Bài giảng PLC

1

2/2009

1.NỘI DUNG

Mục tiêu của môn học:

Môn học giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC. Các hiểu biết, các kỹ năng cần đạt được sau khi học môn học

Kiến thức: phân biệt được các loại PLC, cấu trúc phần cứng, cách đấu dây, có khả năng lập trình cơ bản, biết được một số modul mở rộng.

Kỹ năng chuyên môn: kỹ năng phân tích, viết chương trình điều khiển.

Kỹ năng chuyển tiếp: áp dụng kiến thức được trang bị ở môn này để tiếp cận các hệ thống tự động trong các lĩnh vực khác nhau.

2/2009

Thời lượng:

• Lý thuyết: 42 tiết

• Bài tập: 9 tiết

• Thực hành: 5 tiết

Đánh giá:

• Hình thức thi: mở sách

• Tỷ lệ đánh giá: giữa kỳ + bài tập: 20%; cuối kỳ: 80%

0-3

Tài liệu tham khảo:

[1] MITSUBISHI – sổ tay hướng dẫn lập trình các họ Fx0, Fx0s, FxoN, Fx, Fxao,Fxan…

[2] tự động hóa với simatic S7 200 – Phan xuân Minh –Nguyễn Doãn Phúc

[3] Bộ điểu khiển lập trình vận hành và ứng dụng _ TS. Lê hoài quốc-TS. Chung tấn lâm

[4] Các tài liệu khác về PLC

0-4

1.NOÄI DUNG

I/ Giới thiệu tổng quan về PLC

1.Giới thiệu 2.PLC_ Cấu trúc phần cứng 3.Cơ bản Về lập trình trên PLC 4 Tập lệnh 5 Bài tập thực hành ứng dụng 6. Hướng dẫn sử dụng thiết bị lập trình

2/2009

Chương 1: Tổng quan về hệ thống Điều khiển

 Hệ thống điều khiển là một nhóm các phần tử (hay các hệ thống phụ trợ) được liên kết lại

với nhau nhằm duy trì một kết quả mong muốn bằng cách tác động vào giá trị của một biến nào đó trong hê thống.

Ví dụ: Lò sưởi sản sinh ra nhiệt lượng do quá trình đốt cháy nhiên liệu.

Đối tượng điều khiển: Nhiệt độ  lượng nhiên liệu  Van nhiên liệu

Caùc phaàn töû bao gồm: Cơ cấu tác động cho các van nhiên liệu, cảm biến nhiệt độ (thermostats)

Hệ thống điều khiển đơn giản hình thành khi có một giá trị ngõ ra (đáp ứng – response) ứng với một ngõ vào.

2/2009

 Khối vào: tín hiệu thường qua bộ chuyển đổi để

chuyển đổi các đại lượng vật lý thành tín hiệu điện.  Bộ chuyển đổi có thể là: nút nhấn, công tắc, cảm biến,

nhiệt trở, cảm biến đo sức căng…

 Tùy theo bộ chuyển đổi tín hiệu ra có thể là on/off hay

liên tục.

2/2009

CẢM BIẾN

VỊ TRÍ, VẬN TỐC, GIA TỐC

NHIỆT ĐỘ

KHỐI LƯỢNG

KHÁC

+ LVDT

+ Pt 100

+ LVDT

+ Dòng, áp

+ Encoder

+ Thermal couple

+ Camera

+ Load cell (strain gauge)

+ Quang học

+ Tachometer

+ Ir

+ Piezo component

+ Từ trường

+ Potentionmeter

+ Độ ẩm

+ Gyroscope meter

+ Ion

+ Sonar

+ Điện dẫn

+ Laser

+ Tilt sensor

VỊ TRÍ, VẬN TỐC, GIA TỐC

LVDT (Linear Variable Differential Transformer )

ENCODER

1. Incremental

2. Absolute

3. Kết hợp

INCREMENTAL

ABSOLUTE

LINEAR ENCODER

GYRO & TILT SENSOR

TILT SENSOR

SONAR

NHIỆT ĐỘ

KHỐI LƯỢNG

khối ra:

 tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển. Các tín hiệu này dùng để kích các thiết bị ngõ ra: động cơ điện, xy lanh- pit tông, solenoid, lò xấy/lò cấp nhiệt, van, rơle…

2/2009

ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN

KHÍ NÉN

ĐIỆN

DẦU ÉP

+ AC

+ VALVE

+ AC + VALVE

+ VALVE TỶ LỆ

1 PHA, 3 PHA, SERVO … + DC

+ VALVE ĐIỀU ÁP

1 PHA, 3 PHA, SERVO + VALVE TỶ LỆ … + DC + VALVE ĐIỀU ÁP

step,

quét,

…

DC chổi quét, không rc chổi servo, dc servo, micro untrasonic motor, motor…

+ LINEAR MOTOR + Piezo MOTOR + NHIỆT ĐIỆN TRỞ…

+ NHIỆT ĐIỆN TRỞ…

ĐỘNG CƠ ĐIỆN

AC servo

ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Ba loai DC cơ bản

Series motor

Shunt motor

Compound motor

DC servo

Step motor

Brushless motor

RC servo motor

Linear motor, piezo motor,

Micro motor, ultrasonic motor

Khối xử lý:

 Khối xử lý thay thế người vận hành thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình hoạt động’có sự điều khiển’ nó nhận thông tin từ các khối vào và xuất tín hiệu cho khối ra để thực hiện các tác động đến thiết bị.

2/2009

 Các dạng tín hiệu

 Tín hiệu liên tục điều khiển liên tục  Tín hiệu nhị phân điều khiển nhị phân  Các dạng sản xuất trong công nghiệp:

 Sản xuất liên tục  Sản xuất từng loạt  Sản xuất đơn chiếc

 Phương pháp điều khiển:

 Điều khiển vòng hở  Điều khiển kích tiếp  Điều khiển vòng kín

2/2009

Hệ thống điều khiển vòng hở

Hệ thống điều khiển vòng hở là hệ thống mà trong đó tín hiệu điều khiển không có phụ thuộc vào bất kỳ tín hiệu nào từ quá trình.

1-55

Hệ thống điều khiển vòng hở

Thí dụ: hệ thống điều khiển vị trí anten

- Vị trí ban đầu: 00

- Vị trí mong muốn: 300

- Động cơ: 10/giây (ở điện áp định mức)

Để thực hiện chuyển động mong muốn, bộ điều khiển xuất ra một xung tín hiệu trong 30 giây.

Nếu động cơ làm việc chính xác, vị trí anten sẽ dừng chính xác ở 300.

1-56

Hệ thống điều khiển vòng hở

Thí dụ: xét một hệ thống hở như sau:

Xác định tốc độ của vật khi động cơ được cấp 12 V:

Velocity = 0.05 * 0.5 * 100 * 12 = 30 m/min

1-57

Hệ thống điều khiển vòng kín

Hệ thống điều khiển vòng kín là hệ thống mà trong đó tín hiệu điều khiển phụ thuộc vào sự sai lệch giữa tín hiệu mong muốn và tín hiệu phản hồi.

Ba thao tác chính của một hệ thống vòng kín

- Đo lường: đo giá trị của biến được điều khiển

- Ra quyết định: tính toán sai lệch và sử dụng giá trị sai lệch để ra quyết định điều khiển

- Tác động: sử dụng giá trị điều khiển để tác động những biến khác trong quá trình theo hướng làm giá trị sai lệch.

1-58

Hệ thống điều khiển vòng kín

• Điểm điều chỉnh, biến được điều khiển, biến được đo, và điểm sai lệch.

• Quá trình: đại diện cho quá trình vật lý bị ảnh hưởng bởi cơ cấu tác động.

1-59

Hệ thống điều khiển vòng kín

• Bộ cảm biến: thực hiện đo giá trị thực của biến được điều khiển, biến đổi thành một đại lượng có thể sử dụng được và phản hồi về bộ điểu khiển.

• Bộ điều khiển (bao gồm cả bộ so sánh): thực hiện cơ chế điều khiển thích hợp nhằm làm giảm giá trị sai lệch.

• Cơ cấu tác động: biến đổi tín hiệu điều khiển thành tín hiệu tác động.

1-60

Hệ thống điều khiển vòng kín

Thí dụ: hệ thống điều khiển vị trí anten

- Vị trí ban đầu: 00

- Vị trí mong muốn: 300 ( xd)

- Động cơ: 10 /sec (ở điện áp định mức vs)

- Cảm biến góc: 10V / 3600 ( xa)

Tín hiệu điều khiển vc được xác định tùy theo cơ chế điều khiển:

nếu

vc =

vs 0

xa  xd xa  xd

vc = C(xd xa)

Vị trí anten được điều khiển chính xác hơn bất chấp độ ổn định của động cơ cũng như độ chính xác của bộ truyền cơ khí.

1-61

1.4. Hệ thống điều khiển vòng kín

Thí dụ: xét sơ đồ một hệ thống kín điều khiển vị trí bàn máy như sau:

Khảo sát sự chuyển động của bàn máy khi bàn máy dịch chuyển từ vị trí 0.4 m (ban đầu) sang bên phải ở vị trí 0.64 m. Giả sử thời gian lấy mẫu (phản hồi) là 0.1 giây.

1-62

Hệ thống điều khiển vòng kín

G1 = 2 T (s)

G1 = 2.5 Pos (mm)

P (mm) Pos (mm) T (s) P (mm) Vi (V) Vf (V) Ve (V) Vi (V) Vf (V) Ve (V)

2.5 2.5 0 0 400 2.5 2.5 0 400 0

0.0 4 2.5 1.5 0 400 0.0 4 2.5 1.5 400 0

0.1 4 2.5 1.5 2.250 402.250 0.1 4 2.5 1.5 402.813 2.813

0.2 4 2.514 1.486 2.229 404.479 0.2 4 2.518 1.482 405.592 2.779

0.3 4 2.528 1.472 2.208 406.687 0.3 4 2.535 1.465 408.339 2.747

0.4 4 2.542 1.458 2.187 408.874 0.4 4 2.552 1.448 411.054 2.715

0.5 4 2.555 1.445 2.167 411.041 0.5 4 2.569 1.431 413.737 2.683

: : : : : : : : : : : :

1-63

4 4 60.0 3.995 0.005 0.008 639.157 48.0 3.995 0.005 0.01 639.163

Hệ thống điều khiển vòng kín

Hệ thống điều khiển vòng hở

Hệ thống điều khiển vòng kín

- đơn giản và chi phí đầu tư thấp

- phức tạp và chi phí đầu tư cao

- không kiểm soát được giá trị thực tế

- có thể điểu khiển được giá trị thực tế

- có thể ứng dụng khi đặc tính làm việc của những cơ cấu tác động và quá trình tương đối ổn định

- giá trị thực tế luôn ổn định bất chấp đặc tính làm của những cơ cấu tác động và quá trình.

- thường xuyên thực hiện quá trình cân chỉnh hệ thống

- thỉnh thoảng chỉ cần kiểm tra đặc tính làm việc của bộ cảm biến

1-64

1-65

Hoạt động

PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc các dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc MEND. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra.

1. Nhập dữ liệu từ

4. Chuyển dữ liệu từ bộ

ngoại vi vào

2.Thöïc hieän

3. Truyeàn thoâng vaø

chöông trình

töï kieåm tra loãi

2/2009

đệm ảora ngoại vi

Như vậy tại thời điểm thực hiện lệnh vào / ra thông thường lệnh không

làm việc trực tiếp cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn (1) và (4) do CPU quản lý. Khi gặp lệnh vào / ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này trực tiếp với cổng vào và ra.

Nếu sử dụng các chế độ ngắt chương trình tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình. Chương trình xử lý ngắt chỉ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ điểm nào trong vòng quét.

2/2009