp điều khiển động cơ bước, đó là: [3] - Điều khiển dạng sóng - Điều khiển đủ bước - Điều khiển nửa bước - Điều khiển động cơ vi bước Động cơ Step có thể được phân loại theo Roto hoặc phân loại theo cực hoặc phân loại theo số pha [2] Ưu điểm của động cơ bước: [3] - Có giá thành phải chăng, dễ tìm dễ mua - Có thể linh hoạt điều chỉnh các góc quay để giúp công việc đạt hiệu quả cao nhất - Cấu tạo đơn giản, dễ dàng lắp đặt, dễ bảo dưỡng và thay thế linh phụ kiện khi cần - Hoạt động bền bỉ, tuổi thọ cao, ít xảy ra sự cố do không dùng chổi than - Động cơ có mô-men xoắn tốt cho việc giữ vị trí - Không bị ảnh hưởng do cộng hưởng lực gây ra như các loại động cơ khác - Có nhiều sự lựa chọn để khách hàng chọn được sản phẩm phù hợp đáp ứng tốt nhất với nhu cầu sử dụng Nhược điểm của động cơ bước: [3] - Dễ hỏng, bị lỡ bước quay khi mô-men xoắn quá tải, hoặc bị trượt bước do nam châm vĩnh cửu yếu, nguồn điện tải vào yếu - Động cơ có tiếng ồn lớn và sinh nhiệt lượng cao hơn khi hoạt động - Có tiêu hao dòng điện ngay cả khi không sử dụng 14 - Có công suất tỉ lệ mô-men xoắn quán tính thấp, nên không đáp ứng được các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao Ở dự án này ta sử dụng hai động cơ Step Nema17 và một động cơ Step Nema23 1. Driver TB6600 Driver điều khiển động cơ bước TB6600 sử dụng IC TB6600HQ/HG, dùng cho các loại động cơ bước 42/57/86 2 pha hoặc 4 dây có dòng tải là 4A/42VDC. Ứng dụng trong làm máy như CNC, Laser hay các máy tự động khác.
Động cơ bước TB6600 Thông số Kỹ thuật Driver điều khiển động cơ bước TB6600: [4] • Nguồn đầu vào: 9V – 42V • Dòng cấp tối đa: 4A • Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao • Có tích hợp đo quá dòng quá áp 15 • Cân nặng: 200G • Kích thước: 96*71*37 mm Cài đặt và ghép nối: [4] • VCC: Nối với nguồn điện từ 9-40VDC • GND: Nối vào dây điện áp âm (-) của nguồn • A+ và A-: Nối vào một cặp cuộn dây của động cơ bước • B+ và B-: Nối vào cặp cuộn dây còn lại của động cơ • PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển (+) từ CPU tới Driver • PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển (-) từ CPU tới Driver • DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+) từ CPU tới Driver • DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) từ CPU tới Driver • ENA+ và ENA-: khi cấp tín hiệu cho cặp này, động cơ sẽ không có lực mô-men giữ và quay nữa. • Có thể đấu tín hiệu dương (+) chung hoặc âm (-) chung Có thể cài đặt cường độ dòng điện cũng như vi bước cho Driver thông qua 6 Switches nằm trên Driver Hình 1. Bảng cài đặt cường độ dòng điện và vi bước cho TB6600 16 1. Nguồn tổ ong Nguồn Tổ Ong hay Nguồn Xung là thiết bị chuyên cung cấp điện cho các thiết bị sử dụng điện một chiều, sử dụng rộng rãi trong hệ thống Camera, hệ thống led quảng cáo, motor, máy bơm,.
Nguồn tổ ong được chia ra nhiều loại với các mức điện áp đầu ra và công suất khác nhau. Ở đây ta sử dụng nguồn tổ ong 24VDC Hình 1. Nguồn tổ ong 24VDC • Điện áp đầu vào: 110VAC/ 220VAC (có switch để chuyển qua lại giữa 110VAC và 220VAC) • Điện áp đầu ra: 24VDC • Cường độ dòng điện đầu ra tối đa: 5A • Công suất tối đa: 120W 17 1. Aptomat Trong tiếng Anh, Aptomat được gọi là CB (viết tắt của cụm từ Circuit Breaker).
Tuy nhiên, Aptomat có nguồn gốc từ tiếng Nga, dùng để gọi thiết bị đóng cắt tự động hay còn gọi là cầu dao tự động. [6] Aptomat có chức năng bảo vệ hệ thống tránh hiện tượng quá tải hoặc ngắn mạch. Một số loại aptomat còn có thêm nhiều chức năng tiên tiến khác như chống rò rỉ điện hoặc Aptomat chống giật. Aptomat Về phân loại [6], Aptomat có thể được phân loại dựa theo cấu tạo: • Aptomat tép MCB (Miniature Circuit Breaker): Bảo vệ quá tải và ngắn mạch • Aptomat khối MCCB (Moduled Case Circuit Breaker): Có chức năng bảo vệ quá tải dòng điện và ngắn mạch Dựa theo số pha/ số cực: • Aptomat 1 pha: 1 cực • Aptomat 1 pha + trung tính (1P + N): 2 cực • Aptomat 2 pha: 2 cực • Aptomat 3 pha: 3 cực 18 • Aptomat 3 pha + trung tính (3P + N): 4 cực • Aptomat 4 pha: 4 cực • Aptomat dạng tép MCB Dựa theo đặc điểm chức năng: • Aptomat thường (MCB và MCCB): giúp bảo vệ quá tải, ngắn mạch.
• Aptomat chống dòng rò, chống giật: RCCB, RCBO và ELCB Dựa theo dòng cắt ngắn mạch: • Dòng cắt thấp: Thường được dùng trong điện dân dụng • Dòng cắt tiêu chuẩn: Thường áp dụng trong lĩnh vực công nghiệp • Dòng cắt cao: Thường áp dụng trong công nghiệp và các ứng dụng đặc biệt Trong dự án này ta sẽ sử dụng 3 Aptomat 2 cực (1 Aptomat 10A làm Aptomat tổng và 2 Aptomat 6A làm Aptomat thành phần) 1. Cầu đấu điện Cầu đấu dây điện là thiết bị có chức năng kết nối dây điện với các thiết bị điều khiển hoặc thiết bị động lực. Chúng sẽ giúp nối liền mạch điện trong tủ điện và hệ thống điện. Giữa các cầu đấu điện được cách điện hoàn toàn với nhau.
Các loại cầu đấu điện 19 Nhờ sự ra đời của cầu đấu nối dây điện, các kỹ sư đã có thể giải quyết bài toán nan giải mà khiến họ đau đầu trong thời gian dài: Làm sao để vừa tiết kiệm diện tích mà vẫn có thể đấu nối một cách đơn giản? [7] Hiện nay, trên thị trường thiết bị điện có rất nhiều loại cầu đấu dây điện được sử dụng đến, điển hình là: cầu đấu khối, cầu đấu mắt rời, cầu đấu giắc cắm, cầu đấu lắp ghép, cầu đấu nối đất,. Mỗi loại cầu đấu điện sẽ có một công dụng riêng đáp ứng cho từng nhu cầu và môi trường.