Dùng Plc Xây Dựng Hệ Thống Điều Khiển Cho Thiết Bị Thuỷ Lực Festo

1

Chương 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1.Ứng dụng của truyền động thuỷ lực trong công nghiệp

Từ thế kỷ 17 con người đã biết sử dụng năng lượng của chất lỏng để làm

quay tua bin của máy phát điện hoặc sử dụng để chạy động cơ của nhiều máy

móc khác. Cùng với sự phát triển của xã hội và khoa học kỹ thuật, thì truyền

động thuỷ lực ngày càng được ứng dụng rộng rãi: Như các hệ thống thuỷ lực di

động được đặt trên bánh xe di chuyển hay đường ray, hoặc trong các lĩnh vực

hàng hải, hầm mỏ, hàng không. Đặc biệt trong chế tạo máy móc truyền động

thuỷ lực đã phát huy được những ưu điểm nổi bật. Trong khi truyền động cơ

khí cho phép truyền công suất tương đối lớn hiệu suất cao nhưng cồng kềnh

khoảng cách truyền hạn chế. Độ nhạy và độ chính xác kém thì truyền động thuỷ

lực lại khắc phục được hầu hết những hạn chế của truyền động cơ khí.

Ưu điểm:

Truyền lực lớn với các cơ phận nhỏ,có nghĩa cường độ năng suất lớn.

Định vị chính xác.

Khởi động với tải lớn.

Truyền động độc lập với tải trọng, do chất lỏng rất khó nén và có thể sử

dụng van tiết lưu.

Vận hành êm và có cơ cấu đảo chiều.

Điều khiển và điều chỉnh dễ dàng.

Thải nhiệt tốt.

Nhược điểm:

So với các công nghệ khác truyền động thuỷ lực cũng có những khuyết

điểm sau:

Dầu bẩn gây ô nhiễm môi trường (nguy cơ gây cháy và tai nạn)

Dễ nhiễm bẩn.

Áp suất thừa gây nguy hiểm.

Nhiệt độ tuỳ thuộc vào sự thay đổi của độ nhớt.

Hệ số hiệu suất không thuận lợi.

2

1.2. PLC ( Program able Logic Controller )

PLC là một thiết bị điều khiển mà được trang bị các chức năng logic, tạo

dãy xung, đếm thời gian, đếm xung, tính toán cho phép điều khiển nhiều loại

máy móc và các bộ xử lý. Các chức năng đó được đặt trong bộ nhớ mà được

tạo lập sắp xếp theo chương trình. Hay nói một cách ngắn gọn thì PLC là một

máy tính công nghiệp để thực hiện một dãy quá trình đã được lập ra từ trước.

a. Ưu điểm:

Phần mềm dễ sử dụng.

Dễ sửa chữa thay thế.

Thực hiện nối trực tiếp.

Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống.

Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ.

Tuổi thọ là bán vĩnh cửu.

b. Nhược điểm:

Thiếu tính hợp thức hoá (do nhiều hãng sản xuất nên có nhiều hình dạng

và ngôn ngữ lập trình khác nhau).

Giá thành cao.

c. Cấu trúc:

CCU là bộ não của PLC và là một bộ phận trong đó tất cả các điều khiển

đều được thực hiện. Các tập hợp của CCU được phân định là: Bộ xử lý trung

tâm (CPU), Bộ nhớ (Memory), Phần điều khiển vào ra (I/O), Các đường dẫn dữ

liệu (BUS), Giao diện (Interface)

Phần đầu vào (Input) được nối với bộ phận điều khiển vào ra (I/O) thông

qua các BUS và được Modul hoá có thể mở rộng thêm bao nhiêu tuỳ ý theo yêu

cầu.

Phần đầu ra (Output) lấy tín hiệu từ CCU để làm việc.

Bộ tạo lập chương trình

Các thiết bị ngoại vi.

3

1.3. Lý do lựa chọn đề tài

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá, công nghiệp đóng vai

trò hết sức quan trọng. Nó quyết định sự phát triển của một đất nước. Qua

nhiều thế kỷ con người ngày càng chứng tỏ làm được những việc vượt xa khả

năng của mình bằng việc áp dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật vào trong

chế tạo sản xuất. Trong công nghiệp việc đưa truyền động thuỷ lực vào trong

chế tạo máy móc đặc biệt sự kết hợp giữa ngành điện - điện tử và ngành cơ khí

là một bước ngoặt lớn về sự phát triển của tự động hoá trong công nghiệp. Nó

từng bước đưa con người thoát khỏi lao động chân tay sang bán tự động và tự

động. Để nâng cao chất lượng học tập cho sinh viên khoa công nghiệp phát

triển nông thôn trường Đại học Lâm nghiệp đã nhập một loạt các thiết bị thí

nghiệm thực hành hiện đại trong đó có hệ thống thiết bị thuỷ lực Festo. Với các

phần tử thuỷ lực được thiết kế với mục đích: Vận hành dễ dàng, lắp ráp an toàn,

kích thước linh kiện nhỏ gọn. Các bài thực hành giúp sinh viên củng cố lại kiến

thức trên lớp. Kết hợp PLC vào thiết bị dạy học cho phép ta mở rộng bài toán

thực hành với nội dụng, phương pháp gần với thực tiễn giúp sinh viên từng

bước tiếp xúc với thực tế. Được sự hướng dẫn của thầy Trần Kim Khôi tôi thực

hiện đề tài “Dùng PLC xây dựng hệ thống điều khiển cho thiết bị thuỷ lực

FESTO” với mong muốn tìm hiểu sâu hơn về cách thức hoạt động của thiết bị

thuỷ lực nói riêng và hệ thống chấp hành nói chung và kết hợp PLC vào điều

khiển chúng.

Hình 1.1 : Bàn thí nghiệm festo

4

1.4. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Tìm hiểu cấu tạo hoạt động của các thiết bị thuỷ lực đã có, xây dựng sơ

đồ mạch thuỷ lực và mạch điện. Từ đó kết hợp PLC điều khiển các mạch thuỷ

lực một cách chính xác và thuận lợi nhất.

1.5. Nội dung và phương pháp nghiên cứu

1.5.1. Nội dung

Nội dung bản khóa luận gồm 5 chương:

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 2 : Các phần tử của hệ thống thuỷ lực

Chương 3 : Giới thiệu về điện - thuỷ lực kết hợp điều khiển PLC

Chương 4 : Dùng PLC điều khiển các mạch thuỷ lực

Chương 5 : Kết luận và kiến nghị

1.5.2. Phương pháp nghiên cứu

Tôi thực hiện khoá luận theo phương pháp dựa trên trang thiết bị đã có

trong phòng thí nghiệm, các tài liệu về thuỷ lực, điện - thuỷ lực và các đề tài có

liên quan cùng với sự hướng dẫn giúp đỡ của các thầy cô giáo trong việc làm

các thí nghiệm lắp và điều khiển mạch thuỷ lực.

1.6. Kết quả và giới hạn của đề tài

Kết quả là đưa ra một bản báo cáo với nội dung như sau: Nêu ra được lý

do thực hiện đề tài, cơ sở lý thuyết về thuỷ lực, điện - thuỷ lực, các đặc tính của

PLC S7 – 200 và dùng nó để điều khiển các mạch thuỷ lực.

Với góc độ là một đề tài tốt nghiệp của sinh viên, do kiến thức còn nhiều

hạn chế nên đề tài chỉ dừng lại ở việc tìm hiểu về cấu tạo của hệ thống các thiết

bị điện - thuỷ lực và từ các thiết bị đã có tôi xây dựng các mạch thuỷ lực cơ

bản, các mạch điện điều khiển và kết hợp PLC điếu khiển chúng.

5

Chương 2.

CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG THUỶ LỰC

2.1. Khái niệm về truyền động thuỷ lực

Truyền động thuỷ lực là quá trình biến đổi năng lượng của hệ thống thuỷ

lực mà bơm thuỷ lực và động cơ thuỷ lực là hai khâu của quá trình này. Bơm

thuỷ lực làm nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành thuỷ năng, động cơ thuỷ lực thì

biến đổi thủy năng thành cơ năng. Dầu thuỷ lực là môi chất của sự truyền năng

lượng.

2.2. Các phần tử của hệ thống thuỷ lực

2.2.1. Nguồn động lực

Bộ nguồn cung cấp công suất năng lượng cần thiết bằng cách chuyển hoá

cơ năng từ động cơ. Bộ phận quan trọng nhất trong bộ nguồn là bơm thuỷ lực.

Bơm tải dầu thuỷ lực từ thùng dầu và cung cấp cho hệ thống qua các đường

ống dẫn trong hệ thống lắp đặt thuỷ lực để vượt qua lực cản. Áp suất không

được tạo ra cho đến khi chất lỏng bị lực cản tác động.

Hình 2.1 : Bơm thuỷ lực

Ký hiệu đồ họa : Bơm thuỷ lực được diễn tả bằng một vòng tròn và cho

thấy vị trí trục động cơ hay đầu ra. Hình tam giác trong vòng tròn cho biết

hướng dòng chảy. Nếu hình tam giác này được bôi đen thì dầu thuỷ lực được sử

dụng trong hệ thống, trong trường hợp khí nén các hình tam giác này không

được bôi đen. Dưới đây là hai loại bơm thuỷ lực: Bơm thuỷ lực thể tích cố định

6

với dòng chảy một chiều (hình 2.2a) và bơm thuỷ lực thể tích cố định với dòng

chảy hai chiều (hình 2.2b)

a b

Hình 2.2: Ký hiệu bơm thuỷ lực

Trong bộ nguồn còn có cả bộ lọc dầu để loại bỏ các chất thải ra khỏi dầu

thuỷ lực. Nước và các chất khí trong dầu cũng là các yếu tố phân huỷ và được

loại ra bằng các phương pháp đặc biệt. Bộ gia nhiệt và bộ làm mát cũng được

lắp đặt để ổn định nhiệt độ của dầu thuỷ lực. Các thiết bị này có cần thiết hay

không tuỳ thuộc vào các yêu cầu của các ứng dụng đặc biệt của hệ thống thuỷ

lực được sử dụng.

2.2.2. Dầu thuỷ lực

Dầu thuỷ lực là một môi chất làm việc được sử dụng để chuyền năng

lượng từ bộ nguồn đến các bộ phận của động cơ. Dầu thuỷ lực có nhiều đặc

tính khác nhau. Vì thế chúng phải được lựa chọn phù hợp với các ứng dụng.

2.2.3. Van điều khiển hướng

Các van này có tác dụng điều khiển dòng chảy của dầu thuỷ lực, hướng

chuyển động và các vị trí của các cơ phận. Những van điều khiển hướng có thể

tác động bằng tay, cơ khí, điện, khí nén hoặc thuỷ lực. Chúng chuyển hoá và

khuếch đại tín hiệu bằng điện hoặc khí nén để tạo nên giao diện giữa phần điều

khiển công suất và phần điều khiển tín hiệu.

Hình 2.3: Van điều khiển hướng