do an PLC Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC

Chia sẻ: Nguyen Chi Linh Linh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:19

1
267
lượt xem
94
download

do an PLC Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong công nghiệp sản xuất, để điều khiển một dây chuyền, một thiết bị máy móc công nghiệp … người ta thực hiện kết nối các linh kiện điều khiển rời (Rơle, Timer, Contactor …) lại với nhau tùy theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều khiển. Công việc này khá phức tạp trong thi công, sửa chữa, bảo trì do đó giá thành cao. Khó khăn nhất là khi cần thay đổi một hoạt động nào đó....

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: do an PLC Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC

  1. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC 2.1. Sơ lược lịch sử phát triển Trong công nghiệp sản xuất, để điều khiển một dây chuyền, một thiết bị máy móc công nghiệp … người ta thực hiện kết nối các linh kiện điều khiển rời (Rơle, Timer, Contactor …) lại với nhau tùy theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều khiển. Công việc này khá phức tạp trong thi công, sửa chữa, bảo trì do đó giá thành cao. Khó khăn nhất là khi cần thay đổi một hoạt động nào đó. Một hệ thống điều khiển ưu việt cần phải hội đủ các yêu cầu sau: giá thành hạ, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt … Từ đó hệ thống điều khiển có thể lập trình được PLC (Programable Logic Control) ra đời đã giải quyết được vấn đề trên. Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (Công ty General Moto - Mỹ). Tuy nhiên, hệ thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống. Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình cho hệ thống còn khó khăn, do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ cho công việc lập trình. Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable Controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969. Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Rơle và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển. Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là: dạng lập trình dùng giản đồ hình thang. Trong những năm đầu thập niên 1970, những hệ thống PLC còn có thêm khả năng vận hành với những thuật toán hỗ trợ (Arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cập nhật” (Data Manipulation). Khoá luận tốt nghiệp 4 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  2. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính (Cathode Ray Tube: CRT), nên việc giao tiếp giữa người điều khiển để lập trình cho hệ thống càng trở nên thuận tiện hơn. Sự phát triển của hệ thống phần cứng và phần mềm từ năm 1975 cho đến nay đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẻ hơn với các chức năng mở rộng: hệ thống ngõ vào/ra có thể tăng lên đến 8.000 cổng vào/ra, dung lượng bộ nhớ chương trình tăng lên hơn 128.000 từ bộ nhớ (Word of Memory). Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc độ xử lý của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét (Scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với những chức năng phức tạp số lượng cổng ra/vào lớn. Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác mà thông qua CIM (Computer Intergrated Manufacturing) để điều khiển các hệ thống: Robot, Cad/Cam… Ngoài ra các nhà thiết kế còn đang xây dựng các loại PLC với các chức năng điều khiển “thông minh” (Intelligence) còn gọi là các siêu PLC (Super PLCs) cho tương lai. 2.2. Đặc điểm cơ bản của PLC PLC viết tắc của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển logic cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic qua một ngôn ngữ lập trình, bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu:  Lập trình dễ dàng vì ngôn ngữ lập trình dễ học  Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, tu sửa  Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp  Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp  Giao tiếp với các thiết bị thông tin máy tính, nối mạng các Module mở rộng  Giá cả phù hợp Khoá luận tốt nghiệp 5 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  3. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương 2.3. Cấu trúc của bộ điều khiển lập trình PLC Bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng Rơle và thiết bị cồng kềnh nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. PLC còn thực hiện các nhiệm vụ định thời và đếm làm tăng khả năng điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng, S7-200 là thiết bị điều khiển logic lập trình loại nhỏ của hãng Siemens cấu trúc theo kiển Module có các Module mở rộng, các Module này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Một hệ thống điều khiển lập trình cơ bản phải gồm có hai phần: khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra (I/0). Hệ thống PLC sẽ không cảm nhận được thế giới bên ngoài nếu không có các cảm biến và cũng không thể điều khiển được hệ thống sản xuất nếu không có các động cơ, xylanh hay các thiết bị ngoại vi khác nếu cần thiết có thể sử dụng các máy tính chủ tại các vị trí đặc biệt của dây chuyền sản xuất. Mỗi một thành phần trong hệ thống điều khiển có một vị trí quan trọng như được trình bài trong hình vẽ sau: Hình 2.1 - Mô hình hệ thống điều khiển PLC [1] 2.3.1. Khối xử lý trung tâm Khoá luận tốt nghiệp 6 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  4. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý. Bộ xử lý biên dịch các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị ra. Nguyên lý làm việc của bộ xử lý tiến hành theo từng bước tuần tự, đầu tiên các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và được kiểm soát bởi bộ đếm chương trình. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu và đưa kết quả đến đầu ra. Chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét (Scan). Thời gian vòng quét phụ thuộc vào tầm vóc của bộ nhớ, vào tốc độ của CPU. Nói chung chu kỳ một vòng quét như hình 2.2 4. Chuyển dữ liệu từ 1. Nhập dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại ngoại vi vào bộ đệm vi ảo 3. Truyền thông và tự 2. Thực hiện chương kiểm tra lỗi trình Hình 2.2 - Chu kỳ quét của PLC Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn đến một thời gian trễ trong khi bộ đếm của chương trình đi qua một chu trình đầy đủ, sau đó bắt đầu lại từ đầu. Để đánh giá thời gian trễ người ta đo thời gian quét của một chương trình dài 1Kbyte và coi đó là chỉ tiêu để so sánh các PLC. Với nhiều loại thiết bị thời gian trễ này có thể tới 20ms hoặc hơn. Nếu thời gian trễ gây trở ngại cho quá trình điều khiển thì phải dùng các biện pháp đặc biệt, chẳng hạn như lặp lại những lần gọi quan trọng trong thời gian một lần quét, hoặc là điều khiển các thông tin chuyển giao để bỏ bớt đi những lần gọi ít quan trọng khi thời gian quét dài tới mức không thể chấp nhận được. Nếu các giải pháp trên không thoả mãn thì phải dùng PLC có thời gian quét ngắn hơn. 2.3.2. Bộ nguồn Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp một chiều Khoá luận tốt nghiệp 7 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  5. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương cấp cho bộ vi xử lý (thường là 5VDC) và cho các mạch điện trong các Module còn lại (thường là 24VDC). 2.3.3. Thiết bị lập trình Thiết bị lập trình được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần thiết sau đó được chuyển cho PLC. Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng, có thể là thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ, có thể là phần mềm được cài đặt trên máy tính cá nhân. 2.3.4. Bộ nhớ Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình sử dụng cho các hoạt động điều khiển. Bộ nhớ cũng có thể được chế tạo thành Module cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau, khi cần mở rộng có thể cắm thêm. Có nhiều các bộ nhớ khác nhau dùng để chứa chương trình hệ thống. Đây là một phần mềm điều khiển các hoạt động của hệ thống, sơ đồ LAD, trị số của Timer, Counter được chứa trong vùng nhớ ứng dụng, tùy theo yêu cầu của người dùng có thể chọn các bộ nhớ khác nhau: Bộ nhớ ROM: là loại bộ nhớ không thay đổi được, bộ nhớ này chỉ nạp được một lần nên ít được sử dụng phổ biến như các loại bộ nhớ khác. Bộ nhớ RAM: là loại bộ nhớ có thể thay đổi được và dùng để chứa các chương trình ứng dụng cũng như dữ liệu, dữ liệu chứa trong Ram sẽ bị mất khi mất điện. Tuy nhiên, điều này có thể khắc phục bằng cách dùng Pin. Bộ nhớ EPROM: giống như ROM, nguồn nuôi cho EPROM không cần dùng Pin, tuy nhiên nội dung chứa trong nó có thể xoá bằng cách chiếu tia cực tím vào một cửa sổ nhỏ trên EPROM và sau đó nạp lại nội dung bằng máy nạp. Bộ nhớ EEPROM kết hợp hai ưu điểm của RAM và EPROM, loại này có thể xóa và nạp bằng tín hiệu điện. Tuy nhiên số lần nạp cũng có giới hạn. 2.3.5. Giao diện vào/ra Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu vào có thể từ các công tắc, các Khoá luận tốt nghiệp 8 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  6. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào quang điện.... Tín hiệu ra có thể cung cấp cho các cuộn dây Contactor, các Rơle, các van điện từ, các động cơ nhỏ... Tín hiệu vào/ ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic... Các tín hiệu vào/ra có thể thể hiện như hình 2.3. Hình 2.3 - Tín hiệu vào / ra [3] Mỗi điểm vào/ra có một địa chỉ duy nhất được PLC sử dụng. Các kênh vào/ ra đã có các chức năng cách ly và điều hòa tín hiệu sao cho các bộ cảm biến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà không cần thêm mạch điện khác. Tín hiệu vào thường được ghép cách điện (cách ly) nhờ linh kiện quang như hình 2.4 . Hình 2.4 - Mạch tín hiệu vào [5] Dải tín hiệu nhận vào cho các PLC cỡ lớn có thể là 5VDC, 24VDC, Khoá luận tốt nghiệp 9 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  7. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương 110VAC, 220VAC. Các PLC cỡ nhỏ thường chỉ nhận tín hiệu 24VDC. Tín hiệu ra cũng được ghép cách ly, có thể cách ly kiểu Rơle hay cách ly kiểu quang như hình 2.5. Tín hiệu ra có thể là tín hiệu chuyển mạch 24V, 100mA; 110V, 1A một chiều; thậm chí 240V, 1A xoay chiều tùy loại PLC. Tuy nhiên, với PLC cỡ lớn dải tín hiệu ra có thể thay đổi bằng cách lựa chọn các Module ra thích hợp. Hình 2.5 - Mạch tín hiệu ra [5] Khoá luận tốt nghiệp 10 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  8. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương Hình 2.6 - Mô hình của hệ thống PLC [3] 2.4. Vai trò của PLC PLC được xem như trái tim trong một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ với chương trình điều khiển được chứa trong bộ nhớ của PLC, PLC thường xuyên kiểm tra trạng thái của hệ thống thông qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập để từ đó có thể đưa ra những tín hiệu điều khiển tương ứng đến các thiết bị xuất. PLC có thể được sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và được lập đi lập lại theo chu kỳ, hoặc liên kết với máy tính chủ khác hoặc máy tính chủ thông qua một kiểu hệ thống mạng truyền thông để thực hiện các quá trình xử lý phức tạp. 2.5. Phân loại PLC Hiện nay trên thị trường gồm có các nhãn hiệu như Siemen, Omron, Misubishi, Alenbratlay… Ví dụ: PLC Siemen có các họ: S7-200, S7-300, S7-400, Logo. PLC Misubishi có các họ: Fx, Fx0, FxON Đầu tiên là khả năng và giá trị cũng như nhu cầu về hệ thống sẽ giúp người Khoá luận tốt nghiệp 11 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  9. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương sử dụng cần những loại PLC nào mà họ cần. Nhu cầu về hệ thống được xem như là một nhu cầu ưu tiên nó giúp người sử dụng biết cần loại PLC nào và đặc trưng của từng loại để dễ dàng lựa chọn. Hình 2.7 - cho ta các “bậc thang” phân loại các loại PLC và việc sử dụng PLC cho phù hợp với các hệ thống thực tế sản xuất. Trong hình này ta có thể nhận thấy những vùng chồng lên nhau, ở những vùng này người sử dụng thường phải sử dụng các loại PLC đặc biệt như: số lượng cổng vào/ra (I/O) có thể sử dụng ở vùng có số I/O thấp nhưng lại có các tính năng đặc biệt của các PLC ở vùng có số lượng I/O cao (ví dụ: ngoài các cổng vào ra tương tự (Analog) còn có cổng vào ra số (Digital)) . Thường người ta sử dụng các loại PLC thuộc vùng chồng lấn nhằm tăng tính năng của PLC đồng thời lại giảm thiểu số lượng I/O không cần thiết. Hình 2.7 - Độ khó của hệ thống Các nhà thiết kế chia PLC ra thành các loại sau: 2.5.1. Loại 1 : Micro PLC (PLC siêu nhỏ). Micro PLC thường được ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất nhỏ, các ứng dụng trực tiếp trong từng thiết bị đơn lẻ (ví dụ: điều khiển băng tải nhỏ). Các PLC này thường được lập trình bằng các bộ lập trình cầm tay, một vài Micro PLC còn có khả năng hoạt động với tín hiệu I/O tương tự (Analog) (ví dụ:việc điều khiển nhiệt độ). Các tiêu chuẩn của một Micro PLC như sau:  32 ngõ vào/ra.  Sử dụng vi xử lý 8 bit.  Thường dùng thay thế Rơle. Khoá luận tốt nghiệp 12 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  10. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương  Bộ nhớ có dung lượng 1K.  Ngõ vào/ra là tín hiệu số.  Có Timers và Counters.  Thường được lập trình bằng các bộ lập trình cầm tay. 2.5.2. Loại 2 : PLC cỡ nhỏ (Small PLC). Small PLC thường được dùng trong việc điều khiển các hệ thống nhỏ (ví dụ: điều khiển động cơ, dây chuyền sản xuất nhỏ), chức năng của các PLC này thường được giới hạn trong việc thực hiện chuổi các mức logic, điều khiển thay thế Rơle. Các tiêu chuẩn của một small PLC như sau:  Có 128 ngõ vào/ra (I/O).  Dùng vi xử lý 8 bit.  Thường dùng để thay thế các Rơle.  Dùng bộ nhớ 2K.  Lập trình bằng ngôn ngữ dạng hình thang (Ladder) hoặc liệt kê.  Có Timers/Counters/thanh ghi dịch (Shift Registers).  Đồng hồ thời gian thực.  Thường được lập trình bằng bộ lập trình cầm tay. Chú ý vùng A trong sơ đồ Hình 1.7 - . Ở đây dùng PLC nhỏ với các chức năng tăng cường của PLC cỡ lớn hơn như: thực hiện được các thuật toán cơ bản, có thể nối mạng, cổng vào ra có thể sử dụng tín hiệu tương tự. 2.5.3. Loại 3 : PLC cỡ trung bình (Medium PLCS). PLC trung bình có hơn 128 đường vào/ra, điều khiển được các tín hiệu tương tự, xuất nhập dữ liệu, ứng dụng được những thuật toán, thay đổi được các đặc tính của PLC nhờ vào hoạt động của phần cứng và phần mềm (nhất là phần mềm) các thông số của PLC trung bình như sau:  Có khoảng 1024 ngõ vào/ra (I/O).  Dùng vi xử lý 8 bit.  Thay thế Rơle và điều khiển được tín hiệu tương tự. Khoá luận tốt nghiệp 13 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  11. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương  Bộ nhớ 4K, có thể nâng lên 8K.  Tín hiệu ngõ vào/ra là tương tự hoặc số.  Có các lệnh dạng khối và ngôn ngữ lập trình là ngôn ngữ cấp cao.  Có Timers/Counters/Shift Register.  Có khả năng xử lý chương trình con (qua lệnh JUMP…).  Có các lệnh dạng khối và ngôn ngữ lập trình là ngôn ngữ cấp cao.  Có khả năng xử lý chương trình con (qua lệnh JUMP…).  Thực hiện các thuật toán (cộng, trừ, nhân, chia…).  Giới hạn dữ liệu với bộ lập trình cầm tay.  Có đường tín hiệu đặc biệt ở Module vào/ra.  Giao tiếp với các thiết bị khác qua cổng RS232.  Có khả năng hoạt động với mạng.  Lập trình qua CRT (Cathode Ray Tube) để dễ quan sát. Chú ý tới vùng B (Hình 1.7) PLC ở vùng B thường trực được dùng do có nhiều bộ nhớ hơn, điều khiển mạng PID có khả năng thực hiện những chuỗi lệnh phần lớn về thuật toán hoặc quản lý dữ liệu. 2.5.4. Loại 4: PLC cỡ lớn (Large PLC). Large PLC được sử dụng rộng rãi hơn do có khả năng hoạt động hữu hiệu, có thể nhận dữ liệu, báo những dữ liệu đã nhận… Phần mềm cho thiết bị điều khiển cầm tay được phát triển mạnh hơn tạo thuận lợi cho người sử dụng. Tiêu chuẩn PLC cỡ lớn: Ngoài các tiêu chuẩn như PLC cỡ trung, PLC cỡ lớn còn có thêm các tiêu chuẩn sau:  Có 2048 cổng vào/ra (I/O).  Dùng vi xử lý 8 bit hoặc 16 bit.  Bộ nhớ cơ bản có dung lượng 12K, mở rộng lên được 32K.  Local và Remote I/O.  Điều khiển hệ thống Rơle (MCR: Master Control Relay).  Chuỗi lệnh, cho phép ngắt (Interrupts). Khoá luận tốt nghiệp 14 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  12. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương  PID hoặc làm việc với hệ thống phần mềm PID.  Hai hoặc nhiều hơn cổng giao tiếp RS232.  Nối mạng.  Dữ liệu điều khiển mở rộng, so sánh, chuyển đổi dữ liệu, chức năng giải thuật toán mã điều khiển mở rộng (mã nhị phân, Hexa …).  Có khả năng giao tiếp giữa máy tính và các Module. 2.5.5. Loại 5: PLC rất lớn (Very Large PLCs). Very Large PLC được dùng trong các ứng dụng đòi hỏi sự phức tạp và chính xác cao, đồng thời dung lượng chương trình lớn. Ngoài ra PLC loại này còn có thể giao tiếp I/O với các chức năng đặc biệt, tiêu chuẩn PLC loại này ngoài các chức năng như PLC loại lớn còn có thêm các chức năng:  Có 8192 cổng vào/ra (I/O).  Dùng vi xử lý 16 bit hoặc 32 bit.  Bộ nhớ 64K, mở rộng lên được 1M.  Thuật toán : +, - , *, /, bình phương.  Dữ liệu điều khiển mở rộng: bảng mã ASCII, LIFO, FIFO. 2.6. So sánh hệ thống điều khiển sử dụng Rơle và PLC Trong giai đoạn đầu của thời kỳ phát triển công nghiệp vào khoảng năm 1960 và 1970, yêu cầu tự động của hệ điều khiển được thực hiện bằng các Rơle điện từ nối với nhau bằng dây dẫn điện trong bảng điều khiển, trong nhiều trường hợp bảng điều khiển có kích thước quá lớn đến nổi không thể gắn toàn bộ lên trên tường và các dây nối cũng không hoàn toàn tốt vì thế rất thường xảy ra trục trặc trong hệ thống. Một điểm quan trọng nữa là do thời gian làm việc của các Rơle có giới hạn nên khi cần thay thế cần phải ngừng toàn bộ hệ thống và dây nối cũng phải thay mới cho phù hợp, bảng điều khiển chỉ dùng cho một yêu cầu riêng biệt không thể thay đổi tức thời chức năng khác mà phải lắp ráp lại toàn bộ, và trong trường hợp bảo trì cũng như sửa chữa cần đòi hỏi cán bộ chuyên môn có tay nghề cao. Tóm Khoá luận tốt nghiệp 15 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  13. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương lại hệ điều khiển Rơle hoàn toàn không linh động. • Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển bằng Rơle Xác đ ịnh nhiệm v ụ điều khiển S ơ đồ mạch Ch ọn phần tử mạch điện Dây n ối liên k ết các ph ần tử Kiểm tra chứ c năng Hình 2.8 - Lưu đồ điều khiển dùng Rơle[1] • Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển bằng PLC Xác đ ịnh nhiệm v ụ điều khiển Thiết k ế giải thu ật Soạn ch ươ ng trình Kiểm tra chứ c năng Hình 2.9 - Lưu đồ điều khiển bằng PLC[1] Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển người ta cần thay đổi mạch điều khiển bằng cách lắp lại mạch, thay đổi phần tử mới đối với hệ thống điều khiển bằng Rơle điện. Trong khi đó khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ta chỉ cần thay đổi chương trình soạn thảo đối với hệ điều khiển bằng lập trình có nhớ. Sự khác nhau giữa hệ điều khiển bằng Rơle điện và lập trình có nhớ có thể minh hoạ bằng một ví Khoá luận tốt nghiệp 16 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  14. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương dụ sau: Điều khiển hệ thống 3 máy bơm nước qua 3 khởi động từ K1, K2, K3. Trình tự điều khiển như sau: Các máy bơm hoạt động tuần tự nghĩa là K1 đóng trước tiếp đến là K2 rồi cuối cùng là K3 đóng. Để thực hiện nhiệm vụ theo yêu cầu trên mạch điều khiển ta thiết kế như sau: Trong đó các nút ấn S1, S2, S3, S4 là các phần tử nhập tín hiệu. Các tiếp điểm K1, K2, K3 và các mối liên kết là các phần xử lý. Các khởi động từ K1, K2, K3 là kết quả xử lý. S1 S2 K1 K1 S3 K1 K2 K2 S4 K2 K3 K3 Hình 2.10 - Sơ đồ điều khiển bằng Rơle Nếu ta thay bằng thiết bị điều khiển PLC ta có thể mô tả như sau:  Tín hiệu vào: S1, S2, S3, S4 vẫn giữ nguyên.  Tín hiệu ra: K1, K2, K3 là các khởi động từ vẫn giữ nguyên.  Phần tử xử lý: được thay thế bằng PLC. Khoá luận tốt nghiệp 17 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  15. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương Nhập dữ liệu Xử lý Kết quả S1 S2 K1 K1 S3 K1 K2 K2 S4 K2 K3 K3 Hình 2.11 - Sơ đồ thay thế điều khiển thay thế bằng PLC Khi thực hiện bằng chương trình điều khiển có nhớ PLC ta chỉ cần thực hiện nối mạch theo sơ đồ sau: Nhập dữ liệu Xử lý Kết quả S1 K1 S2 K2 S3 PLC K3 S4 24V N Hình 2.12 - Sơ đồ nối dây thực hiện bằng PLC Nếu bây giờ nhiệm vụ điều khiển thay đổi ví dụ như các bơm 1, 2, 3 hoạt động theo nguyên tắc là chỉ một trong số các bơm được hoạt động độc lập. Như vậy đối với mạch điều khiển dùng Rơle ta phải tiến hành lắp ráp lại toàn bộ mạch điều khiển, trong khi đó đối với mạch điều khiển dùng PLC thì ta chỉ cần soạn thảo lại chương trình rồi nạp lại vào CPU thì ta sẽ có ngay một sơ đồ điều khiển theo yêu cầu nhiệm vụ mới mà không cần phải nối lại dây trên mạch điều Khoá luận tốt nghiệp 18 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  16. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương khiển. Như vậy một cách tổng quát có thể nói hệ thống điều khiển PLC là tập hợp các thiết bị và linh kiện điện tử. Để đảm bảo tính ổn định, chính xác và an toàn… Trong quá trình sản xuất, các thiết bị này bao gồm nhiều chủng loại, hình dạng khác nhau với công suất từ rất nhỏ đến rất lớn. Do tốc độ phát triển quá nhanh của công nghệ và để đáp ứng được các yêu cầu điều khiển phức tạp nên hệ thống điều khiển phải có hệ thống tự động hoá cao. Yêu cầu này có thể thực hiện được bằng hệ lập trình có nhớ PLC kết hợp với máy tính, ngoài ra còn cần có các thiết bị ngoại vi khác như: Bảng điều khiển, động cơ, cảm biến, tiếp điểm, Contactor,... 2.6.1. Tóm tắt nhược điểm của hệ thống điều khiển dùng Rơle  Tốn kém rất nhiều dây dẫn.  Thay thế rất phức tạp.  Cần cán bộ chuyên môn sửa chữa tay nghề cao.  Công suất tiêu thụ lớn.  Thời gian sửa chữa lâu.  Khó cập nhật sơ đồ nên gây khó khăn cho công tác bảo trì cũng như thay thế. 2.6.2. Ưu điểm của hệ điều khiển lập trình PLC Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng như các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm như sau:  Giảm 80% số lượng dây nối.  Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp.  Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa được nhanh chóng và dễ dàng.  Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị xuất nhập.  Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển. Khoá luận tốt nghiệp 19 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  17. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương  Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế.  Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn đến tăng cao tốc độ sản xuất.  Chi phí lắp đặt thấp.  Độ tin cậy cao.  Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống.  Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống.  Nhiều chức năng điều khiển.  Tốc độ cao. 2.7. Ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC: Hiện nay PLC (Programable Logic Control) đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trong công nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có chức năng đóng mở (ON/OFF) thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất. Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay như:  Hệ thống nâng vận chuyển.  Dây chuyền đóng gói.  Các ROBOT lắp ráp sản phẩm.  Điều khiển bơm.  Dây chuyền xử lý hoá học.  Công nghệ sản xuất giấy.  Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh.  Sản xuất xi măng.  Công nghệ chế biến thực phẩm.  Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn.  Dây chuyền lắp ráp Tivi. Khoá luận tốt nghiệp 20 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  18. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương  Điều khiển hệ thống đèn giao thông.  Quản lý tự động bãi đậu xe.  Hệ thống báo động.  Dây chuyền may công nghiệp.  Điều khiển thang máy.  Dây chuyền sản xuất xe Ôtô.  Sản xuất vi mạch.  Kiểm tra quá trình sản xuất…. Chính nhờ những ưu thế đó, PLC hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động, cho phép nâng cao năng suất sản xuất, chất lượng và sự đồng nhất sản phẩm, tăng hiệu suất, giảm năng lượng tiêu tốn, tăng mức an toàn, tiện nghi và thoải mái trong lao động. Đồng thời cho phép nâng cao tính thị trường của sản phẩm. 2.8. Thiết kế hệ thống điều khiển dùng PLC Để thiết kế một chương trình điều khiển cho một hoạt động bao gồm những bước sau: B1: Xác định qui trình công nghệ: Trước tiên, ta phải xác định thiết bị hay hệ thống nào muốn điều khiển. Mục đích cuối cùng của bộ điều khiển là điều khiển một hệ thống hoạt động. Sự vận hành của hệ thống được kiểm tra bởi các thiết bị đầu vào. Nó nhận biết và gởi tín hiệu đến CPU, CPU xử lý tín hiệu và gởi nó đến thiết bị xuất để điều khiển sự hoạt động của hệ thống như đã lập trình sẵn trong chương trình. B2: Xác định ngõ vào/ra: Tấc cả các thiết bị xuất, nhập bên ngoài đều được kết nối với bộ điều khiển lập trình. Thiết bị nhập là những nút nhấn, cảm biến…Thiết bị xuất là những cuộn dây, van điện từ, Motor, bộ hiển thị. Sau khi xác định tất cả các thiết bị xuất nhập cần thiết, ta định vị các thiết bị vào/ra tương ứng cho từng ngõ vào/ra trên PLC trước khi viết chương trình. Khoá luận tốt nghiệp 21 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung
  19. Chương 2 Giới Thiệu Tổng Quát Về PLC GVHD: Ths. Nguyễn Hoàng Phương B3: Viết chương trình và sửa lỗi: Khi viết chương trình theo sơ đồ hình thang (Ladder) phải theo sự hoạt động tuần tự từng bước của hệ thống, hoặc theo dạng STL. Sau đó tiến hành sửa lỗi nếu có. B4: Nạp chương trình vào bộ nhớ: Chúng ta có thể cung cấp nguồn cho bộ điều khiển có lập trình qua cổng I/ O. Sau đó nạp chương trình vào bộ nhớ thông qua máy tính có chứa phần mềm lập trình hình thang. Sau khi nạp xong, kiểm tra lại bằng hàm chuẩn đoán. Nếu được mô phỏng toàn bộ hoạt động của hệ thống để chắc rằng chương trình đã hoạt động tốt. B5: Chạy chương trình: Trước khi nhấn nút Start, phải chắc chắn rằng các dây dẫn nối các ngõ vào/ ra đến các thiết bị nhập, xuất đã được nối đúng theo chỉ định. Lúc đó PLC mới bắt đầu hoạt động thực sự. Trong khi chạy chương trình, nếu bị lỗi thì máy tính sẽ báo lỗi, ta phải sửa lại cho đến khi nó hoạt động an toàn. Khoá luận tốt nghiệp 22 SVTH: Nguyễn Chí Linh Nguyễn Văn Trung

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản