TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
BỘ MÔN CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Đề tài:

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN
CĂT PHÔI TRONG SẢN XUẤT PHÔI
THÉP
GVHD: Lưu Tuấn Anh
Sinh viên thực hiện
Tên
Phan Trung Kiên
Nguyễn Gia Lai
Trần Phong
Phan Anh Quốc
Nguyễn Hùng Nhân
Trương Đình Tâm

MSSV
V1201769
V1201815
V1202739
V1203008
V1202523
V1203274

TP.HCM . Ngày Tháng Năm 2015

Mục Lục:
1.

Giới thiệu quy trình sản xuất phơi thép: ............................................................................... 3

2.

Quy trình cắt phơi ................................................................................................................... 3

3.

Đối tượng điều khiển: .............................................................................................................. 4

4.

Mục tiêu điều khiển:................................................................................................................ 5

5.

Sơ đồ điều khiển hệ thống : .................................................................................................... 6

6.

Đối tượng đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển: .................................................................. 7

7.

Thuật Toán Điều Khiển: ......................................................................................................... 8


8.

Sơ đồ khối các vùng điều khiển: ............................................................................................. 9

9.

Mạch Công Suất: ................................................................................................................... 10

10.

Lựa chọn linh kiện, thiết bị cho hệ thống điều khiển: .................................................... 24

11. Sơ đồ mạch liên kết các linh kiện của hệ thống điều khiển ................................... 29

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

2


1. Giới thiệu quy trình sản xuất phơi thép:

2. Quy trình cắt phơi
Xe Cắt vận chuyển
phơi

Phơi

Động cơ

Cắt


Kết Thúc

Càng kẹp giữ phôi
di chuyển song
song xe cắt

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

3


Cắt

Kết thúc

-Động cơ chạy
-Nạp nhiên liệu
-Van O2 mở, C2H2 mở
-Mỏ cắt quay
-Xe chuyển động
-Động cơ chạy ngược
-Càng kẹp nhỏ
-Van O2 tắt
-C2H2 tắt

3. Đối tượng điều khiển:
 Nhiệt độ:
Điều khiển nhiệt độ cắt phôi của mỏ cắt phù hợp với quá từng cơng đoạn cắt sao
cho phơi được cắt hồn tồn khơng bị lỗi trong q trình cắt.

 Động cơ:
Động cơ có nhiệm vụ truyền động cho xe cắt, càng kẹp và mỏ cắt.
Động cơ này là động cơ một chiều kích từ độc lập
 Xe cắt
- Tác dụng: chứa các thiết bị như nguồn dẫn động, mỏ cắt, kẹp ...
- Phạm vi hoạt động: Xe cắt chuyển động trên đường ray dài 1,5m dọc theo
hương chuyển động của phôi. Xe cắt được xác định ở đầu hành trình hay cuối hành
trình nhờ hai cực hạn đặt ở đầu và cuối.
- Truyền động: Xe cắt được truyền động bởi một động cơ được đặt ngay
trên xe thông qua bộ ly hợp xe và hộp giảm tốc.
 Càng Kẹp phôi
- Tác dụng: để kẹp phôi giữ cho xe cắt chuyển động cùng tốc độ của phôi
- Phạm vi hoạt động: chuyển động trên mặt phẳng vng góc với phơi
- Truyền động: truyền động bởi khí nén.
 Mỏ cắt
- Tác dụng: cắt phơi

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

4


- Phạm vi hoạt động: chuyển động quay trên mặt phẳng vng góc với phơi, góc
quay được giới hạn nhờ công tắc cực hạn đầu và cuối.
- Truyền động: truyền động nhờ động cơ (truyền động cho xe cắt) thông qua
bé ly hợp và hộp giảm tốc.
Trên mỏ cắt có 3 đầu để dẫn khí: C2H2 , O2 hỗn hợp, 2 cắt.
 Ly hợp
Ly hợp xe và ly hợp cắt có tác dụng truyền chuyển động của động cơ tới xe cắt và
mỏ cắt.

Ly hợp xe và ly hợp căt là ly hợp điện từ . Khi có điện vào cuộn hút thì ly hợp đóng.

4. Mục tiêu điều khiển:
+Khi có tín hiệu cắt, tín hiệu điều khiển sẽ đưa tới điều khiển cho càng kẹp phôi
kẹp chặt vào phôi. Phôi chuyển động sẽ kéo xe cắt chuyển động theo. Sau
khi kẹp phơi thì ngay lập tức mỏ cắt có tín hiệu điều khiển, ngọn lửa ở mỏ cắt
được bật (khí C2H2 được dẫn trước sau đó đến O2 hỗn hợp, và khi cắt sẽ bật khí
O2 cắt). Sau khi đã có ngọn lửa cắt thì chuyển động cắt phơi
được thực hiện. Có 3 trường hợp có thể xảy ra:
- Khi chưa cắt phôi xong nhưng xe cắt đã đi hết hành trình (hết phạm vi hoạt động).
- Khi vừa cắt xong phơi thì xe cắt cũng vừa đi hết hành trình.
- Khi cắt phơi xong nhưng xe vẫn chưa đi hết hành trình.
+Trong cả 3 trường hợp trên, cho dù vào bất cứ trường hợp nào cũng phải đảm
bảo điều kiện là khi xe đi hết hành trình thì mọi hoạt động cắt và kẹp phôi đều phải
dừng lại (nhờ công tắc cực hạn) và truyền động xe cắt được thực hiện, xe cắt
được chuyển động về vị trí ban đầu chuẩn bị cho hành trình tiếp theo và chỉ thực
hiện hành chình tiếp theo khi cực hạn phơi chuyển từ 1 về 0 sau đó chuyển từ 0
sang 1. thì mới thực hiện quá trình cắt tiếp.
Khi mỏ cắt phôi cắt xong cũng là đi hết giới hạn cắt khi đó sẽ dừng lại (nhờ cơng
tắc cực hạn).
Thơng thường khi thiết kế ta đặt thời gian và khoảng cách sao cho mỏ cắt thực hiện
xong nhiệm vụ cắt trước khi xe cắt đi hết hành trình của nó.

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

5


5. Sơ đồ điều khiển hệ thống :
Cảm biến hành

trình.

Cảm biến đo
khoản cách

Cảm biến nhiệt

Cảm biến tốc độ

ADC

PLC

DAC

Van
động
cơ

Điều
khiển cấp
nhiên liệu

Đo nhiệt
độ mỏ
cắt

Động
cơ diều
khiển

mỏ kẹp

Mỏ cắt

Động cơ
điều
khiển xe
cắt

Xe cắt

Động cơ
nâng hạ mỏ
cắt

Điều khiển
tốc độ cắt
phôi

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

6


6. Đối tượng đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển:

Input:

Output:


_Cảm biến đo khoảng cách.

_Đóng mở động cơ điều khiển xe cắt và mỏ kẹp.

_Cảm biến hành trình.

_Đóng mở van động cơ điều khiển cấp nhiên liệu.

_Cảm biến nhiệt.

_ Đo nhiệt độ mỏ cắt

_ Cảm biến tốc độ

_Điều khiển động cơ nâng hạ mỏ cắt

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

7


7. Thuật Toán Điều Khiển:
K1: Khởi động.

K1
A11: Xe cắt ở vị trí ban đầu.

K2: Phơi được đưa vào đúng độ dài.

K2

Bắt đầu quá trình cắt :A2

A42: t = 2s.

A41: t = 1s.

K31

A3: Khởi động.

K31:Van C2H2 mở. Càng kẹp, xe
chuyển động.

A43: t = 3s.

K33

K32

K3: Quá trình cắt:

K32: (sau 1s) Ly hợp cắt đóng.
Động cơ chạy thuận. Mỏ cắt
quay.

K34

1

K33: (sau 2s) O2 mở để vào bình

chứa.

A51: Xe cắt ở vị trí ban đầu.

K34: (sau 3s) Van O2 cắt mở.

K4: Kết thúc quá trình cắt.

K4

Động cơ chạy ngược. Mỏ cắt
quay về.

A6: Dừng khi có sự cố.

A52: Mỏ cắt ở vị trí cuối.

A12: Xe cắt ở vị trí cuối.

K5: Trạng thái kết thúc quá trình cắt.
K51: Ly hợp cắt đóng. O2 tắt. Động
cơ dừng. Càng kẹp nhả.
A44: t = 3s.

K51

K52: (sau 3s) C2H2 đóng, Ly hợp xe
cắt đóng. Động cơ quay ngược. Xe
cắt quay về vị trí đầu


K52

K6

 Trạng thái khi có sự cố.

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

8


8. Sơ đồ khối các vùng điều khiển:
ADC

Khoảng cách bắt đầu
chu trình cắt

PLC

Cảm biến đo khoảng
cách
Động cơ xe cắt và mở
kẹp

Đóng mở động cơ điều
khiển xe cắt và mỏ kẹp

Cảm biến hành trình

Cấp nhiên liệu mỏ cắt


PLC

Van động cơ cấp nhiên
liệu

Đóng mở van động cơ
điều khiển cấp nhiên
liệu

ADC

Tốc độ cắt

PLC

Cảm biến tốc độ

Động cơ mỏ cắt

Điều khiển động cơ
nâng hạ mỏ cắt

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

9


9. Mạch Công Suất:
a. Bảng địa chỉ vào ra và địa chỉ khối:

Ký hiệu

Địa chỉ

Chú giải

Automatic

FC1

Cắt tự động

Hand - Control

FC3

Cắt bằng tay

Lamp - Indicator

FC2

Đèn tín hiệu

Restart

OBIOO

Restart hệ thống


Power - On

I 0.0

Bật nguồn cung cấp cho động cơ

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

10


Power - Off

I 0.1

Tắt nguồn cung cấp cho động cơ

Motor - Protec

I 0.2

Bảo vệ quá nhiệt

Fielloss

I 0.3

Bảo vệ mất kích từ

Auto - Control


I 0.4

Làm việc ở chế độ tự động

Hand - Control - On

I 0.5

Làm việc ở chế độ băng tay

Reset

I 0. 6

Dùng khi có sự cố

ĐỊA CHỈ VÀO RA CHẾ ĐỘ CẮT TỰ ĐỘNG
Start - cut

I 0. 7

Khởi động q trình cắt

Cực hạn - phơi

I 1.0

Bắt đầu chu kỳ cắt tự động


Cutter - home

I 1.1

Mỏ cắt ở đầu

Cutter - end

I 1.2

Mỏ cắt ở cuối

Carr - home

I 1.3

Xe ở đầu hành trình

Carr - end

I 1.4

Xe ở cuối hành trình

Kẹp phối

Q 0.0

Van điện từ V1 mở


AC

Q 0.1

Bật axetylen( van V2 mở)

O2hh

Q 0.2

Bật O2 hỗn hợp (van V3 mở)

O2 cut

Q 0.3

Bật O2 cắt (van V4 mở)

LH xe

Q 0.4

Đóng ly hợp xe(K1)

LH _ cắt

Q 0.5

Đóng ly hợp cắt(K2)


Motor FF

Q 0.6

Động cơ chay thuận(K3)

Motor RVE

Q 0. 7

Động cơ chay ngược(K4)

Nguồn

Q 1.0

Có nguồn cung cấp cho động

cơ(K5)
ĐỊA CHỈ RA CÁC TÍN HIỆU ĐEN
Power _ Lamp

Q 1.1

Đèn báo nguồn

Carr home Lamp

Q 1.2


Đèn báo xe ở đầu hành trình

Carr end _ Lamp

Q 1.3

Đèn báo xe ở cuối hành trình

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHƠI

11


Kẹp phôi _ Lamp

Q 1.4

Đèn báo càng kẹp đã kẹp

Fielloss _ Lamp

Q 1.5

Đèn báo có kích từ

AC _ Lamp

Q 1.6

Đèn báo bật axetylen


02 hh Lamp

Q 1.7

Đèn báo bật 0xy hỗn hợp

02 cut _ Lamp

Q 2.0

Đèn báo bật 0xy cắt

Cutter FF _ Lamp

Q 2.1

Đèn báo mỏ cắt quay thuận

Cutter RVE _ Lamp

Q 2.2

Đèn báo mỏ cắt quay ngược

Ready _ Lamp

Q 2.3

Đèn báo sắn sàng cắt tự động


ĐỊA CHỈ VÀO RA Ở CỦA CHÉ ĐỘ CẮT BẰNG TAY
Nút _ kẹp phôi

I 2.0

Nút _ nhả kẹp

I 2.1

Nút _ AC ON

I 2.2

Nút mở van V1 (càng kẹp phơi
kẹp)
Nút đóng van V1 (càng kẹp phơi
nhả)
Nút mở van V2 (bật AC)

Nút _ AC 0FF

I 2.3

Nút đóng van V2 (tắt AC)

Nút _ 02hh0N

I 2.4


Nút mở van V3 (bật 0xy hỗn hợp)

Nút _ 02hh0FF

I 2.5

Nút đóng van V3 (tắt 0xy hỗn hợp)

Nút _ 02cut0N

I 2.6

Nút mở van V4 (bật 0xy cắt)

Nút _ 02cut0FF

I 2.7

Nút đóng van V4 (tắt 0xy cắt)

Nút _ cutterFF

I 3.0

Nút mỏ cắt quay thuận

Nút _ cutterREV

I 3.1


Nút mỏ cắt quay ngược

Nút _ cut stop

I 3.2

Nút dừng cắt

Nút _ carrFF

I 3.3

Nút xe tiến

Nút _ carrRVE

I 3.4

Nút xe về

Xe chạy thuận

Q 2.4

Xe chạy thuận(K6)

Xe chạy về

Q 2.5


Xe chạy về(K7)

Mỏ cắt quay thuận

Q 2.6

Mỏ cắt quay thuận (K8)

Mỏ cắt quay ngược

Q 2.7

Mỏ cắt quay ngược(K9)

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

12


b.

Sơ đồ địa chỉ vào ra(hình vẽ)

+ Khối con 1: Bật nguồn cho động cơ

+ Khối con 2: (FC1) Gọi khối tự động

+ Khối con 3: (FC2) Gọi khối đèn tín hiệu

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHƠI


13


+ Khối con 4: (FC3) Gọi khối điều khiển bằng tay.

a.

Khối con FC1 (Cắt tự động):

+ Network 1: Sẵn sàng cắt tự động

+ Network 2: Biến trung gian bắt đầu chu kỳ cắt

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

14


+ Network 3: Biến trung gian khởi động xe quay về đầu hành trình

+ Network 4: Kẹp phơi

+ Network 5: Bật Axetylen

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

15



+ Network 6: Bật Oxy hỗn hợp

+ Network 7: Bật Oxy cắt

+ Network 8: Đóng ly hợp cắt

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

16


+ Network 9: Đóng ly hợp xe

+ Network 10: Động cơ chạy thuận

+ Network 11: Động cơ chạy ngược

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

17


b.

Khối con FC2 (Báo đèn tín hiệu):

+Network 1:

+Network 2:


+Network 3:

+ Network 4:

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

18


+ Network 5:

+ Network 6:

+ Network 7:

+ Network 8:

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

19


c. Khối con FC3 (Gọi khối điều khiển bằng tay.):
+ Network 1: kẹp phôi

+ Network 2: Bật Axetylen

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

20



+ Network 3: Bật Oxy hỗn hợp

+ Network 4: Bật Oxy cắt

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

21


+ Network 5: Động cơ chạy thuận

+ Network 6: Động cơ chạy ngược

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

22


+ Network 7: Đóng ly hợp cắt.

+Network 8: Đóng ly hợp

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

23


10. Lựa chọn linh kiện, thiết bị cho hệ thống điều khiển:

*PLC S7- 300:
-

Là loại thiết bị thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển số thơng qua một ngơn ngữ
lập trình. PLC là một bộ lập trình số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao
đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc máy tính).

-

PLC S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau:
 CPU các loại khác nhau: 312 IFM, 312C, 313, 314, 314IFM, 314C, 315, 3152DP, 316-2DP, 318-2
 Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng/ số: SM321, SM322, SM323,
SM331, SM332, SM334, SM338, SM374
 Module chức năng FM
 Module truyền thống CP
 Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác , dòng 2A, 5A,
10A
 Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

24


-

Các module được gắn trên thanh rây như hình dưới, tối đa 8 module SM/FM/CP ở bên
phải CPU, tạo thành một rack, kết nối với nhau qua bus connector gắn ở mặt sau của
module. Mỗi module được gắn một số slot tính từ trái sang phải, module nguồn là slot 1,
module CPU slot 2, module kế mang số 4,…


-

Nếu có nhiều module thì bố trí thành nhiều rack (trừ CPU312IFM và CPU313 chỉ có một
rack), CPU ở rack 0, slot 2, kế đó module phát IM360, slot 3, có nhiệm vụ kết nối rack 0
với các rack 1,2,3 trên mỗi rack này có module kết nối thu IM361, bên phải mỗi module
IM là các module SM/FM/CP. Cáp nối hai module IM dài tối đa 10m. Các module được
đánh số theo một slot và dùng làm cơ sở để đặt địa chỉ đầu cho module ngõ vào ra tín
hiệu. Đối với CPU 315-2DP, 316-2DP, 318-2 có thể án địa chỉ tùy ý cho các module.

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT PHÔI

25